锚杆支护与传统棚式支护相比，明显优势是实现了对巷道围岩的及时、主动支护，能够取得较理想的围岩控制效果。同时，大幅降低巷道的支护成本，减轻工人的劳动强度，大大简化了采煤工作面的超前支护和端头处理工艺，为煤矿的安全高效发展创造了良好条件。锚杆是安装在围岩中，对围岩实施锚固的杆件系统。锚杆支护系统一般由杆体、托盘、螺母、垫圈、锚固剂或锚固构件组成，锚杆支护也是通过这些构件的共同作用来实现的。锚杆杆体的抗弯和抗压能力很小，杆体的主要作用是抗拉和抗剪，限制岩层膨胀、离层、错动，锚杆支护的关键是获得较大的支护范围和较高的预应力，锚杆托盘的面积相对较小，其护表、预应力扩散和传递能力有限，需由其他构件协助。
1构件连接分析
1.1组合构件作用
锚杆组合构件一般有钢带与钢筋托梁2种形式，应优先采用钢带[1]。当巷道围岩比较完整、应力比较低时，可使用钢筋托梁。钢带主要有W钢带和M钢带2类，钢筋托梁一般采用不同直径的钢筋焊接而成，组合构件主要有以下3个方面的作用。(1)组合作用。组合构件把各根单体锚杆组合起来，形成一个支护整体共同作用和承载，一起改善巷道围岩应力状态，调动围岩承载能力，实现控制巷道围岩的目的。(2)扩散预应力。组合构件连接各根锚杆，通过托盘的传递，扩散和传递锚杆的预应力和工作阻力，使支护体的载荷更加均匀，更利于改善巷道围岩应力状态，把巷道轮廓附近的应力向深处转移。(3)限制表面围岩位移。组合构件对巷道浅部围岩起着一定的支护作用，防止锚杆间岩石冒落，限制巷道表面围岩产生离层破坏，保证了锚杆支护体的完整性。
1.2护表网的作用
煤矿使用的护表网种类较多，主要有钢筋网、菱形金属网、经纬网和塑料网等，现场使用较多的是菱形金属网，网的主要作用是：(1)支护作用。在网紧贴巷道表面时，能对巷道表面提供0.01MPa的支护力[2]，网在有效约束巷道表面围岩变形的同时，对深部围岩也有良好的支护作用。有网时的巷道表面围岩即使已被破坏，但不会松散垮落，使巷道深部围岩具有良好的受力状态，保证了深部围岩的整体性;没有网或网失效时，巷道表面松散破碎围岩会冒落，逐渐发展到巷道深部，导致巷道围岩的整体失稳。网的支护作用如图1所示。(2)护表作用。巷道顶、帮采用护表网后，大幅增加了支护体的护表面积，与组合构件一起，传递和扩散锚杆的预应力至巷道整个轮廓面，充分发挥锚杆支护性能。(3)防漏矸作用。网孔一般都较小，护表网可防止巷道浅表松散破碎围岩的发展，避免扩大破碎区范围，防漏矸作用保证了锚杆间围岩的稳定，从而维持巷道围岩的稳定。
1.3连接方式分析
组合构件中W、M钢带采用锚杆穿孔、压网施工，支护的整体性和可靠性较高。网与网之间、网与钢筋托梁之间的连接，一般采用较细的铁丝人工连接，如菱形金属网间、菱形金属网与钢筋托梁间采用14#铁丝双排连接;塑料网间及其与钢筋托梁一般采用18#铁丝双排连接，一般连接点间距为200mm。传统人工连接主要存在以下问题：(1)不利于安全和标准化创建。人工连接时，剪、连铁丝和翻动金属网，极易刮、刺伤人，而且松垮连接的铁丝头吊挂在网下，较大地影响巷道的观感质量，不利于安全生产标准化的创建。(2)质量差。人工采用钳子或其他自制工具连接时，连接点多、工作量大。连接铁丝大多松垮、间距不匀，如顶板破碎、施工条件差、工期紧张时，更难保证连接质量。(3)强度低。连接铁丝的直径远小于金属网和钢筋托梁，本身强度低，松垮的连接几乎没有连接强度，成为支护体的短板，容易首先从连接点出现网兜、破坏，从而造成巷道围岩破坏、支护失效。
2连接强度分析
由以上分析可知，为提高锚杆支护体的整体性和强度，连接强度和质量是关键。提高连接强度最简单有效的办法是使用更粗铁丝连接，但人工连接与金属网线径匹配的10#及以上规格铁丝时，难度极大。因此，亟需一种机械连接方式来保证连接质量。
2.1粗铁丝连接
铁丝加工一般将炽热的金属坯轧成准5mm粗的钢条，再将其放入拉丝装置内拉成不同直径，并逐步缩小拉丝盘的孔径，进行冷却、退火、涂镀等工艺制成不同规格的铁丝。连接铁丝的抗拉力决定了铁丝的连接强度。抗拉力f可根据下式计算得出:式中：f为抗拉力，N;P为抗拉强度，因选用材质和加工工艺的不同，一般铁丝取300～550MPa;D为铁丝直径，mm。常用铁丝规格如表1所示。由式(1)可知，铁丝的抗拉力与线径的平方成正比，使用与金属网同规格或接近的铁丝连接，可保证连接点强度，从根本上避免出现支护薄弱点。
2.2机械连接
煤矿井下工作空间相对狭小，金属网的规格又较大，使用较粗硬的与金属网同规格或接近的铁丝人工连接时，无法保证金属网间、钢筋托梁与金属网间的紧实，不能有效地约束巷道表面围岩，起不到应有的支护作用。因此，应采用安全可靠的机械连接。目前连接机械种类较多，普通联网机扣钉强度较低，抗拉力只有300～350N，连接强度仍与金属网相差较大，且大多扣钉扭结角度小，现场试验时常因被拉直、脱扣而失效。新型的LWQ-8型气动锚网连扣机，采用枪型结构，结构简单、质量轻，机械连网、操作简单。其扣钉能绕曲2圈及以上，轻松压实绕紧金属网与钢筋托梁等构件，保证了连接强度和质量，较适用于煤矿井下各种网与钢筋托梁等构件间的连接。其主要技术参数如表2所示。与LWQ-8型气动锚网连扣机配套使用的C型连网扣环钉，抗拉强度是普通同规格铁丝的6～8倍，其标准抗拉力不小于1000N，检测抗拉力均在1100N以上，最大达1500N，远高于其他连网机所用的扣钉强度，保证了连接强度。扣环钉主要技术参数如表3所示。
3现场应用
3.1概况
张双楼煤矿7100工作面位于-500m水平东一采区，北部为7101、7302工作面采空区，南部临近东风井立井井筒。7100材料道设计工程量1581m，煤层厚度3.4m，倾角21°～30°，平均23°，顶板为泥岩、砂质泥岩。巷道规格为宽×高=4700mm×2900mm，采用锚网梁索联合支护。顶板和两帮采用规格为准20mm×2000mm的左旋无纵筋螺纹钢锚杆，锚杆间排距900mm×900mm，巷道两帮基角各施工1根-30°底角锚杆，安装扭矩在150～200N•m，二次紧固扭矩在260～300N•m，抗拔力>100kN;组合构件选用准12mm钢筋托梁，巷道顶板和两帮分别使用10#金属菱形网和1.2m×30m的高强塑料网护表;顶板采用规格为准18.9mm×6250mm锚索加强支护，每排2根，间排距1800mm×2700mm，锚索预紧力在160～200kN，检测抗拔力为252kN。7100材料道支护断面如图2所示。
3.2效果分析
7100材料道使用机械连接技术后，因LWQ-8型气动锚网连扣机轻便、操作简单，连接质量好、强度高、速度快，围岩控制效果较好。(1)保证了连网安全。气动锚网连扣机连网机体积非常小巧、质量很轻，可方便单手操作，减少了翻网、扭结和紧网等工序，消除了被铁丝刮、刺伤人隐患，保证了现场连网安全。(2)消除了支护短板。配套使用的连网扣钉抗拉强度高，与金属网的强度相匹配，大幅提高了连接强度，保证了连接质量，使金属网间、金属网与钢筋托梁间、塑料网与钢筋托梁间连接紧密，消除了支护短板，保证了锚杆支护的整体性，有效地扩散和传递了锚杆的预应力，提高了锚杆支护的围岩控制效果。(3)提高了连网效率。人工连接时，至少需要2人，连接1片菱形金属网与钢筋托梁需15min。采用气动锚网连扣机机械连接时，1人3min即可完成连网，工效提高了5倍。(4)提高了标准化创建水平。气动锚网连扣机连接质量高，连接点紧密、间距均匀、简洁，非常美观，保证了巷道的观感质量，提高了安全生产标准化创建水平。
4结语
人工连接金属网与钢筋托梁时，因连接铁丝细、连接质量差、强度低，成为锚杆支护的短板，是巷道围岩开始破坏、失稳的主要诱因。采用LWQ-8型气动锚网连扣机连接，操作安全简便，保证了金属网间、金属网与钢筋托梁间、塑料网与钢筋托梁间的连接质量，其配套扣环钉抗拉强度高，提高了连接强度，消除了锚杆支护薄弱点，有效地扩散和传递了锚杆的预应力，保证了锚杆支护的围岩控制效果。
[参考文献]
[1]中国煤炭工业协会.煤矿巷道锚杆支护技术规范：GB/T35056-2018[S].北京：国家市场监督管理总局，2018.
[2]侯朝炯团队.巷道围岩控制[M].徐州：中国矿业大学出版社，2013.
《煤矿巷道护表构件连接技术改进实践》来源：《能源技术与管理》，作者：张委托
