新兴支护材料的推广使用

-------即W钢带、锚杆在兑镇煤矿

掘进工作面的成功应用

樊建明

山西离柳焦煤集团有限公司

摘 要：面对兑镇煤矿井田小窑破坏严重，以及巷道断面增大的实际情况，在锚杆支护巷道中推广使用钢带具有重大的现实意义。

关键词：W钢带 推广 顶板 安全

由于兑镇煤矿井田内煤层赋存较浅，井田范围内小窑、古窑分布较多。2008年以前井田内小煤矿越层越界比较严重，破坏了我矿井田内所采9#、10#、11#煤层，而且小煤矿采用不正规房柱式开采，致使我矿巷道难以维护和综采工作面严重漏风。另一方面，由于综采放顶煤技术的推广应用，两顺槽巷道断面增大，给矿井顶板管理带来极大的困难。原有的工字钢梯形棚在使用过程中支护效果难以维护顶板，出现冒顶。

为加强顶板管理，兑镇煤矿于2006年在综放工作面顺槽推广使用W钢带。首先在41107运输顺槽和回风顺槽掘进工作面进行应用。现使用锚网、W钢带、锚索联合支护的巷道（包括6米宽的切眼）有2500m左右，应用效果良好。现顶锚杆排距1.0 m ，W钢带宽280 mm，使得两根

钢带之间顶板仅空余720 mm，有效地支护和控制了顶板。对于顶板较破碎地段，W钢带其本身以及对金属网的有效支撑，从而更能有效地控制顶板，充分发挥了金属网的支护作用。

一、 使用锚网、W钢带、锚索联合支护的巷道技术参数与顶、底板情况。

项 断掘 面净 掘 宽 净 高掘 净 单位 ㎡ ㎡ mm mm mm mm m 41107运输顺槽 12.22 11.25 4700 4500 2600 2500 14 锚（索）网带 锚杆、锚索、钢带金属网 矩 形 净周长 支护形式 支护材料 断面形状 （一）、以41107运输顺槽为例：41107运输顺槽断面

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参数见上表

（二）、41107工作面顶、底板情况

41107工作面煤层老顶为K2石灰岩，厚度4.3m，致密、坚硬、抗压强度940kg/cm。直接顶泥岩，厚度1.5m，深灰色、性脆，抗压强度389kg/cm，无伪顶，直接底为铝土质泥岩，厚度5m，有滑感，性软，抗压强度147kg/cm。

二、顶锚杆支护选型 (一)、锚杆长度

1、按悬吊理论即单体锚杆悬吊作用，锚杆长度可按L=L1＋L2＋L3公式计算（出自《山西焦煤公司〃采掘运规程管理细则》）

式中，L---锚杆长度，m

L1---外露长度（托梁直径+托饼厚+点螺帽厚+0.02m）,m

L1=0.01+0.03+0.025+0.02=0.085m L2---巷道顶板岩体破碎带高度,取1.0m L3---伸入非破碎稳定带的长度, 由L3=dσt/4τc计算, 式中d-----锚杆直径,取0.022m σt---材料杆体设计抗拉强度,取335Mpa

τc--锚杆与砂浆的粘结强度,螺纹钢≈50千克力/厘米,约4.9Mpa

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L3=dσt/4τc=0.022×335/4×4.9=0.376m 故 L=L1＋L2＋L3=0.085+1.0+0.376=1.461m 2、锚杆长度通常按L=L1＋L2＋L3公式计算（出自《煤巷锚杆支护》〃中国矿业大学出版社）

式中，L---锚杆长度，m

L1---锚杆外露长度（托梁直径+托饼厚+点螺帽厚+0.05m）,m

L1=0.01+0.03+0.025+0.05=0.115m L2---锚杆有效长度,取1.4m

L3---锚杆锚固段长度,一般端锚时L3=0.3～0.4m,由拉拔试验确定,当围岩松软时,L3应加大,根据经验值取0.6m

故 L=L1＋L2＋L3=0.115+1.4+0.6=2.115m 经上述计算,锚杆长度选用2.2m。 （二）、顶锚杆支护能力验算

根据矿压资料，我矿围岩松动圈为1.0m，单位面积冒落岩石重量为：1.0×1.0×1.0×2.35=2.35T, Φ（18～22）mm×2.2m的螺纹钢锚杆屈服强度为8.7T,大于2.35T,符合承载要求。

单位长度内冒落岩石重量为：1.0×1.0×4.2×2.35=9.87T

单位长内顶锚杆支护重量为:1×6×

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8.7=52.2T>9.87T

经上计算,锚杆符合承载要求。

综上所述，41107运输顺槽所采用的锚杆规格及支护形式是合理的。

（三）、支护参数选择

按悬吊理论即单体锚杆悬吊作用，锚杆间距按下式计算（出自《山西焦煤公司〃采掘运规程管理细则》）

a=0.887 σt/kγL2

式中,a---锚杆的间距,通常锚杆间距等于锚杆的排距，m

σt---材料杆体设计抗拉强度,取335Mpa,约85kN k-----安全系数,取2

γ----岩体容重,2.35T/m,约23kN/m L2---巷道顶板岩体破碎带高度,取1.0m a=0.887 σt/kγL2 =1.2m

经上计算，结合兑镇煤矿顶板情况及实际支护经验，41107顶锚杆间排距为1.0×1.0m。

三、W钢带与钢筋托梁对比

首先，W钢带比钢筋托梁在支护使用强度上有很大提高。W钢带由专用高强度钢板加工而成。钢筋托梁强度取决于两根主体钢筋和焊接点的质量。特别是焊接点多，顶板来压情况下焊接点容易开裂，是钢筋托梁不可避免的致

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命弱点。而W钢带根本不存在这个问题。因为其本身就是一个整体，其强度是显而易见的。

其次，另一个显著特点，是W钢带与顶板支护接触面大。接触面的增大，使顶锚杆均匀受力，杜绝了局部锚杆受力过大，出现顶板离层、跨落，致使锚杆产生失效的现象。我们使用的W钢带，宽度达280mm，而钢筋托梁宽度仅50mm。这一组数据的对比，其支护效果和支护面的增加，金属网的铺设质量和支护效果也就有了很大改观，确实起到联合支护的最佳效果。

在施工中，我们狠抓现场管理，加强支护质量。首先保证巷道成型，杜绝超、欠挖现象发生，保持壁面平整度，为支护打下良好基础。其次，严把支护材料质量关。比如：锚杆螺帽与扣是否合套；树脂是否失效等等。再次，严格按照树脂要求使用，数量并要保证。同时，按照搅拌时间进行操作，并将螺帽紧固好，确保锚杆支护质量。

四、矿压观测

为监测锚杆、W钢带的支护效果，我们加大顶板矿压的观测力度。按照规程要求，巷道内每50m安设一个顶板离层仪；切巷内每50m安设一个。由矿压组人员及跟队技术员定时观测，并做好牌板记录和地面分析记录。

五、W钢带支护效果分析

通过对比，W钢带的优越性是显而易见的。从W钢带

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使用强度和支护支撑面两个方面比钢筋托梁有着明显优势。随着支护效果的增强，给掘进和回采的顶板管理带来极大的益处，从而实现了安全生产。因此，为保证锚杆支护巷道的顶板安全，配合使用W钢带就有着非同寻常的意义。

通过在41107回风顺槽和运输顺槽的试用，W钢带使用效果显著。兑镇煤矿将在全矿井下范围内推广使用W钢带，深信必将带来可观的效益。

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W钢带平面图 （单位：mm)1501000100010001000150280

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胶φ700mm风筒带中心线轨道中心线电缆钩巷道中心线φ51mm风管φ51mm水管φ102mm静压水管41103运输顺槽断面图单位：mm - 9 -