梧桐莊礦是2003年正式投產(chǎn)的一座設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力120萬t/a的大型礦井，分南北兩翼布置生產(chǎn)，主采山西組2^#煤層。目前主要掘進(jìn)巷道分別布置在北翼二采區(qū)和南翼的一、三采區(qū)，采區(qū)回采巷道除個別過斷層、頂板破碎帶地段采用U型鋼可縮支架支護(hù)外，其余均采用錨網(wǎng)索梯支護(hù)，采區(qū)部分開拓準(zhǔn)備巷道也采用了該支護(hù)方式。截止目前，已利用錨網(wǎng)索梯支護(hù)技術(shù)安全掘進(jìn)煤巷兩萬余米。在煤巷掘進(jìn)過程中，梧桐莊礦通過采取合理確定支護(hù)參數(shù)、強(qiáng)化現(xiàn)場施工管理和頂板監(jiān)測，重點(diǎn)做好后路頂板維護(hù)和掘進(jìn)工作面迎頭工程地質(zhì)條件監(jiān)測等措施，成功杜絕了煤巷掘進(jìn)頂板事故，取得了顯著成效。

1 支護(hù)作用原理

煤巷錨網(wǎng)索梯支護(hù)是錨桿、錨索、塑料網(wǎng)、金屬梯形梁或W鋼帶聯(lián)合支護(hù)，共同支撐煤巷頂板的一種新型混合支護(hù)技術(shù)，它的作用原理就是利用錨網(wǎng)索梯支護(hù)強(qiáng)化和提高巷道頂板一定范圍巖層的抗剪壓能力，形成強(qiáng)化承壓拱，抵抗巷道圍巖變形，達(dá)到支撐維護(hù)巷道的目的。其具體作用就是通過對頂錨桿在一定預(yù)緊力作用下進(jìn)行端錨，使端錨范圍內(nèi)的復(fù)合巖層在錨桿的彈性壓縮下形成組合梁，同時(shí)利用錨固于穩(wěn)定巖層中的錨索對給合梁在一定預(yù)緊力作用下進(jìn)行懸吊，進(jìn)一步增強(qiáng)組合梁的支護(hù)強(qiáng)度。

2 頂板事故預(yù)兆

煤巷錨網(wǎng)索梯支護(hù)是利用巷道圍巖自身進(jìn)行主動支護(hù)。圍巖變形有一個從彈性到塑性，最后喪失抵抗力的過程，這種特性決定了錨網(wǎng)索梯支護(hù)的煤巷頂板變形要經(jīng)過一定變形量的積累，當(dāng)頂板變形量積累達(dá)到一定程度，就會導(dǎo)致煤巷頂板突然垮塌造成頂板事故。錨網(wǎng)索梯支護(hù)煤巷板變形過程往往引發(fā)一系列壓力顯現(xiàn)，出現(xiàn)頂板事故預(yù)兆：

1）頂板出現(xiàn)局部離層掉渣，在塑料網(wǎng)上形成網(wǎng)兜，嚴(yán)重時(shí)造成頂錨桿失效。

2）巷道兩幫收斂，頂板下沉，梯形梁或W鋼帶開始出現(xiàn)折疊現(xiàn)象。

3）巷道底板鼓起，軌道變形，梯形梁變形，W鋼帶或頂錨桿斷裂。

4）頂板巖層爆響，頂板離層監(jiān)測儀顯示離層加劇。

5）錨索承載力增大，錨索托盤變形，出現(xiàn)放射狀絞理，嚴(yán)重時(shí)錨索斷開失效。

3 頂板事故的預(yù)防

3.1 合理確定錨桿錨索支護(hù)參數(shù)

根據(jù)工作面地質(zhì)條件，合理參照鄰近工作面地質(zhì)力學(xué)評估資料，依據(jù)秦巴列維奇理論按自然平衡拱原理對掘進(jìn)工作面圍巖破壞范圍和圍巖壓力進(jìn)行計(jì)算。并以此為依據(jù)，結(jié)合其他礦井的生產(chǎn)實(shí)踐合理確定錨桿錨索支護(hù)參數(shù)。圖1是秦氏理論的計(jì)算模型。



圖1 秦氏理論的計(jì)算模型

3.1.1 巷道圍巖破壞范圍的計(jì)算

1）煤巷兩幫煤體受壓破壞深度

c=Htan(45-φ/2)

式中 c——煤體受壓破壞深度，m；

　　 H——巷道高度，m；

　　 φ——煤的內(nèi)摩擦角，φ=arctan(f)=45°，f=1

2）巷道頂板潛在的冒落拱高

b₁=a₁/u=(a+c)/(R_c/1 000)

式中 b₁——巷道頂板潛在的冒落拱高，m；

　　 a——承受彎曲的懸臂巖層的半跨距，m；

　　 R_c——巷道頂板巖石的抗壓強(qiáng)度，N/cm²。

3）頂板壓力

Q=4a₁b₁r₁/3=4(a+c) b₁ r₁ /3

4）兩幫煤體側(cè)向壓力

Q′=(2b₁r₁/γ+H)/2H tan²(45-φ/2)

式中γ為煤的體積重量，kN/m³。

3.1.2 合理確定錨桿錨索支護(hù)參數(shù)

依據(jù)巷道圍巖破壞范圍的理論計(jì)算值，輔以工程類比，結(jié)合其他礦井的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，回采巷道錨桿錨索支護(hù)參數(shù)確定如下：

1）回風(fēng)順槽 斷面形狀矩形，凈寬3.4m，凈高2.8m。頂板錨桿選用Φ20mm×2 400mm的20Mnsi左旋無縱筋螺紋鋼。設(shè)計(jì)錨固力100kN，間距800mm，排距700mm。巷道頂弧靠近兩幫各布置1根角錨桿，向煤壁斜上方傾斜15°。頂錨桿每排5，用1根長3.3m的W鋼帶或梯形梁連接起來，錨桿錨固劑選用Z2335，K2335型樹脂藥卷各1卷。

幫錨桿布置在兩排頂錨桿之間，與頂錨桿交錯布置。幫錨桿選用Φ16mm×1800mm的A3圓鋼錨桿，擋圈距桿尾500mm。設(shè)計(jì)錨固力40kN，間距700mm，排距700mm。錨固劑選用K2335和Z2335型樹脂藥卷各1個。

順槽頂板兩端各布置1道錨索，錨索長7.0m，錨固長度1.5m，每條錨索采用CK2352，K2352，Z2352藥卷各1卷，預(yù)緊力不小于150kN，錨固力要求在260kN以上，錨索距幫1.0m布置，間距1.6m，排距2.1m，每根錨索配1塊300mm×300mm×16mm的鋼托板。

2）運(yùn)輸順槽 斷面形狀矩形，凈寬3.8m，凈高2.8m。頂幫錨桿參數(shù)、材質(zhì)、錨固劑用量及型號同回風(fēng)順槽，間距720mm，排距700mm，巷道頂板靠近兩幫各布置1根角錨桿，向煤壁斜上方傾斜15°。頂錨桿每排6根，用1根長3.7m的W鋼帶或梯形梁連接起來，錨桿錨固劑選用Z2335，K2335型樹脂藥卷各1卷。

運(yùn)輸順槽幫錨桿布置同回風(fēng)順槽。

運(yùn)輸順槽頂板兩端各布置1道錨索，錨索距幫1.2m，間距1.6m，排距2.1m，其它要求同回風(fēng)順槽。

3）切眼 斷面為矩形，凈寬6m，凈高2.8m。頂錨桿間距600mm，排距700mm，頂角錨桿布置同工作面槽，每排9根錨桿，用2根長3.0m的W鋼帶連接，錨固劑選用K2335、Z2335型樹脂藥卷各1卷。

幫錨桿布置在兩排頂錨桿之間，與頂錨桿交錯布置?？諑蛡?cè)幫錨桿間距700mm，排距700mm，其參數(shù)、材質(zhì)、錨固劑用量及型號同工作面順槽。煤幫側(cè)錨桿選用長1.5m的竹錨桿。

切眼錨索距幫0.85m布置，錨索間距1.5m，排距1.4m，每排4根錨索，其它要求同工作面順槽。

4）其它材料

a.錨索 采用低延伸率鋼絞線，直徑15.24mm，由7根直徑5mm鋼絲組成，強(qiáng)度級雖1 860MPa，破壞負(fù)荷不低于260kN。

b.托板 每根頂錨桿配備1塊直徑120mm、厚10mm熟鋼圓托盤，每根幫錨桿配備1塊300mm×200mm×30mm的竹托板和1塊與頂錨桿相同的熟鋼圓托盤。

c.網(wǎng) 巷道全周邊鋪設(shè)雙抗塑料網(wǎng)，頂幫輔嚴(yán)，網(wǎng)邊搭接100mm，每200mm連1道整股塑料繩。

d.梯形梁（或W鋼帶） 回風(fēng)順槽錨桿采用寬80mm，長度為3 300mm的梯形梁或BHW-230-3-3300型W鋼帶。

運(yùn)輸順槽錨桿采用寬80mm、長3 700mm的梯形梁或BHW-230-3-3700型W鋼帶。

切眼采用BHW-230-3-3000型W鋼帶。

3.2 加強(qiáng)施工現(xiàn)場管理，抓好錨桿錨索的安裝質(zhì)量

1）炮掘工作面全面推廣煤巷光爆技術(shù)，充分利用手持式風(fēng)動鉆機(jī)鉆頭直徑小和炸藥小藥卷技術(shù)，通過合理調(diào)整眼位和藥量，盡量減少爆破作業(yè)對煤巷兩幫的破壞，保證煤巖的完整性。機(jī)掘工作面綜掘機(jī)司機(jī)要盡量將兩幫煤壁割直旋齊，減少欠，超挖現(xiàn)象發(fā)生。

2）嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求的角度、間排距鉆設(shè)錨桿（錨索）孔，落煤后及時(shí)組織人員找好頂幫，由當(dāng)班質(zhì)量驗(yàn)收員按設(shè)計(jì)要求定位標(biāo)記錨桿（索）眼位，同時(shí)在鉆桿上做標(biāo)記，保證打眼深度，跟蹤監(jiān)督檢查錨桿（索）的安裝，確保錨桿（索）的安裝質(zhì)量。

3）施工打眼時(shí)要嚴(yán)格按標(biāo)記深度鉆眼，錨桿眼的深度應(yīng)小于錨桿長度50mm，誤差不超過10mm，以利于錨桿安裝后托板貼緊煤壁。

4）錨桿（索）的安裝必須按要求進(jìn)行，錨固劑、錨桿、錨索、托盤和螺母等性能強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)必須與設(shè)計(jì)錨固力相匹配，各種材料入井必須有產(chǎn)品合格證。巷道頂幫錨桿的方向、位置和密度必須符合設(shè)計(jì)要求，托板和護(hù)板必須貼緊頂板和煤壁，不得松動，接觸面積達(dá)到80％以上。出現(xiàn)頂幫錨桿不接頂鐵幫時(shí)，要重新補(bǔ)打錨桿。網(wǎng)要展開鋪平，貼緊頂板和煤幫，用錨桿托板壓緊，搭接處每隔200mm，用整股塑料繩聯(lián)結(jié)1道。螺母的擰緊力矩不小于100N·m，頂幫錨桿均要上2個螺母。錨桿、錨索安裝前，必須用壓風(fēng)將孔內(nèi)煤巖粉、水等吹洗干凈。錨桿端部必須推至眼底，尾部外露長度不小于50mm。

5）錨桿、錨索安裝，必須按作業(yè)規(guī)程規(guī)定的施工操作程序進(jìn)行，先裝快速藥卷，再裝慢速藥卷，用錨桿（索）將藥卷送至孔底后，用攪拌裝置邊攪拌，邊用邊迅速向孔底推進(jìn)錨桿（索），待藥卷得到充分?jǐn)嚢韬笸C(jī)，攪拌時(shí)間為30s，攪拌要連續(xù)進(jìn)行，中途不得停頓。錨桿攪拌后上托盤，1h后二次預(yù)緊，錨索攪拌凝固1h后上托盤張拉。其預(yù)緊力必須達(dá)到設(shè)計(jì)要求，托盤要緊貼巖面。

6）礦、區(qū)兩級各自建立質(zhì)量管理機(jī)構(gòu)，區(qū)質(zhì)量管理小組每天對所屬掘進(jìn)工作面錨桿、錨索的安裝質(zhì)量等進(jìn)行日?？己蓑?yàn)收，礦以生產(chǎn)安全部安監(jiān)員巡查和綜合安全質(zhì)量大檢查的形式對全礦錨網(wǎng)索梯支護(hù)巷道進(jìn)行抽查，發(fā)現(xiàn)錨桿、錨索安裝質(zhì)量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的就嚴(yán)肅處理。

3.3 加強(qiáng)頂板觀測，及時(shí)獲得頂板穩(wěn)定狀況的信息

1）錨網(wǎng)索梯支護(hù)巷道按設(shè)計(jì)要求每隔50m布設(shè)1個觀測點(diǎn)，斷層及圍巖破碎帶、應(yīng)力集中區(qū)、交岔點(diǎn)等特殊地點(diǎn)加設(shè)觀測點(diǎn)，頂板離層儀安設(shè)在巷道頂板，巷道斷面中部，深基點(diǎn)固定在頂板上方7m處，淺基點(diǎn)固定在頂板上方3m處。

2）頂板離層儀由施工隊(duì)隊(duì)長負(fù)責(zé)及時(shí)跟頭安裝（安裝離層儀時(shí)距前頭距離：機(jī)掘≤3m，炮掘≤10m）。

3）觀測點(diǎn)實(shí)行掛牌管理，牌板上寫明監(jiān)測點(diǎn)號、安裝人員、安裝日期和初始數(shù)據(jù)，并指定專人負(fù)責(zé)觀測數(shù)據(jù)，填寫原始記錄，建立觀測檔案。

4）觀測人員每天及時(shí)上報(bào)觀測數(shù)據(jù)。

5）礦負(fù)責(zé)部門對收集的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行認(rèn)真分析，從中總結(jié)頂板變化的規(guī)律性，對觀測數(shù)據(jù)異常點(diǎn)要進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)查，若現(xiàn)場確定該處巷道頂板活動異常威脅安全生產(chǎn)時(shí)，立即上報(bào)主管礦領(lǐng)導(dǎo)采取相應(yīng)措施。

3.4 錨網(wǎng)索梯支護(hù)巷道出現(xiàn)頂板事故預(yù)兆要及時(shí)維護(hù)

1）井下作業(yè)人員隨時(shí)觀察巷道頂板及煤壁活動情況，一旦發(fā)現(xiàn)頂板異常，出現(xiàn)頂板事故預(yù)兆要及時(shí)向礦調(diào)度室和區(qū)隊(duì)值班人員匯報(bào)并采取相應(yīng)措施，杜絕事故發(fā)生。

2）頂板出現(xiàn)局部離層掉渣、頂錨桿斷裂時(shí)，及時(shí)處理網(wǎng)兜、補(bǔ)打錨桿，確保復(fù)合頂板的完整性，盡量減小頂板離層的發(fā)展。

3）巷道出現(xiàn)兩幫收斂、頂板下沉、梯形梁或W鋼帶折疊現(xiàn)象時(shí)，要根據(jù)巷道頂板變形程