论文部分内容阅读
[摘 要]简述了锚网带喷联合支护技术作为姚桥煤矿井下巷道掘进中的支护方式。掘进迎头，特别是大角度上山掘进迎头矸石掉落、片滑等，一直以来都是威胁施工人员的一大安全隐患；为解决这一安全隐患，在掘进迎头利用防护网，采取超前防护的安全管理理念，控制事故的发生。采用锚网带喷联合支护技术，提高了巷道成型观感度及内在工程质量的支护效果，降低了支护成本，保证了矿井安全生产。
[关键词]掘进巷道；安全管理；防护网；应用效果
中图分类号：TD822 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）35-0031-02
科技在发展，社会在进步，随着科技的不断进步与发展，煤矿企业也在向着现代化、科技化发展，而随着煤矿的不断发展、进步，大断面巷道掘进就成为矿井建设的必然趋势，但大断面巷道掘进过程中正迎面岩石暴漏面积大，，特别是大角度上山掘进，时常发生掉落、片滑矸石，直接威胁施工人员的安全；结合其他单位做法，我矿提出掘进迎头使用防护网进行超前支护，经过现场对比、实践，最终采用防护网结合支护柱对掘进迎头进行超前支护，通过实践、验证，最终证实了防护网的可行性。
1.掘进巷道工程概况
西十回风通道长度为405m，巷道处于-850m～-800m水平之间，地层为7煤底板砂岩及泥岩，剖面+12°左右，断面右倾18°左右，巷道施工以12～15°上山掘进为主。巷道施工过程中，所揭露岩性地质构造复杂，两次穿过F3-2∠68°H=10m断层，对掘进影响很大。巷道采用钻爆法施工，光面爆破，锚网（索）带喷浆联合支护，支护断面4200x3600mm。
2.巷道支护
2.1 临时支护
进行永久支护前，先设置临时支护。采用2根1.5寸钢管焊接而成的超前支護。具体规定如下：
⑴岩巷工作面临时支护由吊环、前探梁、背板、木楔组成，前探梁采用1.5寸钢管一头焊接32mm废钎子形式加工，净宽3.6m以上断面准备3根，吊环准备5个，其中备用2个。
⑵迎头每一炮的前一循环在打上部眼时，分别沿轮廓线的正顶及从正顶往两帮各600～800mm用2.0m长钎子打三个眼（保证爆破后，残眼离顶200mm左右），眼深不小于1.9m。迎头放完炮，进行敲帮问顶及对顶板初喷后，把φ40mm、长2.6米超前钢管尖头一端插入迎头那三个残眼中（残眼深度不小于200mm），另外一端采用φ16mm圆钢加工的吊环吊在最靠近永久支护的一排锚杆的钢带上，然后再在超前钢管上面铺联网片。平巷掘进临时支护如图1所示。
图1 临时支护平、剖面示意图（平巷）
⑶斜巷使用临时支护时，为防止临时支护下滑，使用双股14#铁丝或8#铁丝，穿过临时支护末端部分上预留出的钻孔，与临时支护的挂钩或钢带梁进行联锁。临时支护没有预留钻孔时，联锁的铁丝要先在临时支护上绑扎结实，然后再与挂钩或钢带梁联锁。斜巷掘进临时支护如图2所示。
⑷只有施工好紧靠永久支护的一排锚杆后，方可按规定排距施工前方的另一排锚杆。所有操作人员必须在支护完好的安全地带下操作。
图2 临时支护平、剖面示意图（斜巷）
⑸若顶板有裂隙、或有危岩找不掉时，此时要采用戴帽轻型水单体支柱及时支护，确保作业安全。只有在确保安全的情况下，才可进行其它作业。井下要备用三根轻型水单体和不少于3块规格不小于300mm×200mm×50mm的实木托帽，水单体压力水源可用静水压，水单体距迎头不超过50m。
2.2 永久支护
支护方式：锚网带喷联合支护。锚杆间距900mm，锚杆排距800mm，锚杆外露长度从托盘往外不超过50mm，喷体厚度60～80mm，混凝土标号C15，配合比水泥：砂：石子=2：3：3，锚杆最大控顶距2000mm，最小控顶距400mm。铺网规格及质量：网片用WH1500*1000/100*100/6/780点焊网，搭接100mm，每隔一网孔，用14#铁丝双股绑扎一道。钢梯梁LT3600*60/800/10/350，搭接100～200mm。
锚网时迎头够一排必须锚一排，紧跟迎头；打注顶部锚杆时，必须打一个眼注一根锚杆。采用MGL20/2000/550/20型锚杆，质量要求：必须采用有合格证的螺纹钢锚杆，杆体外观无锈，杆尾螺纹配合良好，锚杆间排距900×800mm，锚杆自托盘起外露不超过50mm，且露出丝帽≥5mm。锚杆位置严格按照断面图要求布置，与巷道轮廓线法线的夹角≤15°。锚杆眼孔直径28mm，顶部锚杆采用MQT-120锚杆机钻眼、安装；其余锚杆采用风钻打眼，帮锚杆机安装，每孔使用一块CK2360树脂药卷；锚杆安装时，锚杆托盘要与岩面贴紧贴实，锚杆托盘使用130*130mm、厚度为10mm的碟型托板；锚杆安装时，锚固力≥6.4t；安装后，必须用扭矩扳手进行紧固，保证扭矩≥150N·m。
铺网采用钢筋焊接的点焊网片，网片规格WH1500*1000/100*100/6/780。网子搭茬为100mm，每200mm用14#扎丝联一扣，网子用锚杆压贴于岩面。
2.3 加强支护
⑴锚索规格SKL17.8/1×19/7200/1860/7，每排3根，间排距1600×2400mm。采用有合格证的专用160*160mm碟型托板，厚度为12mm。锚索采用MQT-120风动锚杆机钻眼、安装，每眼使用2块MSCK/23/60树脂药卷。锚索预紧力2-3t。
⑵锚固剂必须使用有产品合格证的树脂锚固剂，装树脂锚固剂前，必须用吹眼器将眼孔内水及残渣冲扫干净，锚固剂要通过锚杆缓缓送入孔底，破损时严禁使用。锚固剂在锚杆、锚索眼顶部得到充分搅拌时间为15～18s，锚杆等待时间60s，锚索等待时间不少于30min。
⑶锚索施工工艺 ①按预留的锚索孔打锚索孔，打锚索眼孔够深时钻机要反复升落2～3次，以便把眼孔内的碎矸冲洗干净。
②先用1m的锚索钎子施工，用1m加长钎配合联接头打至设计要求，检查眼孔深度符合设计深度。
③放入两块CK2360树脂药卷巷，用钢绞线顶至眼底。
④用连接件配合锚杆机对药卷进行一次性搅拌8-15S，边推边旋转，搅拌好后保持推力不少于1 min。
⑤待锚索凝固10min后，垫好垫片，用张拉器紧固锁具至设计拉力要求，张紧力2-3吨。在紧固锚索时，一人施工张拉器紧固锁具，一人手扶张紧头，待张紧头咬住后，人员撤离至施工张拉器紧固锁具人员身后，在张拉锚索时，前后5m不得站有任何人员，待达到设计后，这时有专人去扶张紧头，开始松张紧头。
⑥锚索外露长度不超过300mm。孔距允许偏差为±100mm。
⑦锚索破开捆，两人配合作业防止钢绞线弹出伤人，井下严禁切割锚索。
3.巷道特殊支护
3.1 超前支护
巷道顶板破碎、穿煤层、过断层时要采取措施，超前支护采用Ф32×2000mm钢管，在半圆拱轮廓线外100 mm位置，沿掘进方向打眼插入钢管，间距≤300mm，外露长度500mm，用锚杆压贴于顶板，拱基线以上铺双层网片加大支护强度，同时锚索紧跟迎头，够一排锚一排，必要时缩小循环进度。
3.2 冒顶支护
⑴检查施工地点巷道支护质量。存在问题先查找原因，再根据实际情况采取针对性措施，对冒顶区附近巷道加固，防止冒顶范围进一步扩大。
⑵处理冒顶时，应坚持由外向里，先易后难，并加强支护，防止二次冒顶。
⑶积极恢复通风，努力保证有害气体不超限，通风有困难时，可选用压风管供风，作为应急之用。
⑷严格控制巷道掘进时迎头的空顶面积。当迎头掘进中空顶面积超出规定的要求，或顶帮比较破碎时应及时支护。
⑸加强对巷道迎头附近围岩稳定状况的观察。如果顶板松软，或巷道接近断层时，应缩小循环进度，一炮一排、最大控顶距不超过1.2米；缩小周边眼间距在300-350mm，同时控制装药量，降低因放炮对断层附近破碎顶板的震动；必要时，在顶板以间距400-500mm，施工直径32mm、长2米的超前钢管，钢管角度与巷道坡度平行，钢管后端用钢带拖住。
⑹巷道破碎严重时，要根据技术部门的要求用金属拱形棚加强支护；每班施工前要先检查拱形棚的质量，对放炮崩坏的拱形棚要先修复后再施工。
⑺开门位置跨度较大且顶板围岩破碎、有断层或顶板离层等情况时，必须打锚索加强支护，施工锚索间排距、规格等必须符合技术部门的要求。
⑻巷道在破碎带中掘进，应做到一次成巷，尽可能缩短围岩暴露時间。
3.3 防片帮支护
3.3.1 防片帮装置采用防护网结合支护柱组合装置
①西十回风通道断面施工时，分别沿轮廓线从正顶往两帮700mm、两帮起拱点处在距离巷帮200mm处向用Φ42mm钻头打四个眼，眼深不小于1m，将防护网置于迎头用支护柱固定在迎头，支护柱采用膨胀螺丝原理，可重复利用。
②每班交接班跟班队长向下一班跟班队长交代清楚防片帮装置完好情况，确保防片帮装置有效。
3.3.2 防护网、支护柱的选用
⑴防护网采用尼龙网，规格为：4200x3200mm，网孔100x100mm，网线粗10mm。
⑵支护柱使用直径14、30的钢筋、6分镀锌钢管（管壁加厚）和M20螺帽加工而成，如图3所示。
图3 支护柱加工示意图
3.3.3 掘进迎头防护网使用方法
①迎头爆破完成后，先进行敲帮问顶工作，找净迎面活矸危岩，安装好临时支护。
②在距轮廓线内200mm左右的正顶、正顶向两帮700mm左右处肩窝位置及两帮起拱点处施工5个眼深不低于1000mm的眼，将防护网利用支护柱固定于迎面，为加强防护效果，迎头倒好矸后可继续在墙中位置处两帮各施工一个眼，将防护网下部利用支护柱固定，迎头装好药连接脚线前拆除防护网。
③注意事项：拆除防护网时，要注意钩挂在防护网上的雷管脚线，严禁出现拖拽雷管脚线现象。
3.3.4 防护网现场应用效果
⑴该防护网重量轻，搬运、施工方便，悬挂时，一般2人即可操作且操作时间短；网绳结实耐用，成本低，采购方便，可重复利用。
⑵巷道掘进过程中，迎头岩性多为砂质泥岩和泥岩，构造、裂隙多，易剥落、片滑，过断层时，岩性紊乱，支护时顶板管理困难，对施工人员安全威胁很大，采用防护网后，基本杜绝了一些小的矸石掉落、片滑伤害事故，在巷道掘进过程中，对安全管理起到很大作用。掘进巷道迎头防护网使用效果图如图4所示。
图4 防护网使用效果图
4.结语
众所周知，煤矿是高危行业，煤矿生产就是与大自然做斗争的过程，是一个具有潜在安全威胁的生产过程；生产过程中如何减少、降低对施工时的安全威胁，最大限度的实现零伤亡，一直以来都是煤矿人不断攻坚的课题；本文介绍的井下巷道上山掘进顶板管理的临时支护、永久支护及防片帮支护的技术应用，在很大程度上降低了掘进时的安全风险，在安全管理上取得了成效是显著的。
张海军，男，1979年11月出生，山东微山人， 山东科技大学本科毕业，助理工程师，一直从事中煤集团大屯煤电公司姚桥煤矿矿井采掘技术工作。
[关键词]掘进巷道；安全管理；防护网；应用效果
中图分类号：TD822 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）35-0031-02
科技在发展，社会在进步，随着科技的不断进步与发展，煤矿企业也在向着现代化、科技化发展，而随着煤矿的不断发展、进步，大断面巷道掘进就成为矿井建设的必然趋势，但大断面巷道掘进过程中正迎面岩石暴漏面积大，，特别是大角度上山掘进，时常发生掉落、片滑矸石，直接威胁施工人员的安全；结合其他单位做法，我矿提出掘进迎头使用防护网进行超前支护，经过现场对比、实践，最终采用防护网结合支护柱对掘进迎头进行超前支护，通过实践、验证，最终证实了防护网的可行性。
1.掘进巷道工程概况
西十回风通道长度为405m，巷道处于-850m～-800m水平之间，地层为7煤底板砂岩及泥岩，剖面+12°左右，断面右倾18°左右，巷道施工以12～15°上山掘进为主。巷道施工过程中，所揭露岩性地质构造复杂，两次穿过F3-2∠68°H=10m断层，对掘进影响很大。巷道采用钻爆法施工，光面爆破，锚网（索）带喷浆联合支护，支护断面4200x3600mm。
2.巷道支护
2.1 临时支护
进行永久支护前，先设置临时支护。采用2根1.5寸钢管焊接而成的超前支護。具体规定如下：
⑴岩巷工作面临时支护由吊环、前探梁、背板、木楔组成，前探梁采用1.5寸钢管一头焊接32mm废钎子形式加工，净宽3.6m以上断面准备3根，吊环准备5个，其中备用2个。
⑵迎头每一炮的前一循环在打上部眼时，分别沿轮廓线的正顶及从正顶往两帮各600～800mm用2.0m长钎子打三个眼（保证爆破后，残眼离顶200mm左右），眼深不小于1.9m。迎头放完炮，进行敲帮问顶及对顶板初喷后，把φ40mm、长2.6米超前钢管尖头一端插入迎头那三个残眼中（残眼深度不小于200mm），另外一端采用φ16mm圆钢加工的吊环吊在最靠近永久支护的一排锚杆的钢带上，然后再在超前钢管上面铺联网片。平巷掘进临时支护如图1所示。
图1 临时支护平、剖面示意图（平巷）
⑶斜巷使用临时支护时，为防止临时支护下滑，使用双股14#铁丝或8#铁丝，穿过临时支护末端部分上预留出的钻孔，与临时支护的挂钩或钢带梁进行联锁。临时支护没有预留钻孔时，联锁的铁丝要先在临时支护上绑扎结实，然后再与挂钩或钢带梁联锁。斜巷掘进临时支护如图2所示。
⑷只有施工好紧靠永久支护的一排锚杆后，方可按规定排距施工前方的另一排锚杆。所有操作人员必须在支护完好的安全地带下操作。
图2 临时支护平、剖面示意图（斜巷）
⑸若顶板有裂隙、或有危岩找不掉时，此时要采用戴帽轻型水单体支柱及时支护，确保作业安全。只有在确保安全的情况下，才可进行其它作业。井下要备用三根轻型水单体和不少于3块规格不小于300mm×200mm×50mm的实木托帽，水单体压力水源可用静水压，水单体距迎头不超过50m。
2.2 永久支护
支护方式：锚网带喷联合支护。锚杆间距900mm，锚杆排距800mm，锚杆外露长度从托盘往外不超过50mm，喷体厚度60～80mm，混凝土标号C15，配合比水泥：砂：石子=2：3：3，锚杆最大控顶距2000mm，最小控顶距400mm。铺网规格及质量：网片用WH1500*1000/100*100/6/780点焊网，搭接100mm，每隔一网孔，用14#铁丝双股绑扎一道。钢梯梁LT3600*60/800/10/350，搭接100～200mm。
锚网时迎头够一排必须锚一排，紧跟迎头；打注顶部锚杆时，必须打一个眼注一根锚杆。采用MGL20/2000/550/20型锚杆，质量要求：必须采用有合格证的螺纹钢锚杆，杆体外观无锈，杆尾螺纹配合良好，锚杆间排距900×800mm，锚杆自托盘起外露不超过50mm，且露出丝帽≥5mm。锚杆位置严格按照断面图要求布置，与巷道轮廓线法线的夹角≤15°。锚杆眼孔直径28mm，顶部锚杆采用MQT-120锚杆机钻眼、安装；其余锚杆采用风钻打眼，帮锚杆机安装，每孔使用一块CK2360树脂药卷；锚杆安装时，锚杆托盘要与岩面贴紧贴实，锚杆托盘使用130*130mm、厚度为10mm的碟型托板；锚杆安装时，锚固力≥6.4t；安装后，必须用扭矩扳手进行紧固，保证扭矩≥150N·m。
铺网采用钢筋焊接的点焊网片，网片规格WH1500*1000/100*100/6/780。网子搭茬为100mm，每200mm用14#扎丝联一扣，网子用锚杆压贴于岩面。
2.3 加强支护
⑴锚索规格SKL17.8/1×19/7200/1860/7，每排3根，间排距1600×2400mm。采用有合格证的专用160*160mm碟型托板，厚度为12mm。锚索采用MQT-120风动锚杆机钻眼、安装，每眼使用2块MSCK/23/60树脂药卷。锚索预紧力2-3t。
⑵锚固剂必须使用有产品合格证的树脂锚固剂，装树脂锚固剂前，必须用吹眼器将眼孔内水及残渣冲扫干净，锚固剂要通过锚杆缓缓送入孔底，破损时严禁使用。锚固剂在锚杆、锚索眼顶部得到充分搅拌时间为15～18s，锚杆等待时间60s，锚索等待时间不少于30min。
⑶锚索施工工艺 ①按预留的锚索孔打锚索孔，打锚索眼孔够深时钻机要反复升落2～3次，以便把眼孔内的碎矸冲洗干净。
②先用1m的锚索钎子施工，用1m加长钎配合联接头打至设计要求，检查眼孔深度符合设计深度。
③放入两块CK2360树脂药卷巷，用钢绞线顶至眼底。
④用连接件配合锚杆机对药卷进行一次性搅拌8-15S，边推边旋转，搅拌好后保持推力不少于1 min。
⑤待锚索凝固10min后，垫好垫片，用张拉器紧固锁具至设计拉力要求，张紧力2-3吨。在紧固锚索时，一人施工张拉器紧固锁具，一人手扶张紧头，待张紧头咬住后，人员撤离至施工张拉器紧固锁具人员身后，在张拉锚索时，前后5m不得站有任何人员，待达到设计后，这时有专人去扶张紧头，开始松张紧头。
⑥锚索外露长度不超过300mm。孔距允许偏差为±100mm。
⑦锚索破开捆，两人配合作业防止钢绞线弹出伤人，井下严禁切割锚索。
3.巷道特殊支护
3.1 超前支护
巷道顶板破碎、穿煤层、过断层时要采取措施，超前支护采用Ф32×2000mm钢管，在半圆拱轮廓线外100 mm位置，沿掘进方向打眼插入钢管，间距≤300mm，外露长度500mm，用锚杆压贴于顶板，拱基线以上铺双层网片加大支护强度，同时锚索紧跟迎头，够一排锚一排，必要时缩小循环进度。
3.2 冒顶支护
⑴检查施工地点巷道支护质量。存在问题先查找原因，再根据实际情况采取针对性措施，对冒顶区附近巷道加固，防止冒顶范围进一步扩大。
⑵处理冒顶时，应坚持由外向里，先易后难，并加强支护，防止二次冒顶。
⑶积极恢复通风，努力保证有害气体不超限，通风有困难时，可选用压风管供风，作为应急之用。
⑷严格控制巷道掘进时迎头的空顶面积。当迎头掘进中空顶面积超出规定的要求，或顶帮比较破碎时应及时支护。
⑸加强对巷道迎头附近围岩稳定状况的观察。如果顶板松软，或巷道接近断层时，应缩小循环进度，一炮一排、最大控顶距不超过1.2米；缩小周边眼间距在300-350mm，同时控制装药量，降低因放炮对断层附近破碎顶板的震动；必要时，在顶板以间距400-500mm，施工直径32mm、长2米的超前钢管，钢管角度与巷道坡度平行，钢管后端用钢带拖住。
⑹巷道破碎严重时，要根据技术部门的要求用金属拱形棚加强支护；每班施工前要先检查拱形棚的质量，对放炮崩坏的拱形棚要先修复后再施工。
⑺开门位置跨度较大且顶板围岩破碎、有断层或顶板离层等情况时，必须打锚索加强支护，施工锚索间排距、规格等必须符合技术部门的要求。
⑻巷道在破碎带中掘进，应做到一次成巷，尽可能缩短围岩暴露時间。
3.3 防片帮支护
3.3.1 防片帮装置采用防护网结合支护柱组合装置
①西十回风通道断面施工时，分别沿轮廓线从正顶往两帮700mm、两帮起拱点处在距离巷帮200mm处向用Φ42mm钻头打四个眼，眼深不小于1m，将防护网置于迎头用支护柱固定在迎头，支护柱采用膨胀螺丝原理，可重复利用。
②每班交接班跟班队长向下一班跟班队长交代清楚防片帮装置完好情况，确保防片帮装置有效。
3.3.2 防护网、支护柱的选用
⑴防护网采用尼龙网，规格为：4200x3200mm，网孔100x100mm，网线粗10mm。
⑵支护柱使用直径14、30的钢筋、6分镀锌钢管（管壁加厚）和M20螺帽加工而成，如图3所示。
图3 支护柱加工示意图
3.3.3 掘进迎头防护网使用方法
①迎头爆破完成后，先进行敲帮问顶工作，找净迎面活矸危岩，安装好临时支护。
②在距轮廓线内200mm左右的正顶、正顶向两帮700mm左右处肩窝位置及两帮起拱点处施工5个眼深不低于1000mm的眼，将防护网利用支护柱固定于迎面，为加强防护效果，迎头倒好矸后可继续在墙中位置处两帮各施工一个眼，将防护网下部利用支护柱固定，迎头装好药连接脚线前拆除防护网。
③注意事项：拆除防护网时，要注意钩挂在防护网上的雷管脚线，严禁出现拖拽雷管脚线现象。
3.3.4 防护网现场应用效果
⑴该防护网重量轻，搬运、施工方便，悬挂时，一般2人即可操作且操作时间短；网绳结实耐用，成本低，采购方便，可重复利用。
⑵巷道掘进过程中，迎头岩性多为砂质泥岩和泥岩，构造、裂隙多，易剥落、片滑，过断层时，岩性紊乱，支护时顶板管理困难，对施工人员安全威胁很大，采用防护网后，基本杜绝了一些小的矸石掉落、片滑伤害事故，在巷道掘进过程中，对安全管理起到很大作用。掘进巷道迎头防护网使用效果图如图4所示。
图4 防护网使用效果图
4.结语
众所周知，煤矿是高危行业，煤矿生产就是与大自然做斗争的过程，是一个具有潜在安全威胁的生产过程；生产过程中如何减少、降低对施工时的安全威胁，最大限度的实现零伤亡，一直以来都是煤矿人不断攻坚的课题；本文介绍的井下巷道上山掘进顶板管理的临时支护、永久支护及防片帮支护的技术应用，在很大程度上降低了掘进时的安全风险，在安全管理上取得了成效是显著的。
张海军，男，1979年11月出生，山东微山人， 山东科技大学本科毕业，助理工程师，一直从事中煤集团大屯煤电公司姚桥煤矿矿井采掘技术工作。