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关于锚喷支护在“三软”煤层巷道支护中的应用探讨
作者：邱新和
来源：《城市建设理论研究》2013年第21期
摘要：“三软”煤层容易导致支护系统抵抗弹性变形的能力降低，当支护系统周围煤层的压力达到支护系统的强度极限时，将导致顶板弯曲下沉，造成煤层上覆顶板破碎，使掘进、回采及顶板管理的难度进一步加大。应用锚喷支护，可以较好地解决软岩支护困难问题。文章对目前应用锚喷支护技术支护“三软”煤层巷道中存在的问题进行了分析，并在此基础上提出了应对措施。
关键词：掘进；巷道支护；锚喷；“三软” 中图分类号：P618.11 文献标识码：A 文章编号： 1 前言
“三软”煤层指煤矿开采中遇到的软的顶板岩层、软的主采煤层和软的煤层底板岩层，一般情况下，具有三软特征的煤矿煤层和顶底板均为软弱岩层。煤层裂隙发育，构造复杂。“三软”煤层容易导致支护系统抵抗弹性变形的能力降低，当支护系统周围煤层的压力达到支护系统的强度极限时，将导致顶板弯曲下沉，造成煤层上覆顶板破碎，使掘进、回采及顶板管理的难度进一步加大。如果遇到复合顶板，因为复合顶板易与上部岩层发生离层，所以复合顶板易发生大面积的推垮型冒顶，给快速掘进、安全生产造成较大的威胁。
已应用于软岩巷道支护的技术措施很多，金属支架、锚喷支护、砌谴支护、巷帮围岩卸压支护及联合支护等多种方式，但应用范围最广的仍然是锚喷支护及U型钢可缩性支架。近些年来，锚喷支护使用方便，节省钢材，价格便宜，易于机械化操作的优点得到了充分体现，特别是在软岩巷道支护中，锚喷支护越来越受到重视。下面，本文将对“三软”煤层掘进，应用锚喷支护时如何提高支护效果、充分发挥锚喷的作用进行探讨。 2 目前锚喷支护在“三软”煤层巷道支护中的应用存在的问题
“三软”煤层揭露后极易风化，造成喷浆前巷道的煤壁风化脱落，使部分锚杆失效，导致片帮、掉顶，影响支护效果，甚至可能发生冒顶事故。
在煤矿生产施工过程中由于生产施工不到位，造成质量原因导致支护体受到扰动、破坏，影响安全的因素如下:
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（1）在掘进施工过程中没有严格按照设计图纸施工，炮眼位置不规范，周边眼没有紧贴岩面且没有垂直于掘进面，巷道成形比较差，超挖、欠挖严重，导致煤壁应力集中使巷道变形、破坏。
（2）在掘进施工过程中打设锚杆时，由于煤岩松软和部分巷道高度的制约，且掘进后敲帮问顶时没有除尽悬岩、危矸，产生较大的裂隙，使部分顶部锚杆打设质量差，支护系统的初撑力不足，使围岩脱落，导致煤壁应力集中，锚杆失效，从而巷道变形、破坏。
（3）在掘进施工过程中喷浆时，没有严格按照砼的混合比配置混凝土； 喷浆厚度不一致，喷浆过薄影响支护强度，喷浆过厚影响其柔性，使脆性增加，易使围岩离层，从而导致围岩形成的承载结构不能保持；无初喷、复喷距离大，煤壁暴露时间过长，致使煤壁风化脱落； 且劳动组织不到位、不合理，导致喷浆质量差，进而产生片帮、掉顶，使煤壁变形喷体脱落进一步暴露煤体，从而使煤壁风化脱落。 3 加强“三软”煤层巷道锚喷支护效果的措施 3.1 支护强度计算
要做到正确的设计和使用锚喷支护，必须基于相关的锚喷支护理论作为指导，常用的支护理论一般有: 悬吊理论、组合拱( 压缩拱) 理论、最大水平应力理论等。
现代煤矿采用的永久支护方式大多是锚、网、喷支护，锚网喷支护既能充分发挥锚杆作用，又充分发挥喷射混凝土的作用。同时网使围岩表面破碎圈完整化，使喷层平整均匀，增加抗弯、抗剪能力，并具有较高柔性和较大的允许变形量。支护系统的材料为冷拔钢丝网( 一般规格100 mm × 100 mm) ，等强度圆钢锚杆( 根据实际的煤层条件用相应的公式选取) ，混凝土( 按照煤矿实际经验和巷道围岩的稳定性、巷道跨度及巷道的服务年限，喷厚一般为100 mm，分期次喷射，初喷大约40 mm 左右，复喷使总喷厚达到100 mm) 。本文介绍按悬吊理论计算锚杆参数:
（1）锚杆长度计算: 式中:
—锚杆长度，m； —冒落拱高度，m； —安全系数，一般取2；
—锚杆锚入稳定岩层的深度，m，一般取0．4；
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—锚杆在巷道中的外露长度，m，一般取0．1。 其中:
—巷道开掘宽度；
—岩石坚固性系数，煤取3。 （2）锚杆间排距计算:
一般采用间距、排距相等，即： 式中:
—锚杆间距、排距，m；
—锚杆设计锚固力，kN /根，取64 ； —被悬吊着的煤岩重力密度，kN/m3，取24。 3) 锚杆直径的确定: 式中:
—锚杆直径，mm；
—锚杆截面载荷，kN，取105 ； —螺纹钢锚杆屈服点，MPa，取410。
在选用锚杆时应按照以上公式进行计算，选出符合条件的等强度螺纹钢锚杆，并且设计满足支护需要的锚杆间、排距。 3.2 施工中的措施
改进生产工艺，提高生产班组间的衔接效率，本着有利于巷道支护和提高劳动效率的原则，采用掘、喷平行穿插作业，使煤壁暴露风化时间减小，确保顶板安全。 针对上述施工环节存在质量管理方面的问题，制定下列措施:
（1）严格按照设计图纸上对断面尺寸的要求进行施工。打眼前，首先按照腰线、中线严格检查巷道断面规格，不符合作业规程要求的必须先进行处理，打眼前需进行敲帮问顶工作，