1、徐州矿区煤巷锚杆支护技术简介,1 徐州矿区煤巷锚杆支护发展及现状 1.1徐州矿区自然状况简介,徐州矿区位于江苏省徐州市铜山、沛县境内，有贾汪、闸河、九里山、丰沛四个含煤区。徐州矿务集团公司本部现有8个生产矿，9对井，设计生产能力771万t，核定生产能力1040万t，2008年实际生产原煤1560万t，综合进尺完成14.2万m。煤系地层可采煤层48层，煤层总厚510m，平均7m。其中石炭二叠系太原组（俗称屯头系），含有17、20、21层可采煤层，均为薄及极薄煤层，煤种为肥煤，低灰、高硫、低磷；17煤直接顶为砂质页岩，较破碎，20、21煤为石灰岩，坚硬、致密、完整。,石炭二叠系山西组（俗称小湖系）
2、，含有7、9层可采煤层，为中厚厚煤层，煤种为气煤，中灰、低硫、低磷；煤层的直接顶主要为砂岩或砂质页岩；石炭二叠系下石盒子组（俗称夏桥系），含有1、2、3层可采煤层，为中厚厚煤层(以矿区东部为主)，煤种为气煤，中灰、低硫、低磷。直接顶主要为砂岩或砂质页岩。煤层为缓倾斜、倾斜煤层，煤层间距东部矿区大体为：3煤9煤130m；9煤20煤150m；20煤21煤30m；,西部矿区2煤7煤120m；7煤9煤30m；9煤20煤130m；20煤21煤30m；矿区内煤层赋存状况复杂，自然条件相对较差。“三软”煤层占总储量的33%，煤层倾角2545的煤层占总储量的13.2%。大中型构造1条km2，小断层64条km2
3、。加之煤炭资源紧缺，生产较集中，开采强度大，巷道受采动影响问题突出，给巷道支护带来很大困难。,1.2 徐州矿区煤巷锚杆支护发展简介,多年来，徐州矿区在煤巷支护改革方面虽经历了工字钢梯形支架替代木支架， U型钢拱形支架替代部分工字钢梯形支架等过程，但未能彻底解决煤巷支护问题。在二十世纪70年代中期广泛推广应用光爆锚喷支护的基础上，开始了煤巷锚杆支护的试验研究。二十世纪7080年代，这一时期的煤巷锚杆支护进尺相对较高。指导理论主要是悬吊理论，少量应用组合梁理论。,煤巷锚杆支护技术一直处于全国领先水平，曾受原煤炭部委托，派技术小组到邢台矿务局等单位进行煤巷锚杆支护技术示范，期间先后有三十多个矿务局来
4、徐州矿区参观学习。二十世纪90年代初期由于发生了一起“不可抗拒”的冒顶事故，而当时的煤巷锚杆支护技术水平又不能完全解决某些技术难题，因而发展较为缓慢，煤巷锚杆支护进尺也有所下降。到1998年底，煤巷锚杆支护进尺累计也只有 24.5万m，锚杆支护结构虽然由单体锚杆发展到锚网、锚网梁、锚网棚联合支护等多种形式，但没有从根本上改变锚杆支护结构、提高技术含量。因而，也始终没有达到扩大应用范围的目的。,1999年前的徐州矿区煤巷锚杆支护主要存在着以下诸多问题:（1）锚杆及其配件的结构性能差，不能实现快速安装。（2）锚杆支护结构不尽合理，整体强度低。（3）对煤巷锚杆支护的施工工艺研究不够深入。（4）锚杆施
5、工机具有待进一步完善。（5）锚杆支护材料加工不规范。（6）对松散破碎复合顶板巷道、“三软”煤层巷道和全煤巷道等复杂地质条件下的锚杆支护作用机理认识不足，从而造成对其设计的不合理。（7） 煤巷锚杆支护监测监控体系不完善（8） 缺乏适合本矿区的煤巷锚杆支护技术规范,1.3 徐州矿区煤巷锚杆支护现状,通过对煤巷锚杆支护新技术的研究，提出了适合于徐州矿区的锚杆支护理论和围岩分类原则，研究出了徐州矿区树脂锚杆支护三径匹配原则。虽然表面看上去锚杆支护结构形式没有发生多大变化，仍然是单一锚杆、锚杆钢带梁、锚杆网、锚杆钢带梁网或锚梁网锚索等方式，但其实质已发生了很大的变化：锚杆是课题组研制的、国内先进的、性能
6、优越的左旋无纵筋变截面螺纹钢等强锚杆，托板是强度匹配的碟形托板，螺母是课题组研制的快速安装防松加厚螺母，网是高质量的菱形金属网。,同时，锚杆支护中的打眼、安装机具也有了全新的改变，应用了性能优越的大功率锚杆机、7655改进形凿岩机、风煤钻、气扳机（风炮）。这一全新的锚杆支护结构和装备使煤巷锚杆支护的工艺有了较大的进步，实现了从打眼到安装全部机械化，并实现了快速安装，提高了锚杆的初锚力、锚固力和可靠程度，也提高了巷道单进水平。由于以上一系列的发展变化，大大推动了徐州矿区煤巷锚杆支护的发展，其应用范围得到迅速的扩大。,除应用于、类稳定围岩巷道中外，在、类不稳定围岩巷道中进行了大量的研究、试验、推广
7、。煤巷锚杆支护技术在工作面顺槽、采区上、下山、工作面开切眼、综采工作面拆除扩巷等不同用途的巷道中均有大量的应用，煤巷锚杆支护巷道数量有明显增加。,徐矿集团近年来煤巷锚杆支护进尺与支护率,2.2 徐州矿区研究推广应用煤巷锚杆支护的做法,领导小组组织外出调研11个矿务局，借鉴它们的经验，特别是了解它们失败的或者说是走弯路的地方，汲取教训，不生搬硬套，还要有适度的敏感性，制定适合自己矿区的路线，坚持试验，不怕失败，坚定不移地推广应用煤巷锚杆支护技术。,2.2.1 强化锚杆支护管理工作, 建立组织领导体系树立以人为本的观念 建立工作制度 计划管理 强化锚杆支护技术基础工作管理制定技术规定，修改标准,2
8、.2.2 优化设计不生搬硬套，不同条件采用不同对策,锚杆支护设计首先要进行工程地质调查，查清围岩强度、结构和沉积变化，了解构造形态、分布及对岩体强度、完整性带来的影响。徐州矿区考虑围岩体条件，按不同组别主采煤层的岩石强度、岩石性质划分等级，供设计时使用，对于具体巷道，还需作细致调查分析。外载的大小决定了加固支承体的加固方式与强度，这是锚杆支护设计重点考虑的因素。影响外载大小的主要因素有：采动影响、煤柱尺寸、巷道断面和形状、构造应力等。徐州矿区考虑这些因素时，把采空区侧巷道与煤体侧巷道，小于3m、35m、57m跨度和构造应力影响区内的巷道等因素综合考虑加以分别划类的。对具体巷道，还需作具体调查分
9、析。,在初步设计时，根据调查的岩体、采动、构造条件，试验资料，同类条件的工程实践等，用工程类比法确定支护结构、形式和参数，这是设计工作的开始。在实施过程中根据工程反馈的信息（矿压观测和工程支护效果调查）作出修改。要了解巷道施工与初步设计的一致性，检查施工质量是否符合设计和质量标准要求。观测巷道围岩变化和顶板离层量，应排除施工质量影响因素并对矿压观测数据进行全面分析，结合现场调查，评判巷道支护设计的适应性、合理性及存在问题，提出修改意见，使其不断完善，最终使得支护设计适应系统及安全生产的需要。,2.2.3 合理配置机具、材料推行本质安全施工，尽量避免人工操作, 煤巷锚杆支护钻具徐州矿区根据巷道围
10、岩强度及现有生产系统能力，通过现场试验，确定其配置原则：压风系统能力能够满足的，一律配置风动机具；边远采区、系统能量损耗大，不能满足风动机具使用要求的，配置液压机具；岩石坚固性系数f8的配置冲击破岩钻具，f8的配置切削破岩钻具；配置冲击破岩钻具的施工地点，同时配置安装机具；安装机具包括紧固螺母的气扳机（风炮）。煤巷锚杆支护的整个工艺过程全为机械化和半机械化操作。避免人为因素造成的失误。,钻具型号、钎杆长度的选择，应与巷道高度、钻孔深度结合起来、统筹考虑，保证施工时换钎杆次数不超过2次；岩石坚固性系数f=68及以上时配置金刚石复合片钻头，f6的配置普通合金钻头。 煤巷锚杆支护材料配置经实验室试验
11、，分析锚杆支护受力构件系统，发现相互配置不合理。一是锚杆杆尾破断力比杆体降低2030%，延伸率减少15%，力学性能不能充分利用；,二是忽视托板的作用，配置带有随意性。不问锚杆锚固力多大，杆体直径从16mm到20mm，其配置都是一样的。三是普通螺母不便于锚杆安装搅拌，不注意与杆体强度匹配；四是锚杆构件配置不合理，使锚杆锚固力降低，适应围岩变化能力变差。这些是锚杆支护质量上不去，控制效果不理想，使用范围受限制的重要影响因素。,为了解决锚杆材料配置不合理问题，做了四项工作：一是对锚杆杆体、托板、螺母做了大量试验室试验，获取了大量的数据资料，经整理分析，提出了锚杆构件合理配置的材料和参数；二是用合理配
12、置的锚杆构件做示范工程，用实际效果证明以启迪和转变人们的认识；三是摄制锚杆支护科教片，对有关人员进行锚杆支护材料选择和工艺操作技能教育；四是用组织手段强制执行，下发了加强煤巷、半煤巷锚杆支护技术及质量管理的规定（见附件四），对各种材料的选择配置都作了具体规定：必须按徐州矿区锚杆支护“三径”匹配配置支护材料；锚固材料必须使用树脂锚固剂；,巷道顶板必须使用左旋无纵筋螺纹钢等强锚杆，且其尾部螺纹加工螺纹必须用滚丝机加工；淘汰普通螺母，必须配置封板式快速安装防松加厚螺母；锚杆托板厚度不得小于8mm，面积不得低于100cm2；锚索托板应用18#20#槽钢截成，中间必须加焊150mm150mm10mm或1
13、70mm170mm10mm的钢板；巷道顶板铺设的金属网必须使用菱形网；这些规定同时还作为质量标准化检查的依据，不符合要求的按不合格工程处理。,2.2.4 培养高素质施工队伍，提高锚杆支护工艺技术水平,锚杆支护的关键在破岩的同时如何保护围岩的问题，这是锚杆支护的工艺技术基础，也是锚杆支护能否成功的关键。因为爆破成形不好，直接破坏围岩强度，不利于锚杆托板与顶帮密贴，锚杆受力条件变差。,锚杆支护工艺技术的第一要素：成形控制。因煤岩条件不同而不同。“三软”煤层由于煤层很软(f1)，自稳时间短，一次爆破成形不能满足工序衔接的时间要求。为保证煤帮平直和稳定，其工艺技术原则是爆破预留、手镐修边成形。炮眼布置
14、成倒八字形，爆破后，顶部巷宽达到巷道毛断面宽度，为出煤后顶板及时支护创造条件，下部巷宽比巷道毛断面宽度小1.2m，一侧预留600mm，以保证巷帮的稳定。中硬煤层(f=23)，采用修边爆破，顶、边眼布置距煤帮、顶板均为200mm，间距400mm，装药量不大于300g，爆破后，煤壁稍作修理，即可达到平直和稳定。,锚杆支护工艺技术的第二要素：及时支护爆破是顶帮齐直稳定的基础，及时支护是顶帮齐直稳定的保证。没有及时支护，成形的帮、平稳的顶也会片掉。所谓及时支护，“三软”煤层要求：爆破后，煤出一部分，具备顶板支护条件，就要进行顶板支护，顶板支护完毕，煤帮分步刷够巷道宽度，分步支护，顺序为先上后下，两帮同
15、时；中硬煤层，两帮可以同时一次爆破修边成形，支护煤帮始终滞后顶板2m，不允许任意扩大。以保证煤帮、顶板支护及时与平行作业兼顾，实现质量、数量的相互促进，协调发展。及时支护还应必须在管理上予以重视，这是现场能否落实的关键。锚索也应及时支护，尽量紧跟迎头。,锚杆支护工艺技术的第三要素：锚杆的安装质量。规定做到：点眼定眼位，按眼位打眼，打眼要垂直顶板、两帮，树脂药卷按顺序(超快在前、快速居中、中速其后)送到孔底，方可搅拌，搅拌速度要均匀，时间要适中(超快15秒、快速20秒、中速30秒)，待树脂锚固剂凝胶后，用锚杆钻机上紧锚杆螺母，顶板、两帮锚杆使螺母扭矩大于等于100N.m，使锚杆具有一定的初锚力。
16、使用金属网的，应铺设平直、崩紧，保证压网不小于150 mm，锚杆穿过压茬网处，不留空隙、弱茬，两个肩窝处帮顶要封闭连接牢固，充分发挥网的护表功能。,锚杆支护工艺技术的第四要素：过小构造时冒顶片帮的处理。煤矿巷道掘进经常遇到过小构造，局部冒顶片帮也时有发生。为防止这些地点的锚杆支护发生的冒顶片帮，必须采取有效的工艺技术措施：一是加大支护密度，增加支护强度(同时增加锚杆、锚索数量)；二是缩小循环进度；三是做好断层面的处理，应以断层面面积计算锚杆使用数量和布置锚杆，找掉由断层力揉搓产生的碎矸。做到网、梁、托板与断层面密贴。与断层面紧连的两处转折过渡段要靠近转折处各打一排锚杆，使梁网能够密贴顶板；四是
17、根据断层处的围岩条件，为增强其稳定性，可以增加纵向钢筋托梁，按锚杆的间距布设。,防止冒顶片帮时形成较大空洞及用架棚支护的背帮接顶充填方式。支护原则是掉到哪儿锚到哪儿，顺序是先从片掉处开始，这样能够保证支护结构的整体一致性。工艺的实施，无一不牵扯到高素质队伍的努力，因此培养高素质队伍是推广应用煤巷、半煤巷锚杆支护技术的关键。,2.2.5 加强煤巷锚杆支护质量控制,质量控制关键在人，要把人教育好、培训好，提高人的质量意识和操作技能，熟悉质量标准。质量控制的第二个重点：验收与考核。,2.2.6 全面推广应用成熟的锚杆支护技术,集团公司煤巷、半煤巷锚杆支护推广课题组确定了“总体推进、局部难点攻关”的总
18、体方针。本着这一原则，课题组在集团公司各单位开展了广泛的工作，在、及类围岩巷道扩大锚杆支护应用范围。为各矿井研究、制定煤巷锚杆支护方案，提供性能优越的施工机具，积极创造有利条件，协助各矿井首先推广应用普通且较为成熟的锚杆支护技术，全面推进集团公司的煤巷锚杆支护工作。,2.2.7 煤巷、半煤巷锚杆支护技术难点攻关,根据课题组初期制定的推广应用煤巷、半煤巷锚杆支护的“总体推进，局部难点攻关”的总体方针，在煤巷、半煤巷锚杆支护技术难点攻关方面开展了卓有成效的工作，有了突破性的进展，共攻克复杂地质条件煤巷锚杆支护技术10项之多，取得了丰硕的成果。,2.2.8 成立示范队伍，典型引路，重点推进,成立了“煤巷锚杆支护示范队”，进行煤巷锚杆支护技术、劳动组织、区队管理、人员培训等全方位示范传播，到认为不能实施锚杆支护的以及煤巷锚杆支护操作不规范、工程质量差的矿井、区队，按研究制定的支护方案进行锚杆支护工艺示范。用事实改变这些单位人员的模糊认识和惧怕心理，并进行现场培训，规范他们的操作。使韩桥、义安、诧城、张集等单位不但实现了煤巷锚杆支护“零”的突破，而且达到了培训队伍、掌握此项技术要领的目的。目前这些单位的煤巷锚杆支护也得到了广泛的推广、应用，煤巷锚杆支护率都超过了90%以上，有的单位还达到了100%，为徐州矿区煤巷锚杆支护技术的发展壮大起到了积极的推动作用。,
