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摘要：本文阐述了晋城煤业集团成庄矿强力锚杆支护技术在回采巷道的应用，施工工艺和施工组织，以及强力支护的经济及社会效益，为提高成庄矿综掘掘进效率提供了一条新途径。
关键词：强力锚杆；支护技术；提高；掘进速度
晋城煤业集团成庄矿是国家“八五“建设重点矿井，设计年产400万吨，经改扩建后，现设计年产已达800万吨，是晋城煤业集团的主力生产矿井。成庄矿煤层地质条件复杂，现主要采用悬臂式掘进机施工巷道，成巷速度在400m/月左右。近年来，成庄矿综放开采技术发展比较迅速，工作面产量不断提高。但与先进的综放开采相比，掘进支护技术显得比较落后，不能满足综放工作面快速推进的要求。综采的快速发展暴露出综掘施工速度的明显滞后，给矿井综采工作面的正常接续带来了巨大的压力，因此，提高综掘的单进水平势在必行。
为了提高成庄矿煤巷综掘施工的装备和技术水平，促进煤巷单进水平的大幅度提高，实现煤巷掘进安全、优质、快速和高效，成庄矿与北京煤科院合作开展了煤巷强力锚杆与锚索支护技术的研究与试验，并于2010年5月份于5212正副巷正式推广使用，使成庄矿双巷掘进速度由原来的月进500米提高到700米，2011年7月份更是提高到了900米，大大提高了队组单进水平，有效缓解了成庄矿采掘衔接紧张的局面。
强力锚杆支护工艺，遵循了以下支护原则：
(1) 提高单根锚杆与单根锚索的支护强度，在保证支护强度不低于原有支护强度和巷道安全的前提下，减小锚杆密度，降低单位面积上锚杆数量，从支护设计上提高成巷速度。
(2) 提高锚固系统的整体刚度，增加锚固区抵抗变形的能力。充分发挥大扭矩锚杆及高预紧力锚索的支护作用。
(3) 大幅度提高锚杆的预紧力，提高锚杆控制围岩的早期扩容与离层的能力，最大限度地保持锚固煤岩体的完整性和承载能力，避免围岩产生较大的变形，使其强度过早、过快地降低。设计锚杆预紧力应达到其屈服强度的30-40%。
(4) 提高组合构件的强度与刚度。由于锚杆密度降低，锚杆间的距离增大。为了有效控制锚杆之间煤岩体的变形、松散、破坏，特意增加了钢带的强度与刚度。
1、强力锚杆支护方式
1.1 巷道断面
巷道断面呈矩形，掘进宽度4.52m，高度3.2m，掘进断面积为14.46m2。巷道净宽4.22m，净高3.05m，净断面积为12.87m2。
1.2 强力锚杆支护设计原则
强力锚杆支护设计的原则是锚杆支护整体强度不低于原有支护强度。因为，原有支护设计已在成庄矿井下多条巷道得到应用，实践证明该支护强度能够有效控制巷道围岩变形，保持顶板的稳定与安全。
1.3 支护方案
根据强力锚杆支护设计原则，强力锚杆支护设计如下：
巷道采用树脂加长锚固锚杆和W钢带组合支护系统，并进行强力锚索补强。
2、锚杆支护材料
2.1 顶帮锚杆杆体
锚杆杆体为高强度左旋无纵筋螺纹锚杆，材质为专用锚杆BHR500钢材。杆体公称直径22mm，长度2.4m，顶帮锚杆锚固方式均为树脂加长锚固，极限拉断力为239kN，屈服力为190kN，延伸率不小于15%。杆尾螺纹规格M24，采用滚压加工工艺成型。锚杆预紧力矩为500Nm，锚固力为150KN。
5212巷强力锚杆支护断面图
2.2树脂药卷
树脂锚固剂型号分别为：Z2360, 即直径23mm，长度600mm，固化时间为中速；K2335，即直径23mm，长度350mm，固化时间为快速。
2.3锚杆托盘
拱型高强度托盘，尺寸为120mm×120mm×10mm，力学性能与锚杆杆体相配套。
2.4顶板W型钢带
W钢带宽度250mm，厚度3mm，长度3900 mm 。在安装锚杆的位置处设置钻孔，以便安装锚杆。
2.5 顶板金属网
巷道顶板铺金属网，规格为5000 mm×1200 mm，材料为10#铁丝编制，网孔50 mm×50mm。
2.6 锚索
顶锚索索体材料为高强度低松弛钢绞线，锚索公称直径22mm，极限拉断力554kN，延伸率5%，锚索预紧力为250KN，锚索长度7.4m，头部设有树脂锚固剂搅拌头，锚索尾部配有高强度锚具，采用树脂加长锚固。锚索托盘为300mm×300mm×16mm高强度可调心托板；
帮锚索索体材料为高强度低松弛预应力钢绞线,锚索公称直径17.8mm，长度5.4m,采用树脂加长锚固,锚索托盘为300mm×300mm×16mm钢板加工而成。
2.7 巷帮W钢带
巷帮采用长度为350 mm，宽度为280 mm，厚度为5 mm的W钢带。
2.8巷帮金属（塑料）网
巷道煤柱侧帮金属网规格为3000 mm×1200 mm，材料为10#铁丝编制，网孔50 mm×50mm；
巷道采面侧帮塑料网规格为3000 mm×1200 mm，材料为HBPP30-30MS编制，网孔50 mm×50mm；
3施工工艺和安全措施
3.1 施工机具
本巷道施工所需机具如表1所列。采用S150J掘进机组割煤和施工锚杆、锚索。配套钻杆为B19型中空六方钻杆，钻头为Φ28mm双翼合金钢钻头。
3.2 施工工艺和技术要求
施工作业方式为：三掘一准，掘支单行，一次成巷的作业方式。
3.2.1 施工工艺过程
巷道掘进与支护施工工艺流程为：S150J机组掘进出煤至巷道成形→敲帮问顶找掉危岩→S150J机组机载式临时支护托上W钢带及金属网→打第2、4根锚杆进行临时支护→安装其它錨杆及锚索。
锚杆施工工艺：定锚杆孔位→用锚杆钻机钻进锚杆钻孔→清孔→放入树脂药卷→将树脂药卷送入孔底→升起锚杆钻机并用搅拌器联接锚杆钻机和锚杆尾部→转动锚杆钻机搅拌树脂药卷至规定时间→停止搅拌并等待规定时间→锚杆钻机预紧螺母→气扳机拧紧螺母到设计扭矩→安装其它锚杆。 锚索施工工艺：定锚索孔位→用锚杆钻机钻进锚索钻孔→清孔→钻孔内放入树脂药卷→将树脂药卷送入孔底→升起锚杆钻机并用搅拌器联接锚杆钻机和锚索尾部→转动锚杆钻机搅拌树脂药卷至规定时间→停止搅拌等待规定时间后收缩锚杆机卸下搅拌器→等待15分钟→套上托板安装锚具→用张拉设备张拉锚索直到预紧力达设计值。
3.2.2 技术要求
3.2.2.1掘进
巷道采用S150J机组掘进。要求按设计尺寸施工，保证巷道成形质量。超挖或欠挖不得超规定：巷道掘进尺寸与设计尺寸每帮相差不得超过+200mm，-50 mm；巷道高度与设计尺寸相差不得超过+200mm， -30 mm。
3.2.2.2 临时支护
采用S150J机组机载式临时支护系统支护。
3.2.2.3锚杆安装
锚杆应紧跟掘进头及时支护，一次掘进双排最大空顶距不得超过2.6m；当顶板比较破碎时，一次掘进单排最大空顶距不得超过1.6m。
用锚杆钻机钻孔采用Φ28mm双翼钻头。钻孔时锚杆钻机升起，使钻头插入相应的W钢带孔中，然后开动锚杆钻机进行钻孔。孔深要求为2290-2320mm，并保证钻孔角度。钻头钻到预定孔深后回缩锚杆钻机，同时清孔，清除煤粉和泥浆。
放入树脂药卷。先放入一支K2335快速树脂药卷，然后放入一支Z2360中速树脂药卷。锚杆杆体套上托板及带上螺母，杆尾通过安装器与锚杆钻机机头联接，杆端插入已装好树脂药卷的钻孔中，升起锚杆钻机，将孔口处的药卷送入孔底。
利用锚杆钻机搅拌树脂药卷。树脂药卷搅拌是锚杆安装中的关键工序，搅拌时间按厂家要求严格控制。同时要求搅拌过程连续进行，中途不得间断。停止搅拌后等待规定时间。
利用锚杆钻机拧紧螺母，使锚杆具有一定的预紧力。最后用力矩扳手拧紧锚杆至力矩达到500N·m。锚杆排距误差不得超过设计值?100mm。
3.2.2.4锚索安装
锚索应紧跟掘进工作面安装，锚索位置与数量按设计执行。
采用锚杆钻机，配B19中空六方接长钻杆和Φ28mm双翼合金钢钻头钻孔。孔深控制在7050-7100mm内。
安装树脂药卷，先放入一支K2335快速树脂药卷，然后放入二支Z2360中速树脂药卷。插入锚索将树脂药卷推至孔底。
锚索下端用专用搅拌器与锚索钻机相连，开机搅拌。先慢后快，待锚索全部插入钻孔后，采用全速旋转搅拌规定时间。停止搅拌后等待规定时间，收缩锚杆机，卸下搅拌器。搅拌后锚索外露长度应控制在350mm以内。
张拉锚索：等待15分钟后装上托板、锚具，用张拉千斤顶张拉锚索至设计预紧力（250kN），之后卸下千斤顶。
锚索间距误差不得超过设计值?150mm。
3.2.2.5锚杆锚索工程质量
锚杆预紧力不小于500Nm，锚固力小于150KN，外露不超过50 mm ；顶锚索预紧力为250KN，外露不超过350 mm；帮锚索预紧力为150KN，外露不超过300 mm。
3.3 安全技术措施
3.3.1 掘进时形成的巷帮超宽或片帮超宽时，应及时处理，可采用加长钢筋托梁和补打锚杆的方法进行补强。
3.3.2巷道地质条件发生变化时，应根据变化程度，调整支护参数或采取应急措施及时处理，如采用补打锚索加固或缩小排距等。
3.3.3施工过程中，每隔30-50m在巷道顶板安装一个离层指示仪，观测围岩移动情况。一旦发生异常现象，观测人员应立即报告有关单位及领导，以便及时采取相应措施。
3.3.4顶帮铺网时，要求拉直拉紧，网间搭接长度不小于100mm。
3.3.5张拉锚索时，每次使用要两人协作，张拉油缸应与钢绞线保持在同一轴线上，加压后，工具锚卡住钢绞线方能松手，并用8#铁丝将千斤顶绑在顶网上。操作人员要避开张拉缸轴线方向，以保证安全。
3.3.6张拉锚索时，发现不合格锚索，必须在其附近300mm的范围内补打合格锚索。
4.结论
5212正副巷采用强力锚杆支护方式，使队组月单进达到了700米以上，极大地提高了综掘单进水平，为成庄矿提高综掘掘進速度提供了一条新途径，具有可靠的借鉴作用；并节约了掘进成本的投入，减少了单位巷道掘进时间，极大地缓解了成庄矿采掘衔接的紧张局面，是一种值得推广的新型巷道支护方式。该支护方式已推广到成庄矿所有机掘施工巷道。
关键词：强力锚杆；支护技术；提高；掘进速度
晋城煤业集团成庄矿是国家“八五“建设重点矿井，设计年产400万吨，经改扩建后，现设计年产已达800万吨，是晋城煤业集团的主力生产矿井。成庄矿煤层地质条件复杂，现主要采用悬臂式掘进机施工巷道，成巷速度在400m/月左右。近年来，成庄矿综放开采技术发展比较迅速，工作面产量不断提高。但与先进的综放开采相比，掘进支护技术显得比较落后，不能满足综放工作面快速推进的要求。综采的快速发展暴露出综掘施工速度的明显滞后，给矿井综采工作面的正常接续带来了巨大的压力，因此，提高综掘的单进水平势在必行。
为了提高成庄矿煤巷综掘施工的装备和技术水平，促进煤巷单进水平的大幅度提高，实现煤巷掘进安全、优质、快速和高效，成庄矿与北京煤科院合作开展了煤巷强力锚杆与锚索支护技术的研究与试验，并于2010年5月份于5212正副巷正式推广使用，使成庄矿双巷掘进速度由原来的月进500米提高到700米，2011年7月份更是提高到了900米，大大提高了队组单进水平，有效缓解了成庄矿采掘衔接紧张的局面。
强力锚杆支护工艺，遵循了以下支护原则：
(1) 提高单根锚杆与单根锚索的支护强度，在保证支护强度不低于原有支护强度和巷道安全的前提下，减小锚杆密度，降低单位面积上锚杆数量，从支护设计上提高成巷速度。
(2) 提高锚固系统的整体刚度，增加锚固区抵抗变形的能力。充分发挥大扭矩锚杆及高预紧力锚索的支护作用。
(3) 大幅度提高锚杆的预紧力，提高锚杆控制围岩的早期扩容与离层的能力，最大限度地保持锚固煤岩体的完整性和承载能力，避免围岩产生较大的变形，使其强度过早、过快地降低。设计锚杆预紧力应达到其屈服强度的30-40%。
(4) 提高组合构件的强度与刚度。由于锚杆密度降低，锚杆间的距离增大。为了有效控制锚杆之间煤岩体的变形、松散、破坏，特意增加了钢带的强度与刚度。
1、强力锚杆支护方式
1.1 巷道断面
巷道断面呈矩形，掘进宽度4.52m，高度3.2m，掘进断面积为14.46m2。巷道净宽4.22m，净高3.05m，净断面积为12.87m2。
1.2 强力锚杆支护设计原则
强力锚杆支护设计的原则是锚杆支护整体强度不低于原有支护强度。因为，原有支护设计已在成庄矿井下多条巷道得到应用，实践证明该支护强度能够有效控制巷道围岩变形，保持顶板的稳定与安全。
1.3 支护方案
根据强力锚杆支护设计原则，强力锚杆支护设计如下：
巷道采用树脂加长锚固锚杆和W钢带组合支护系统，并进行强力锚索补强。
2、锚杆支护材料
2.1 顶帮锚杆杆体
锚杆杆体为高强度左旋无纵筋螺纹锚杆，材质为专用锚杆BHR500钢材。杆体公称直径22mm，长度2.4m，顶帮锚杆锚固方式均为树脂加长锚固，极限拉断力为239kN，屈服力为190kN，延伸率不小于15%。杆尾螺纹规格M24，采用滚压加工工艺成型。锚杆预紧力矩为500Nm，锚固力为150KN。
5212巷强力锚杆支护断面图
2.2树脂药卷
树脂锚固剂型号分别为：Z2360, 即直径23mm，长度600mm，固化时间为中速；K2335，即直径23mm，长度350mm，固化时间为快速。
2.3锚杆托盘
拱型高强度托盘，尺寸为120mm×120mm×10mm，力学性能与锚杆杆体相配套。
2.4顶板W型钢带
W钢带宽度250mm，厚度3mm，长度3900 mm 。在安装锚杆的位置处设置钻孔，以便安装锚杆。
2.5 顶板金属网
巷道顶板铺金属网，规格为5000 mm×1200 mm，材料为10#铁丝编制，网孔50 mm×50mm。
2.6 锚索
顶锚索索体材料为高强度低松弛钢绞线，锚索公称直径22mm，极限拉断力554kN，延伸率5%，锚索预紧力为250KN，锚索长度7.4m，头部设有树脂锚固剂搅拌头，锚索尾部配有高强度锚具，采用树脂加长锚固。锚索托盘为300mm×300mm×16mm高强度可调心托板；
帮锚索索体材料为高强度低松弛预应力钢绞线,锚索公称直径17.8mm，长度5.4m,采用树脂加长锚固,锚索托盘为300mm×300mm×16mm钢板加工而成。
2.7 巷帮W钢带
巷帮采用长度为350 mm，宽度为280 mm，厚度为5 mm的W钢带。
2.8巷帮金属（塑料）网
巷道煤柱侧帮金属网规格为3000 mm×1200 mm，材料为10#铁丝编制，网孔50 mm×50mm；
巷道采面侧帮塑料网规格为3000 mm×1200 mm，材料为HBPP30-30MS编制，网孔50 mm×50mm；
3施工工艺和安全措施
3.1 施工机具
本巷道施工所需机具如表1所列。采用S150J掘进机组割煤和施工锚杆、锚索。配套钻杆为B19型中空六方钻杆，钻头为Φ28mm双翼合金钢钻头。
3.2 施工工艺和技术要求
施工作业方式为：三掘一准，掘支单行，一次成巷的作业方式。
3.2.1 施工工艺过程
巷道掘进与支护施工工艺流程为：S150J机组掘进出煤至巷道成形→敲帮问顶找掉危岩→S150J机组机载式临时支护托上W钢带及金属网→打第2、4根锚杆进行临时支护→安装其它錨杆及锚索。
锚杆施工工艺：定锚杆孔位→用锚杆钻机钻进锚杆钻孔→清孔→放入树脂药卷→将树脂药卷送入孔底→升起锚杆钻机并用搅拌器联接锚杆钻机和锚杆尾部→转动锚杆钻机搅拌树脂药卷至规定时间→停止搅拌并等待规定时间→锚杆钻机预紧螺母→气扳机拧紧螺母到设计扭矩→安装其它锚杆。 锚索施工工艺：定锚索孔位→用锚杆钻机钻进锚索钻孔→清孔→钻孔内放入树脂药卷→将树脂药卷送入孔底→升起锚杆钻机并用搅拌器联接锚杆钻机和锚索尾部→转动锚杆钻机搅拌树脂药卷至规定时间→停止搅拌等待规定时间后收缩锚杆机卸下搅拌器→等待15分钟→套上托板安装锚具→用张拉设备张拉锚索直到预紧力达设计值。
3.2.2 技术要求
3.2.2.1掘进
巷道采用S150J机组掘进。要求按设计尺寸施工，保证巷道成形质量。超挖或欠挖不得超规定：巷道掘进尺寸与设计尺寸每帮相差不得超过+200mm，-50 mm；巷道高度与设计尺寸相差不得超过+200mm， -30 mm。
3.2.2.2 临时支护
采用S150J机组机载式临时支护系统支护。
3.2.2.3锚杆安装
锚杆应紧跟掘进头及时支护，一次掘进双排最大空顶距不得超过2.6m；当顶板比较破碎时，一次掘进单排最大空顶距不得超过1.6m。
用锚杆钻机钻孔采用Φ28mm双翼钻头。钻孔时锚杆钻机升起，使钻头插入相应的W钢带孔中，然后开动锚杆钻机进行钻孔。孔深要求为2290-2320mm，并保证钻孔角度。钻头钻到预定孔深后回缩锚杆钻机，同时清孔，清除煤粉和泥浆。
放入树脂药卷。先放入一支K2335快速树脂药卷，然后放入一支Z2360中速树脂药卷。锚杆杆体套上托板及带上螺母，杆尾通过安装器与锚杆钻机机头联接，杆端插入已装好树脂药卷的钻孔中，升起锚杆钻机，将孔口处的药卷送入孔底。
利用锚杆钻机搅拌树脂药卷。树脂药卷搅拌是锚杆安装中的关键工序，搅拌时间按厂家要求严格控制。同时要求搅拌过程连续进行，中途不得间断。停止搅拌后等待规定时间。
利用锚杆钻机拧紧螺母，使锚杆具有一定的预紧力。最后用力矩扳手拧紧锚杆至力矩达到500N·m。锚杆排距误差不得超过设计值?100mm。
3.2.2.4锚索安装
锚索应紧跟掘进工作面安装，锚索位置与数量按设计执行。
采用锚杆钻机，配B19中空六方接长钻杆和Φ28mm双翼合金钢钻头钻孔。孔深控制在7050-7100mm内。
安装树脂药卷，先放入一支K2335快速树脂药卷，然后放入二支Z2360中速树脂药卷。插入锚索将树脂药卷推至孔底。
锚索下端用专用搅拌器与锚索钻机相连，开机搅拌。先慢后快，待锚索全部插入钻孔后，采用全速旋转搅拌规定时间。停止搅拌后等待规定时间，收缩锚杆机，卸下搅拌器。搅拌后锚索外露长度应控制在350mm以内。
张拉锚索：等待15分钟后装上托板、锚具，用张拉千斤顶张拉锚索至设计预紧力（250kN），之后卸下千斤顶。
锚索间距误差不得超过设计值?150mm。
3.2.2.5锚杆锚索工程质量
锚杆预紧力不小于500Nm，锚固力小于150KN，外露不超过50 mm ；顶锚索预紧力为250KN，外露不超过350 mm；帮锚索预紧力为150KN，外露不超过300 mm。
3.3 安全技术措施
3.3.1 掘进时形成的巷帮超宽或片帮超宽时，应及时处理，可采用加长钢筋托梁和补打锚杆的方法进行补强。
3.3.2巷道地质条件发生变化时，应根据变化程度，调整支护参数或采取应急措施及时处理，如采用补打锚索加固或缩小排距等。
3.3.3施工过程中，每隔30-50m在巷道顶板安装一个离层指示仪，观测围岩移动情况。一旦发生异常现象，观测人员应立即报告有关单位及领导，以便及时采取相应措施。
3.3.4顶帮铺网时，要求拉直拉紧，网间搭接长度不小于100mm。
3.3.5张拉锚索时，每次使用要两人协作，张拉油缸应与钢绞线保持在同一轴线上，加压后，工具锚卡住钢绞线方能松手，并用8#铁丝将千斤顶绑在顶网上。操作人员要避开张拉缸轴线方向，以保证安全。
3.3.6张拉锚索时，发现不合格锚索，必须在其附近300mm的范围内补打合格锚索。
4.结论
5212正副巷采用强力锚杆支护方式，使队组月单进达到了700米以上，极大地提高了综掘单进水平，为成庄矿提高综掘掘進速度提供了一条新途径，具有可靠的借鉴作用；并节约了掘进成本的投入，减少了单位巷道掘进时间，极大地缓解了成庄矿采掘衔接的紧张局面，是一种值得推广的新型巷道支护方式。该支护方式已推广到成庄矿所有机掘施工巷道。