梧桐莊礦是2003年正式投產(chǎn)的一座設計生產(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型鋼可縮支架支護外，其余均采用錨網(wǎng)索梯支護，采區(qū)部分開拓準備巷道也采用了該支護方式。截止目前，已利用錨網(wǎng)索梯支護技術(shù)安全掘進煤巷兩萬余米。在煤巷掘進過程中，梧桐莊礦通過采取合理確定支護參數(shù)、強化現(xiàn)場施工管理和頂板監(jiān)測，重點做好后路頂板維護和掘進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頂板事故，取得了顯著成效。

1 支護作用原理

煤巷錨網(wǎng)索梯支護是錨桿、錨索、塑料網(wǎng)、金屬梯形梁或W鋼帶聯(lián)合支護，共同支撐煤巷頂板的一種新型混合支護技術(shù)，它的作用原理就是利用錨網(wǎng)索梯支護強化和提高巷道頂板一定范圍巖層的抗剪壓能力，形成強化承壓拱，抵抗巷道圍巖變形，達到支撐維護巷道的目的。其具體作用就是通過對頂錨桿在一定預緊力作用下進行端錨，使端錨范圍內(nèi)的復合巖層在錨桿的彈性壓縮下形成組合梁，同時利用錨固于穩(wěn)定巖層中的錨索對給合梁在一定預緊力作用下進行懸吊，進一步增強組合梁的支護強度。

2 頂板事故預兆

煤巷錨網(wǎng)索梯支護是利用巷道圍巖自身進行主動支護。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)索梯支護的煤巷頂板變形要經(jīng)過一定變形量的積累，當頂板變形量積累達到一定程度，就會導致煤巷頂板突然垮塌造成頂板事故。錨網(wǎng)索梯支護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，嚴重時造成頂錨桿失效。

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，嚴重時錨索斷開失效。

3 頂板事故的預防

3.1 合理確定錨桿錨索支護參數(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工作面圍巖破壞范圍和圍巖壓力進行計算。并以此為依據(jù)，結(jié)合其他礦井的生產(chǎn)實踐合理確定錨桿錨索支護參數(shù)。圖1是秦氏理論的計算模型。



圖1 秦氏理論的計算模型

3.1.1 巷道圍巖破壞范圍的計算

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參數(shù)

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

1）回風順槽 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。設計錨固力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。設計錨固力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。

運輸順槽幫錨桿布置同回風順槽。

運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，強度級雖1 860MPa，破壞負荷不低于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) 巷道全周邊鋪設雙抗塑料網(wǎng)，頂幫輔嚴，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)，充分利用手持式風動鉆機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。機掘工作面綜掘機司機要盡量將兩幫煤壁割直旋齊，減少欠，超挖現(xiàn)象發(fā)生。

2）嚴格按設計要求的角度、間排距鉆設錨桿（錨索）孔，落煤后及時組織人員找好頂幫，由當班質(zhì)量驗收員按設計要求定位標記錨桿（索）眼位，同時在鉆桿上做標記，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）施工打眼時要嚴格按標記深度鉆眼，錨桿眼的深度應小于錨桿長度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行，錨固劑、錨桿、錨索、托盤和螺母等性能強度、結(jié)構(gòu)必須與設計錨固力相匹配，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計要求，托板和護板必須貼緊頂板和煤壁，不得松動，接觸面積達到80％以上。出現(xiàn)頂幫錨桿不接頂鐵幫時，要重新補打錨桿。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錨桿（索），待藥卷得到充分攪拌后停機，攪拌時間為30s，攪拌要連續(xù)進行，中途不得停頓。錨桿攪拌后上托盤，1h后二次預緊，錨索攪拌凝固1h后上托盤張拉。其預緊力必須達到設計要求，托盤要緊貼巖面。

6）礦、區(qū)兩級各自建立質(zhì)量管理機構(gòu)，區(qū)質(zhì)量管理小組每天對所屬掘進工作面錨桿、錨索的安裝質(zhì)量等進行日?？己蓑炇?，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)索梯支護巷道進行抽查，發(fā)現(xiàn)錨桿、錨索安裝質(zhì)量達不到設計要求的就嚴肅處理。

3.3 加強頂板觀測，及時獲得頂板穩(wěn)定狀況的信息

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

2）頂板離層儀由施工隊隊長負責及時跟頭安裝（安裝離層儀時距前頭距離：機掘≤3m，炮掘≤10m）。

3）觀測點實行掛牌管理，牌板上寫明監(jiān)測點號、安裝人員、安裝日期和初始數(shù)據(jù)，并指定專人負責觀測數(shù)據(jù)，填寫原始記錄，建立觀測檔案。

4）觀測人員每天及時上報觀測數(shù)據(jù)。

5）礦負責部門對收集的觀測數(shù)據(jù)進行認真分析，從中總結(jié)頂板變化的規(guī)律性，對觀測數(shù)據(jù)異常點要進行現(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，立即上報主管礦領(lǐng)導采取相應措施。

3.4 錨網(wǎng)索梯支護巷道出現(xiàn)頂板事故預兆要及時維護

1）井下作業(yè)人員隨時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)頂板事故預兆要及時向礦調(diào)度室和區(qū)隊值班人員匯報并采取相應措施，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，及時處理網(wǎng)兜、補打錨桿，確保復合頂板的完整性，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，要根據(jù)巷道頂板變形程