浅析综采工作面回撤通道中锚网支护的运用分析

2016-09-28秦凯

中国新技术新产品 2016年18期

关键词：锚网网片钢丝绳

秦　凯

（中国神华神东煤炭集团公司生产服务中心，陕西榆林 719315）

浅析综采工作面回撤通道中锚网支护的运用分析

秦凯

（中国神华神东煤炭集团公司生产服务中心，陕西榆林 719315）

煤矿行业是一种高危性行业，在生产过程中存在着大量的安全隐患，因此对于煤炭企业而言，必须时刻关注煤矿的安全生产问题，将其放在最为核心的位置。在煤矿开采过程中，综采工作面回撤通道的支护问题，不仅是当前技术条件下影响煤矿生产安全的重要因素，同时也在一定程度上影响着工作面设备的回撤速度以及煤矿开采巷道的掘进速度。本文以神东煤炭集团下的煤矿为例，对锚网支护在综采工作面回撤通道中的运营进行了分析和探讨，希望能够为煤矿的安全生产提供一些参考。

综采工作面；回撤通道；锚网支护技术；运用

在工业化进程不断加快的带动下，我国的生产力水平有了很大的提高，对于煤炭资源的需求量也在持续增长，促进了煤炭产业的发展。而对于煤矿开采而言，提升综采工作面的回撤速度，是保证产量及生产安全的关键所在，如何构筑稳定的回撤通道支护系统，是需要相关技术人员深入研究的课题。通常来讲，综采工作面回撤通道会受到煤矿开采振动的影响，需要承载较大的支撑压力，在一定程度上增大了回撤通道的支护难度，锚网索联合支护作为一种比较有效的支护方案，有着非常显著的优势，也是当前综采工作面回撤通道支护中比较常用的一种支护形式。

1.具体案例

布尔台煤矿是神东煤炭集团主力生产特大型矿井之一，占地面积193km2，矿井地质资源储量达到33.03亿t，设计可采储量20.16亿t。该煤矿位于内蒙古鄂尔多斯市伊金霍洛旗境内，年生产能力在2000万t左右，井田内地质结构相对简单。煤矿采用主斜井副平硐综合开拓，综合机械化采煤工艺，是一座集生产、洗选、储装、外运于一体的特大型高产高效现代化矿井。在煤矿生产中，综采工作面回撤是一个非常关键的环节，一方面，回撤的速度关系着矿井的产量，另一方面，回撤通道的支护设计影响着煤矿的生产安全，因此，煤矿技术人员应该重视对于综采工作面回撤通道支护方案的设计，确保支护系统的可靠性和稳定性。

2.回撤通道支护方案的选择

从煤矿矿井的具体情况分析，可供选择的支护方案包括以下几种：

2.1钢梁、台棚支护

这种支护方式主要利用钢棚替代原本的木棚支护，能够显著提升支护体系的承载能力和稳定性，减少支护体系的净高度和净宽度，支护效果良好，不过需要使用大量的钢材，在运输及成本方面没有优势。

2.2钢梁、台棚垛架支护

垛架支护是一种比较新颖的支护方式，配合钢梁，同样能够起到良好的支护效果，不过其同样存在着成本高、结构复杂等问题。

2.3锚网支护

锚网支护主要是固定在岩层中的预应力锚索，搭配柔性网措施构成锚网索联合支护体系，承载能力强、稳定性好，回撤的安全性和经济效益都能够得到很大的提高。因此，这里选择锚网支护方案。

3.综采工作面回撤通道锚网支护

3.1参数确定

3.2.1支护强度验算

以42101-2回撤通道为例，对其支护强度进行相应的验算。

（1）顶板岩石压力的计算：计算公式为

其中，h表示支护高度，取3.8m；γ表示顶板岩层重力密度，取2.5t/m³；k表示直接顶厚度与支护高度的比值，取4，则顶板岩石压力Pt为372.78kN/m2。

（2）综采工作面支护强度：计算公式为

Pt=液压支架支护阻力/（顶梁长度+空顶长度）×顶梁宽度=827.92kN

（3）主动支护强度：Pt=锚索支护强度+锚杆支护强度=180kN

（4）被动支护强度：Pt=垛式支架支护强度+单体支护强度=859.15kN

主回撤支护通道的支护强度为主动支护强度与被动支护强度的和，即1039.15kN，为顶板压力的2.79倍，综采面支护强度的126%，能够满足安全生产所规定的不低于综采工作面支护强度80%的要求。

3.2.2锚杆间距

锚网支护体系中，由于预应力的存在，每一根锚杆周围都会形成压应力分布区域，其分布由大到小依次为锚杆尾部、锚固起始区、锚杆中部以及锚杆端部，在锚杆端部的压应力基本上已经接近零应力状态。在对锚网支护体系进行运用时，必须合理设置锚杆间距，如果间距过大，可能会导致锚杆无法形成独立的有机整体，影响其支护效果。因此，应该逐步缩小锚杆之间的聚集，一直到其各自的锥形压应力区域相互重叠，从而提升锚杆的预应力，起到更加可靠的支撑效果。

（3）锚杆排距：锚杆排距的计算公式如下

其中，Q表示锚杆设计锚固力，r表示悬吊岩石的重力密度。

3.2支护设置

（1）回撤通道净宽5.4m，净高平均约3.8m，长度269.0m。主回撤通道锚索用Φ17.8×8000mm锚索+4.6m四眼W钢带，排距1.2m。

（2）通道联巷锚索用Φ17.8×8000mm锚索+4.2m三眼W钢带，靠通道副帮前5排排距0.5m。中间十排排距1.2m，后4排排距2m。

（3）两顺槽锚索用Φ17.8×8000mm锚索+4.2m三眼W钢带、通道交叉口锚索排距不大于500mm；靠通道口向切眼方向20m用Φ17.8×8000mm锚索+4.2m三眼W钢带，排距1.2m；靠通道口向辅巷方向用Φ17.8×8000mm锚索+4.2m三眼W钢带，排距1.2m。

（4）回撤通道使用双排15000kN垛式支架与W钢带+锚索支护，共需要垛式支架110台，联巷口用垛架8台。

3.3施工技术

3.3.1工作面调整

距停采线100m时，调度室负责协调煤仓，使工作面正常推进，确保工作面末采段矿压规律稳定；工作面回采至距停采线20m之前，必须及时加甩刀调整工作面，使工作面和回撤通道平行；工作面推至20m开始，通过控制采高、顶煤厚度及拉超前架等措施加强顶板管理；工作面保证采高4.0m前提下留设底煤100mm～200mm，采高不够4m时沿顶回采，可以不留沿底；工作面推至停采线的最后一刀时，煤机停在机头，机头段底上24架范围内不留台阶，先不移架，工作面支架全部将伸缩梁、护帮板打出，贴紧顶板。

3.3.2顶板控制

在综采工作面，回撤通道施工完成后，由于其整体宽度较大，会使得顶板承受更大的压力，容易出现塌陷的问题。对此，为了切实保证回撤通道的安全与稳定，在锚网支护施工中，应该首先对顶板进行控制，避免出现围岩变形和顶板脱落的情况，保证回撤速度和生产安全。具体来讲，采用的是柔性网措施，基本流程如下：

（1）材料准备：需要准备的包括网片、钢丝绳、铅丝、锚杆、树脂等材料，以及绞盘、滑轮、钳子、煤电钻、钻杆等工具，确保材料的数量能够满足设计要求，工具齐全完好。

（2）挂网准备：工作面回采至距回撤通道50m开始调整采高，将绞盘安装在液压支架立柱上。在实际操作时，确保每次提、卧底量不大于200mm，并执行提（卧）一刀，平一刀，距挂网起始点2m～3m时采高降至与回撤通道高度一致，工作面底板标高与对应的回撤通道底板标高的高差控制在0～300mm；统一标准，一架一个，安装牢固，符合要求；用铁丝将钢丝绳吊挂在电缆槽护板上，钢丝绳规格为Φ18.5mm，长度根据工作面长度裁剪适当，数量1根。

（3）钢丝绳铺设：钢丝绳的铺设同样是为了对顶板支撑体系进行辅助，可以分为两个步骤，一是在距液压支架前梁300mm位置打锚索；二是收回护帮板，在挂网起始点挂第一根钢丝绳。工作面中部每隔两架打一根锚索，，锚索选用Φ17.5×4000mm，标准反麻花头，断层附近前后10架选用Φ17.5×8000mm的锚杆，同时确保护帮板紧贴煤壁。

（4）悬挂网片：在将网片运到工作面后，收回护帮板，将绞盘钢丝绳从网片底部穿过连接到钢丝绳上，并在钢丝绳上搭接网片，转动绞盘将其收起。在操作中，一是应该保证护帮板完全收回，安装横销，连接牢固可靠；二是确保搭接长度不少于200mm，每隔200mm用14号双股铅丝绑扎，至少拧3圈，网片紧贴液压支架顶梁，绞盘锁紧。

（5）放网：利用绞盘将网片放下，确保放网滞后采煤机底滚筒不小于3架，放下长度不小于3m。

（6）移架推溜：指移动液压支架，推出刮板输送机，液压支架降下高度250mm左右，降液压支架过程中必须边降液压支架边调平衡油缸，升液压支架时再将前梁挑起，刮板输送机采用全行程推出。

（7）收网：利用绞盘将网片收起，确保网片紧贴液压支架顶梁，绞盘锁紧。

（8）压网：用锚索托盘将柔性网与回撤通道内的压网锚索连接，确保柔性网与锚索托盘搭接后，外漏长度不少于200mm。

3.3.3注意事项

在支护施工中，必须确保使用的单体支柱和垛架完好，能够达到额定工作阻力，同时将其倾斜度控制在8°以内，与顶板和底板保持垂直，以确保工作面的安全回撤。应该根据巷高，对单体支柱进行选择，确保支护后支柱具有至少400mm的下缩量；支护中使用的单体必须采用防倒绳以及防崩绳进行连接；主通道采用全垛式支架和单体联合支护的形式，回撤通道的垛架需要以道木接顶，避免出现锚索失效的情况；每一个回撤通道联巷内都采用两架垛架和单体联合支护15m，间排距1.0×1.0m，单体以木柱帽接顶，保证接顶的严密。垛架的架设和回撤需要关注几个方面的问题：一是支设木垛前先检查顶网及钢丝绳的完好情况，发现隐患及时处理；二是将底板浮煤、浮矸清理干净，木垛支设在实底上。木垛支设成“#”字形，顶板压力大时应在木垛中间支设一根轴心木支柱；三是支设高度过高时使用专用爬梯或用道木搭建1.5m高的工作平台进行支设木垛；四是最后一层木垛必须接顶严实，并且木垛轴心与顶板垂直；五是回撤支架应根据顶板压力变化及破碎情况及时在三角区支设木垛；六是禁止直接打开立柱截止阀强行降架，必须采取远距离供液操作垛式支架；七是回撤副帮侧垛式支架时，必须先用绞车将垛式支架调向拉平后，再用绞车牵引拉出，人员必须躲开受力方向，调向高度不允许时可挂设滑轮反向撤出。

3.4支护效果

一是控制围岩稳定性，通过锚网支护的方式，可以提高组合梁和煤帮的抗剪强度，提升顶板支撑效果和组合梁支护强度，有效避免了顶板上层围岩的松动和变形问题，保证了回撤通道围岩支护的稳定性和可靠性。同时，在锚杆支护体系的影响下，综采工作面回撤通道内的组合岩梁可以与围岩形成相互作用力，对顶板承受的应力进行分担；二是控制围岩变形，通过锚杆与锚索的相互配合，可以将围岩下层的软弱岩层与深部基岩锚固在一起，通过产生的悬吊作用提供预应力，实现对于顶板围岩的变形控制；三是提高经济效益，相比较传统综采工作面回撤通道的支护方式，锚网支护体系的优势更加明显，能够有效提高煤矿企业的经济效益。具体来讲，表现在两个方面，一方面，可以有效节约直接材料费用，降低回撤通道的维护费用，实现成本的节约，对于实现企业经济效益的最大化意义重大；另一方面，锚网支护体系工序相对简单，能够有效缩短施工工期，提高施工效率，从而促进产量的提升。由此可知，在综采工作面回撤通道中，采用锚网支护的形式，能够切实保证回撤通道的安全，减少矿井事故发生的机率，同时也可以节约支护成本，保证良好的经济效益。