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摘要：根据巷道围岩地质力学参数，如围岩力学性质、围岩裂隙发育程度、地应力大小和方向等，按地质力学评估方法确定岩体基本质量，对锚杆支护的各种主要影响因素进行数值模拟分析。本文主要分析煤矿深层开采锚网支护的施工与应用。
关键词：煤矿；深层开采；锚网支护；施工
高效掘进机短壁开采方法，其巷道断面面积达15m2左右。在短壁开采主巷，每隔30多米需要设置交岔点，交岔点处最大跨度达到10余米，断面面积更超过30m2。在支巷，每隔2m需布置采硐，交岔点处需进行临时支护。对于煤层埋藏浅、顶板稳定的条件，采用大型锚杆安装车，掘进机退出后一次快速安装上锚杆即可[1]。但对于围岩压力大，顶板不稳定的条件，由于顶板自稳时间短，则要采用传统方式及时支护顶板，即临时支护和永久支护。目前一般的棚式支护、砌碹支护等传统支护方式无法解决这一问题，而采用锚梁网索联合支护方式则有效地解决了这一难题。
一、锚网支护
锚网支护是以锚杆为主要构件并辅以其他支护构件而组成的锚杆支护系统，是近几年发展起来并得到广泛应用的新型锚杆支护形式，主要用于煤巷支护，其类型主要有锚网支护、锚梁（带）网支护等。锚网支护是将铁丝网、钢筋网或塑料网等用托盘固定在锚杆上所组成的复合支护形式。各种网主要用来维护锚杆间的围岩，防止小块松散岩石掉落，也可用作喷射混凝土的配筋；同时，被锚杆拉紧的网还能起到联系各锚杆组成支护整体的作用。各种网负担的松散岩石的荷载主要取决于锚杆间距大小。（1）铁丝网一般采用Φ3～4mm的镀锌铁丝编织而成。根据网格特征不同，可将铁丝网分为经纬网和菱形网。由于菱形网具有强度高、连接方便等优点，正逐步取代经纬网。（2）钢筋网是由钢筋焊接而成的大网格金属网，网格约150mm×150mm。这种网强度和刚度都比较大，不仅能阻止松动岩块掉落，而且能够有效地增加锚杆支护的整体效果，适用于大变形、高应力巷道支护。（3）塑料网具有成本低、轻便、抗腐蚀等特点，但是强度和刚度较低。
锚带网支护由锚杆、钢带（钢筋梯）和金属网等组成。其中钢带是锚带网支护系统的关键部件。它将单根锚杆联接起来，组成一个整体承载结构以提高锚杆支护的整体效果。钢带由2～3 mm的薄钢板制成，钢带上有锚杆安装孔，使打眼、安装极其方便。制作钢带的材料不同，主要有平钢带、W型钢带和钢筋梯等型式[2]。
二、合理的锚杆支护形式
短壁开采时的一般巷道普遍采用锚杆支护，而大断面的巷道交岔点需要采用加强支护。锚梁网索（锚索）是大断面交岔点的基本支护形式，锚索支护设计的恰当与否，直接关系到交岔点巷道的支护能否成功。这类巷道的支护，需要按照锚固平衡拱支护原理确定的锚杆支护形式及锚杆布置方式，并采用数值模拟方法，优选锚杆的具体参数。
锚杆与锚固岩层组成的锚固体与矿用工字钢金属支架相比，其承载能力和抗变形能力要大得多，但锚杆支护不是在所有条件下都是绝对可靠的。当顶板岩层强度很低而且很松软时，锚杆的支护作用就小，因为锚杆难以维持顶板岩层的整体性和充分发挥出锚固平衡拱的作用。因此，这种条件下的锚杆支护巷道需要加强支护。
以往锚杆支护的巷道主要是使用架棚和打点柱进行加强支护，防止冒顶。这种加强支护方法虽然安全可靠，但支护费用高，而且影响工作面生产。采用小孔径树脂锚索对巷道顶板进行加强支护，锚索与普通锚杆共同作用支护顶板，效果较好。打锚杆时，先找好中心线，画好锚杆眼位置，清理好顶板浮岩。稳钻架，在钻杆上预先作好标志，然后开机打眼。眼深以推到钻杆标志为准，退钻、装树脂药卷，用电钻上锚杆，打平眼口围岩，挂网上紧锚杆，搞好搭接联网。顶板锚网支护的关键是解决巷道断面大、顶部软、易冒落、抽顶等问题。应用树脂锚杆和冷拔钢筋网时，要求锚杆必须上紧上牢，对个别未上紧的，应立即补打锚杆或加垫板，使锚网和顶板成一整体，充分发挥围岩的自承能力，以达到有效的支护顶板之目的。
三、煤矿深层开采锚网支护的施工与应用
锚杆阻力一般在支护后前5d左右增长较快，10d后趋于稳定。从空间关系上看，锚杆阻力一般在距迎头35m左右的位置趋于稳定。而且无论哪个测站都显示顶板锚杆受力较小，这主要是因为锚索发挥了主要的承载力，减小了锚杆上的荷载。对于帮部锚杆，可以看到左帮（肩）比右帮（肩）受到的拉力要大，这正好与实际条件吻合，因为煤层的倾斜具有不对称性。监测数据还表明，帮部锚杆受力较大，这与帮部煤层松散强度的岩性和水平应力大且垂直于巷道的走向有关。根据现场观测，深部全煤巷道采用锚网支护与原来使用矿工钢支架相比，支护效果有明显改善，在围岩控制和顶板控制方面有以下特点[3]：
（1）煤巷锚网支护的锚固平衡拱作用明显提高了巷道围岩的整体性和自稳性，在顶煤累计下沉146mm时，顶板仍然保持完整稳定，有效控制了顶煤垮落。（2）全煤锚网支护巷道掘进期间明显影响范围为20～30 m，30 m以外至100 m范围内围岩移近速度逐渐变缓，100 m以后趋于稳定，围岩移近速度降至0.2 mrn/d，接近原岩应力状态。（3）围岩变形特点：顶煤下沉量和下沉速度比两帮（煤帮）的位移量、位移速度大，分别比煤帮增加1倍；底鼓量在整个掘进期间比两帮位移量增加22%。（4）锚杆受力状态是顶部锚杆受力最大，锚杆受力增阻迅速；而边角锚杆载荷受力是浅部小、端部大。提高顶部锚杆的锚固力十分必要。（5）实体煤巷道侧压力小。两帮的锚杆载荷最大值为52 kN，而顶部锚杆载荷为102kN，两帮相对位移量仅40mm。因此，巷道两帮的锚杆托盘变形破坏很少。（6）锚网巷道的顶板浅部离层量比深部大。锚杆锚固范围为0～1.9 m内的顶板离层量比2.2～5.5 m处大，顶板浅部离层量比深部增加50%。掘进期间保持煤体完整，提高锚杆安装质量，是减少锚固范围内顶板离层的重要保证[4]。
煤巷锚杆（网）支护的矿压观测是研究巷道围岩变形、支护方式、检验支护效果、判断巷道稳定性、保证安全生产的重要手段。矿压观测要经历三个阶段：①施工前。通过试验、量测设计所需的岩石力学性质和原岩应力状态等技术数据；②施工中。通过现场观测可以验证设计的适应性，检验支护质量，为修改设计提供科学依据，根据表面位移、深部离层等监测数据进行验算分析，得到岩体的力学参数；③施工后。通过现场观测可以全面检查锚网巷道的支护状态，监控巷道所受到的采动影响，掌握其围岩变形规律，以确定回采巷道的稳定程度，及时采取有效维护措施。
结论
总之，由于综放开采引起的岩层移动范围及影响程度大大增加，巷道变形量大，矿压显现剧烈，严重影响了综放面的推进速度。采用高强度锚杆（网）支护技术能主动支护顶板，防止顶板离层破碎，并能有效地减小顶板对两端的压力，控制其破碎区、塑性区的发展，减少回采巷道围岩变形，以达到降低支护成本、减少巷道维修、减轻工人劳动强度、保障综放面快速推进，实现高产高效的目的。
参考文献
[1]时志伟，马智勇，于亚南. 沿空留巷锚网索梁点支柱联合支护的应用研究[J]. 山西焦煤科技，2013，02：21-24.
[2]王根营，王良. 王庄煤矿煤巷锚杆支护的应用与探讨[J]. 能源技术与管理，2013，02：59-60.
注：本稿件联系人 韩银中
关键词：煤矿；深层开采；锚网支护；施工
高效掘进机短壁开采方法，其巷道断面面积达15m2左右。在短壁开采主巷，每隔30多米需要设置交岔点，交岔点处最大跨度达到10余米，断面面积更超过30m2。在支巷，每隔2m需布置采硐，交岔点处需进行临时支护。对于煤层埋藏浅、顶板稳定的条件，采用大型锚杆安装车，掘进机退出后一次快速安装上锚杆即可[1]。但对于围岩压力大，顶板不稳定的条件，由于顶板自稳时间短，则要采用传统方式及时支护顶板，即临时支护和永久支护。目前一般的棚式支护、砌碹支护等传统支护方式无法解决这一问题，而采用锚梁网索联合支护方式则有效地解决了这一难题。
一、锚网支护
锚网支护是以锚杆为主要构件并辅以其他支护构件而组成的锚杆支护系统，是近几年发展起来并得到广泛应用的新型锚杆支护形式，主要用于煤巷支护，其类型主要有锚网支护、锚梁（带）网支护等。锚网支护是将铁丝网、钢筋网或塑料网等用托盘固定在锚杆上所组成的复合支护形式。各种网主要用来维护锚杆间的围岩，防止小块松散岩石掉落，也可用作喷射混凝土的配筋；同时，被锚杆拉紧的网还能起到联系各锚杆组成支护整体的作用。各种网负担的松散岩石的荷载主要取决于锚杆间距大小。（1）铁丝网一般采用Φ3～4mm的镀锌铁丝编织而成。根据网格特征不同，可将铁丝网分为经纬网和菱形网。由于菱形网具有强度高、连接方便等优点，正逐步取代经纬网。（2）钢筋网是由钢筋焊接而成的大网格金属网，网格约150mm×150mm。这种网强度和刚度都比较大，不仅能阻止松动岩块掉落，而且能够有效地增加锚杆支护的整体效果，适用于大变形、高应力巷道支护。（3）塑料网具有成本低、轻便、抗腐蚀等特点，但是强度和刚度较低。
锚带网支护由锚杆、钢带（钢筋梯）和金属网等组成。其中钢带是锚带网支护系统的关键部件。它将单根锚杆联接起来，组成一个整体承载结构以提高锚杆支护的整体效果。钢带由2～3 mm的薄钢板制成，钢带上有锚杆安装孔，使打眼、安装极其方便。制作钢带的材料不同，主要有平钢带、W型钢带和钢筋梯等型式[2]。
二、合理的锚杆支护形式
短壁开采时的一般巷道普遍采用锚杆支护，而大断面的巷道交岔点需要采用加强支护。锚梁网索（锚索）是大断面交岔点的基本支护形式，锚索支护设计的恰当与否，直接关系到交岔点巷道的支护能否成功。这类巷道的支护，需要按照锚固平衡拱支护原理确定的锚杆支护形式及锚杆布置方式，并采用数值模拟方法，优选锚杆的具体参数。
锚杆与锚固岩层组成的锚固体与矿用工字钢金属支架相比，其承载能力和抗变形能力要大得多，但锚杆支护不是在所有条件下都是绝对可靠的。当顶板岩层强度很低而且很松软时，锚杆的支护作用就小，因为锚杆难以维持顶板岩层的整体性和充分发挥出锚固平衡拱的作用。因此，这种条件下的锚杆支护巷道需要加强支护。
以往锚杆支护的巷道主要是使用架棚和打点柱进行加强支护，防止冒顶。这种加强支护方法虽然安全可靠，但支护费用高，而且影响工作面生产。采用小孔径树脂锚索对巷道顶板进行加强支护，锚索与普通锚杆共同作用支护顶板，效果较好。打锚杆时，先找好中心线，画好锚杆眼位置，清理好顶板浮岩。稳钻架，在钻杆上预先作好标志，然后开机打眼。眼深以推到钻杆标志为准，退钻、装树脂药卷，用电钻上锚杆，打平眼口围岩，挂网上紧锚杆，搞好搭接联网。顶板锚网支护的关键是解决巷道断面大、顶部软、易冒落、抽顶等问题。应用树脂锚杆和冷拔钢筋网时，要求锚杆必须上紧上牢，对个别未上紧的，应立即补打锚杆或加垫板，使锚网和顶板成一整体，充分发挥围岩的自承能力，以达到有效的支护顶板之目的。
三、煤矿深层开采锚网支护的施工与应用
锚杆阻力一般在支护后前5d左右增长较快，10d后趋于稳定。从空间关系上看，锚杆阻力一般在距迎头35m左右的位置趋于稳定。而且无论哪个测站都显示顶板锚杆受力较小，这主要是因为锚索发挥了主要的承载力，减小了锚杆上的荷载。对于帮部锚杆，可以看到左帮（肩）比右帮（肩）受到的拉力要大，这正好与实际条件吻合，因为煤层的倾斜具有不对称性。监测数据还表明，帮部锚杆受力较大，这与帮部煤层松散强度的岩性和水平应力大且垂直于巷道的走向有关。根据现场观测，深部全煤巷道采用锚网支护与原来使用矿工钢支架相比，支护效果有明显改善，在围岩控制和顶板控制方面有以下特点[3]：
（1）煤巷锚网支护的锚固平衡拱作用明显提高了巷道围岩的整体性和自稳性，在顶煤累计下沉146mm时，顶板仍然保持完整稳定，有效控制了顶煤垮落。（2）全煤锚网支护巷道掘进期间明显影响范围为20～30 m，30 m以外至100 m范围内围岩移近速度逐渐变缓，100 m以后趋于稳定，围岩移近速度降至0.2 mrn/d，接近原岩应力状态。（3）围岩变形特点：顶煤下沉量和下沉速度比两帮（煤帮）的位移量、位移速度大，分别比煤帮增加1倍；底鼓量在整个掘进期间比两帮位移量增加22%。（4）锚杆受力状态是顶部锚杆受力最大，锚杆受力增阻迅速；而边角锚杆载荷受力是浅部小、端部大。提高顶部锚杆的锚固力十分必要。（5）实体煤巷道侧压力小。两帮的锚杆载荷最大值为52 kN，而顶部锚杆载荷为102kN，两帮相对位移量仅40mm。因此，巷道两帮的锚杆托盘变形破坏很少。（6）锚网巷道的顶板浅部离层量比深部大。锚杆锚固范围为0～1.9 m内的顶板离层量比2.2～5.5 m处大，顶板浅部离层量比深部增加50%。掘进期间保持煤体完整，提高锚杆安装质量，是减少锚固范围内顶板离层的重要保证[4]。
煤巷锚杆（网）支护的矿压观测是研究巷道围岩变形、支护方式、检验支护效果、判断巷道稳定性、保证安全生产的重要手段。矿压观测要经历三个阶段：①施工前。通过试验、量测设计所需的岩石力学性质和原岩应力状态等技术数据；②施工中。通过现场观测可以验证设计的适应性，检验支护质量，为修改设计提供科学依据，根据表面位移、深部离层等监测数据进行验算分析，得到岩体的力学参数；③施工后。通过现场观测可以全面检查锚网巷道的支护状态，监控巷道所受到的采动影响，掌握其围岩变形规律，以确定回采巷道的稳定程度，及时采取有效维护措施。
结论
总之，由于综放开采引起的岩层移动范围及影响程度大大增加，巷道变形量大，矿压显现剧烈，严重影响了综放面的推进速度。采用高强度锚杆（网）支护技术能主动支护顶板，防止顶板离层破碎，并能有效地减小顶板对两端的压力，控制其破碎区、塑性区的发展，减少回采巷道围岩变形，以达到降低支护成本、减少巷道维修、减轻工人劳动强度、保障综放面快速推进，实现高产高效的目的。
参考文献
[1]时志伟，马智勇，于亚南. 沿空留巷锚网索梁点支柱联合支护的应用研究[J]. 山西焦煤科技，2013，02：21-24.
[2]王根营，王良. 王庄煤矿煤巷锚杆支护的应用与探讨[J]. 能源技术与管理，2013，02：59-60.
注：本稿件联系人 韩银中