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摘要：“三软”煤层在煤矿企业开采过程中时常遇到，由于煤层属裂隙发育，地理构造复杂，顶板岩层、软的主煤层以及底板岩层都是软弱煤层，在沿空掘巷施工过程中要操作要十分谨慎，锚网梯 + 锚索槽钢梁 + 点锚索补强联合支护方式，有效地保持了巷道掘进期间的稳定性，改变了沿空掘巷难以支护的被动局面。本文将对具体的支护施工工艺展开探讨。
关键词：软弱煤层；复合顶板；沿空掘巷；锚网索；施工
【分类号】：TD353
锚杆支护加固了围岩表面，对于“三软”岩层形成了一定的压力，使被锚固岩层组形成一个承载结构，改善了位于岩层下部的受力状态，有效提升了岩层的承载能力。锚杆安装后即对围岩产生轴向或横向的支护阻力，且随围岩变形支护阻力的不断增加，加之锚索的悬吊作用，使巷道表面位移量、顶板离层得到了有效控制。本文以某煤矿巷道维护为例探讨“三软”煤层、复合顶板下沿空掘巷锚索网支护的施工工艺。
1.支护设计及施工要求
1.1工作面概况
某煤矿矿井-300m煤柱回风巷北为-300m回风巷，南为24161采空区，东为F24-5断层，西为24专用回风巷。-300m回风巷掘进及24161采煤工作面回采资料证实，F24-4逆断层走向平均175°，倾向平均265°，倾角平均40°，落差0～1.3m；F24-5正断层走向平均213°，倾向平均143°，倾角平均55°，落差4～8m。煤矿-300m煤柱回风巷布置如图1所示。
图1
1.2沿空掘巷合理煤柱尺寸
由于巷道是沿着采空区边缘留有一定的煤柱进行掘进，巷道的围岩受到一定的采动影响而变得破碎，巷道掘进时会产生明显的变形。如果巷道留有的煤柱尺寸过小，就会使巷道围岩更加破碎，使得巷道更难支护；尺寸过大，会造成资源浪费。要避免将锚杆安设在破碎区域中，使锚杆锚固力减弱，考虑到锚杆的长度和松动系数，沿空掘巷的合理煤柱尺寸为3m左右，最大不超过5m。
1.3联合支护
（1）顶板支护参数。采用22mm×2200mm端头锚固式螺纹钢锚杆，每根锚杆用2卷MSK2335型树脂锚固剂锚固，锚杆间排距均为800mm，若顶板条件差时，改为600mm×600mm。锚杆托盘为冷压碟形钢板，规格为120mm×120mm×10mm。金属网选用长2000mm、宽1000mm的菱形网，菱形网采用钢板冷压加工而成。锚梁采用14mm圆钢加工的梯子梁，宽50mm、长2200mm。顶锚索采用15.24mm×6000mm的高强度低松弛预应力钢绞线制成，采用3卷MSK2350型树脂锚固剂锚固，并配置专用托盘和索头，锚固力不低于200kN；顶锚索间排距1500mm×2000mm，外露长度250mm，呈“五花”布置；锚索托盘用钢板压制而成，规格300mm×300mm×20mm。
（2）巷帮支护参数。采用18mm×1800mm端头锚固式圆钢锚杆，间排距均为800mm；采用2卷MSK2335型树脂锚固剂锚固。为实现主动让压支护，帮锚杆采用复合托盘：内为木托盘，规格为350mm×240mm×50mm；外层为金属托盘，规格为120mm×120mm×10mm。为防止巷道底鼓，巷帮最下方的底角锚杆与巷道底板成30°角布置。为了防止巷帮严重变形，增加沿空侧巷帮支护强度，沿空侧布置1排帮锚索。帮锚索采用15.24mm×6.0m的高强度低松弛预应力钢绞线制成，采用3卷MSK2350型树脂锚固剂锚固，锚固力不低于200kN。在巷帮距底板1000mm处布置1排帮锚索，排距3000mm，紧贴煤帮安设。锚索托梁用废旧11#矿用工字钢加工而成，长1000mm，孔径16mm。巷道支护如图2所示。
2.存在问题及对策
2.1合理层位的确定
巷道跟底掘进存在问题：①由于巷道直接顶为软弱复合顶板，富含节理及弱结构面，一旦破顶顶板很难留住，不利于两巷的超前支护管理；②由于巷道两帮高度太高，稳定性较差，片帮严重，巷道成型困难；③破碎的矸石造成煤炭夹矸过大，煤质下降。巷道跟顶掘进时不破坏复合顶板，但也存在一些问题：①复合顶板从综掘机开始切割到永久支护未完成前这段时间里局部易冒落，作业过程中安全系数较低；②若锚杆长度与复合顶板的厚度相当，且顶板经揉搓破坏后容易在锚固区外形成离层，需要加大锚杆长度及锚固长度；③现有煤巷综掘机破底施工较慢，且影响综掘机正常的使用寿命。
复合顶板结构一般为软硬岩互层，或有煤线及软弱夹层存在，层间粘结力极低，弱面发育，很容易出现顶板离层，发生冒顶事故。在开掘巷道之后，使巷道稳定性大大降低。由于矿井复合顶板厚度大，锚杆长度不能将其锚固在上部稳定的岩层上，加之矿井巷道顶板5-1煤层和其软弱岩层界面上极易产生离层。因此必须采用锚索加强支护才可以发挥锚网索支护的悬吊作用。
2.2提升延伸率
由于锚索和全螺纹锚杆的延伸率不同，致使迎头在施工完锚杆后，补强锚索支护时，造成局部锚杆被压出，托盘松动，预紧力丧失，锚杆支护效果较差，锚索成为主要支护，造成锚索的破坏。
针对两种支护材料延伸率的不同，采取在锚索托梁的上方铺垫木鞋等，以增加锚索的延伸吸收变形量，使其缩小和锚杆之间延伸率的差距，尽量保持同步；如果出现上述锚杆“压出”现象后，应及时将此类锚杆进行二次预紧。在现有的地质条件下，将托梁衬垫为水平状态，衬垫物可以采用硬质木块或钢铁制品、以减少客观上的承载力分解损失。当托梁两端接顶，中部不实时造成托梁的端头接触，托梁的里部悬空时，应将内部悬空部分用木批等进行铺垫接实，不仅可以增强托梁的面接触，减轻锚索的剪切破坏，同时又可以增加其吸收变形，缓解锚索延伸率低的缺陷，从而提高其承载强度。
2.3锚固力预紧力不足
“三径匹配”中，使用的药卷为K2335，锚索钢绞线直径为15.24mm，采用与锚杆钻孔匹配的28mm钻头，造成眼孔径过大，致使药卷与孔壁之间粘接附着力降低，即锚固力、预紧力达不到设计要求。使用左旋钢绞线，在大扭矩搅拌器具旋向为右旋的情况下，安装钢绞线时，不能破股旋进，从而导致树脂药卷搅拌不均匀、锚固力大大降低。使用右旋锚索钢绞线与钻机旋向相同，药卷是充分搅拌了，但其破股现象比较严重，造成整体性强度下降，降低了右旋锚索钢绞线的整体承载能力。
“三径匹配”不合理直接导致锚固剂与围岩、锚杆体与锚固剂间粘接强度的降低，使锚固力降低。应针对锚索直径，选用合适钻头施工，既满足施工方便，又保证锚索锚固力达到最佳状态，实践证明27mm的钻头效果较好。根据钻机的旋转方向和锚索钢绞线的整体配合作用，采用左旋式锚索，以增强整体的效果，并在锚索的两个端头附近焊接铁环，在安装时由于铁环直径大于锚索直径，能有效增加搅拌的充分性，在现场施工中收到了较好的效果。
3.结束语
通过锚网索施工方案及存在问题的分析、改进，从现已施工锚网索支护巷道的观测结果表明，锚网索支护体系结构合理，施工便捷，承载能力高，保证了沿空掘巷施工在服务期限内的安全性和可靠性。
参考文献：
[1]秦永洋，许少东，杨张杰.深井沿空掘巷煤柱合理宽度确定及支护参数优化[J].煤炭科学技术，2010，02：15-18.
[2]李全.支承压力作用期沿空掘巷锚网支护技术[J].能源技术与管理，2007，02：32-33.
[3]柳金雷.支承压力作用期沿空掘巷锚网支护参数研究[J].煤矿开采，2008，01：54-55+70.
[4]胡运峰，李必传.三软"煤层窄煤柱沿空掘巷锚梁网支护实践[J].煤矿开采，2003，01：51-53.
关键词：软弱煤层；复合顶板；沿空掘巷；锚网索；施工
【分类号】：TD353
锚杆支护加固了围岩表面，对于“三软”岩层形成了一定的压力，使被锚固岩层组形成一个承载结构，改善了位于岩层下部的受力状态，有效提升了岩层的承载能力。锚杆安装后即对围岩产生轴向或横向的支护阻力，且随围岩变形支护阻力的不断增加，加之锚索的悬吊作用，使巷道表面位移量、顶板离层得到了有效控制。本文以某煤矿巷道维护为例探讨“三软”煤层、复合顶板下沿空掘巷锚索网支护的施工工艺。
1.支护设计及施工要求
1.1工作面概况
某煤矿矿井-300m煤柱回风巷北为-300m回风巷，南为24161采空区，东为F24-5断层，西为24专用回风巷。-300m回风巷掘进及24161采煤工作面回采资料证实，F24-4逆断层走向平均175°，倾向平均265°，倾角平均40°，落差0～1.3m；F24-5正断层走向平均213°，倾向平均143°，倾角平均55°，落差4～8m。煤矿-300m煤柱回风巷布置如图1所示。
图1
1.2沿空掘巷合理煤柱尺寸
由于巷道是沿着采空区边缘留有一定的煤柱进行掘进，巷道的围岩受到一定的采动影响而变得破碎，巷道掘进时会产生明显的变形。如果巷道留有的煤柱尺寸过小，就会使巷道围岩更加破碎，使得巷道更难支护；尺寸过大，会造成资源浪费。要避免将锚杆安设在破碎区域中，使锚杆锚固力减弱，考虑到锚杆的长度和松动系数，沿空掘巷的合理煤柱尺寸为3m左右，最大不超过5m。
1.3联合支护
（1）顶板支护参数。采用22mm×2200mm端头锚固式螺纹钢锚杆，每根锚杆用2卷MSK2335型树脂锚固剂锚固，锚杆间排距均为800mm，若顶板条件差时，改为600mm×600mm。锚杆托盘为冷压碟形钢板，规格为120mm×120mm×10mm。金属网选用长2000mm、宽1000mm的菱形网，菱形网采用钢板冷压加工而成。锚梁采用14mm圆钢加工的梯子梁，宽50mm、长2200mm。顶锚索采用15.24mm×6000mm的高强度低松弛预应力钢绞线制成，采用3卷MSK2350型树脂锚固剂锚固，并配置专用托盘和索头，锚固力不低于200kN；顶锚索间排距1500mm×2000mm，外露长度250mm，呈“五花”布置；锚索托盘用钢板压制而成，规格300mm×300mm×20mm。
（2）巷帮支护参数。采用18mm×1800mm端头锚固式圆钢锚杆，间排距均为800mm；采用2卷MSK2335型树脂锚固剂锚固。为实现主动让压支护，帮锚杆采用复合托盘：内为木托盘，规格为350mm×240mm×50mm；外层为金属托盘，规格为120mm×120mm×10mm。为防止巷道底鼓，巷帮最下方的底角锚杆与巷道底板成30°角布置。为了防止巷帮严重变形，增加沿空侧巷帮支护强度，沿空侧布置1排帮锚索。帮锚索采用15.24mm×6.0m的高强度低松弛预应力钢绞线制成，采用3卷MSK2350型树脂锚固剂锚固，锚固力不低于200kN。在巷帮距底板1000mm处布置1排帮锚索，排距3000mm，紧贴煤帮安设。锚索托梁用废旧11#矿用工字钢加工而成，长1000mm，孔径16mm。巷道支护如图2所示。
2.存在问题及对策
2.1合理层位的确定
巷道跟底掘进存在问题：①由于巷道直接顶为软弱复合顶板，富含节理及弱结构面，一旦破顶顶板很难留住，不利于两巷的超前支护管理；②由于巷道两帮高度太高，稳定性较差，片帮严重，巷道成型困难；③破碎的矸石造成煤炭夹矸过大，煤质下降。巷道跟顶掘进时不破坏复合顶板，但也存在一些问题：①复合顶板从综掘机开始切割到永久支护未完成前这段时间里局部易冒落，作业过程中安全系数较低；②若锚杆长度与复合顶板的厚度相当，且顶板经揉搓破坏后容易在锚固区外形成离层，需要加大锚杆长度及锚固长度；③现有煤巷综掘机破底施工较慢，且影响综掘机正常的使用寿命。
复合顶板结构一般为软硬岩互层，或有煤线及软弱夹层存在，层间粘结力极低，弱面发育，很容易出现顶板离层，发生冒顶事故。在开掘巷道之后，使巷道稳定性大大降低。由于矿井复合顶板厚度大，锚杆长度不能将其锚固在上部稳定的岩层上，加之矿井巷道顶板5-1煤层和其软弱岩层界面上极易产生离层。因此必须采用锚索加强支护才可以发挥锚网索支护的悬吊作用。
2.2提升延伸率
由于锚索和全螺纹锚杆的延伸率不同，致使迎头在施工完锚杆后，补强锚索支护时，造成局部锚杆被压出，托盘松动，预紧力丧失，锚杆支护效果较差，锚索成为主要支护，造成锚索的破坏。
针对两种支护材料延伸率的不同，采取在锚索托梁的上方铺垫木鞋等，以增加锚索的延伸吸收变形量，使其缩小和锚杆之间延伸率的差距，尽量保持同步；如果出现上述锚杆“压出”现象后，应及时将此类锚杆进行二次预紧。在现有的地质条件下，将托梁衬垫为水平状态，衬垫物可以采用硬质木块或钢铁制品、以减少客观上的承载力分解损失。当托梁两端接顶，中部不实时造成托梁的端头接触，托梁的里部悬空时，应将内部悬空部分用木批等进行铺垫接实，不仅可以增强托梁的面接触，减轻锚索的剪切破坏，同时又可以增加其吸收变形，缓解锚索延伸率低的缺陷，从而提高其承载强度。
2.3锚固力预紧力不足
“三径匹配”中，使用的药卷为K2335，锚索钢绞线直径为15.24mm，采用与锚杆钻孔匹配的28mm钻头，造成眼孔径过大，致使药卷与孔壁之间粘接附着力降低，即锚固力、预紧力达不到设计要求。使用左旋钢绞线，在大扭矩搅拌器具旋向为右旋的情况下，安装钢绞线时，不能破股旋进，从而导致树脂药卷搅拌不均匀、锚固力大大降低。使用右旋锚索钢绞线与钻机旋向相同，药卷是充分搅拌了，但其破股现象比较严重，造成整体性强度下降，降低了右旋锚索钢绞线的整体承载能力。
“三径匹配”不合理直接导致锚固剂与围岩、锚杆体与锚固剂间粘接强度的降低，使锚固力降低。应针对锚索直径，选用合适钻头施工，既满足施工方便，又保证锚索锚固力达到最佳状态，实践证明27mm的钻头效果较好。根据钻机的旋转方向和锚索钢绞线的整体配合作用，采用左旋式锚索，以增强整体的效果，并在锚索的两个端头附近焊接铁环，在安装时由于铁环直径大于锚索直径，能有效增加搅拌的充分性，在现场施工中收到了较好的效果。
3.结束语
通过锚网索施工方案及存在问题的分析、改进，从现已施工锚网索支护巷道的观测结果表明，锚网索支护体系结构合理，施工便捷，承载能力高，保证了沿空掘巷施工在服务期限内的安全性和可靠性。
参考文献：
[1]秦永洋，许少东，杨张杰.深井沿空掘巷煤柱合理宽度确定及支护参数优化[J].煤炭科学技术，2010，02：15-18.
[2]李全.支承压力作用期沿空掘巷锚网支护技术[J].能源技术与管理，2007，02：32-33.
[3]柳金雷.支承压力作用期沿空掘巷锚网支护参数研究[J].煤矿开采，2008，01：54-55+70.
[4]胡运峰，李必传.三软"煤层窄煤柱沿空掘巷锚梁网支护实践[J].煤矿开采，2003，01：51-53.