文/張秋林

綜采放頂煤工作面順槽錨網(wǎng)索支護(hù)參數(shù)的設(shè)計(jì)

文/張秋林

沁陽煤礦位于山西沁水煤田西部，井田范圍5.145k m2,屬低瓦斯礦井。礦井共有三個(gè)井筒，以一井一面達(dá)到礦井生產(chǎn)能力，采煤工作面采用綜采放頂煤工藝。

一、工作面概況

沁陽煤礦3110綜放工作面煤層平均厚度5.89m，煤層傾角平緩，水文地質(zhì)構(gòu)造簡單，頂板為泥巖，直接頂為粗粉砂巖，老頂為中粒砂巖，底板為粗粉砂巖。工作面兩順槽采用錨桿錨網(wǎng)支護(hù)，矩形斷面，煤層產(chǎn)狀平緩，傾角在0°～5°，水文地質(zhì)情況簡單，局部地段有淋水。煤層頂板有20cm左右的泥巖偽頂，直接頂為2m左右的粗粉砂巖，老頂為中粒砂巖厚度為8m，底板為粗粉砂巖，厚度為2m。

3110工作面順槽沿煤層底板掘進(jìn)，3126巷、3130巷分別為其運(yùn)輸順槽和回風(fēng)順槽，其中運(yùn)輸順槽寬4200mm，高 2900mm，回風(fēng)順槽寬 3500mm，高2900mm，瓦斯尾巷沿頂板掘進(jìn)，回風(fēng)順槽寬3000mm，高2500mm。

二、支護(hù)設(shè)計(jì)

1.設(shè)計(jì)理論依據(jù)

本次巷道支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)以圍巖松動(dòng)圈支護(hù)理論和矩形煤巷相似模擬試驗(yàn)結(jié)果為依據(jù)，根據(jù)井下巷道破壞變形觀察和圍松動(dòng)圈實(shí)測，3110綜放面順槽為大松動(dòng)圈圍巖巷道。對支護(hù)參數(shù)和施工工藝應(yīng)根據(jù)組合拱理論設(shè)計(jì)，支護(hù)形式采用錨網(wǎng)索一體支護(hù)。錨桿為主體構(gòu)件，在圍巖碎脹過程中錨桿受拉并將其拉應(yīng)力轉(zhuǎn)化為對圍巖的壓應(yīng)力，從而使已破裂松動(dòng)的圍巖重新組合起來并形成新的支護(hù)結(jié)構(gòu)體——組合拱。

2.斷面形式與尺寸

3110工作面順槽采用矩形斷面，其中運(yùn)輸順槽寬4.2m，高2.9m，斷面積12.18m2；回風(fēng)順槽寬3.5m，高2.9m，斷面積10.15m2；瓦斯尾巷寬3.0m，高2.5m，斷面積7.5m2。

3.錨網(wǎng)索一體支護(hù)

錨網(wǎng)索支護(hù)結(jié)構(gòu)主要適用于復(fù)雜地質(zhì)開采條件下的巷道支護(hù)，包括厚煤層沿底板掘進(jìn)的煤層頂板、煤巖交替沉積、層厚較薄的復(fù)合頂板和巖體松軟、壓力大的Ⅳ、Ⅴ類巷道圍巖條件，以及巷道斷面加大、位于采空區(qū)側(cè)巷道、孤島開采的工作面兩巷、受構(gòu)造影響區(qū)域的巷道等。

根據(jù)地質(zhì)條件，3110綜放面順槽采用錨網(wǎng)索一體支護(hù)，優(yōu)越性主要體現(xiàn)在：錨網(wǎng)索一體支護(hù)是主動(dòng)支護(hù)結(jié)構(gòu)；在支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)上，加大了組合拱的厚度，且參數(shù)選擇的合理性經(jīng)計(jì)算分析并進(jìn)行驗(yàn)證；提高巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體性，增設(shè)兩幫鋼筋梯和金屬網(wǎng)。

具體支護(hù)參數(shù)如下。

頂板錨桿：錨桿規(guī)格φ20×2200mm，采用單向左旋無縱筋螺紋制作，錨桿的間排距為800mm×800mm，錨桿孔徑為 φ29mm，2卷樹脂藥卷端錨，CK2335和K2335各一卷，錨固長度不小于700mm，錨固力不小于70KN。

兩幫錨桿：采用玻璃鋼錨桿， 規(guī)格為 φ20× 2000mm，錨桿的間排距為800mm×800mm，2卷樹脂藥卷端錨，錨固長度不小于700mm，錨固力不小于70KN。

錨索：F17.8×7500mm，排距為1600mm，錨固長度不小于1000mm，錨固力不小于300KN。

錨桿托盤：頂板托盤采用8×130×130mm的Q235金屬托盤，幫部采用20×150×3500mm大木板。

錨索托盤：10×300×300mm的鋼板。

鋼筋梯：鋼筋梯采用φ14的鋼筋焊接而成，頂板長度為3500mm，幫部長度為2300mm，外寬100mm，中間焊接短肋間距與錨桿間距一致800mm。

金屬網(wǎng)：金屬網(wǎng)規(guī)格為3.8m×1.0m，采用10#鉛絲編織的菱形金屬網(wǎng)（或尼龍網(wǎng)），網(wǎng)格為50×50mm。

4.錨桿間排距設(shè)計(jì)參數(shù)驗(yàn)算

（2）組合拱承載力。組合拱承載力主要取決于錨桿的約束阻力，煤巖體內(nèi)摩擦角，組合拱切向承載力，徑向約束阻力的大小。

（3）錨桿合理參數(shù)確定與驗(yàn)算。錨桿約束力一般與錨桿長度、錨固劑性能、錨固方式、錨桿及鉆孔粗糙度有關(guān)，即與錨桿支護(hù)“三徑”匹配有關(guān)。對于端錨，它的極限值為最大拉拔力。因此：

式中：Qb—錨桿最大拉拔阻力，由現(xiàn)場試驗(yàn)取得，這里取70kN；k’—錨固方式系數(shù)。端錨取1.0；矩形組全拱受外部圍巖應(yīng)力作用，設(shè)為均布荷載q作用，根據(jù)受力平衡，q在組合拱中產(chǎn)生的切向力，式中：W為巷道寬度。根據(jù)圍巖松動(dòng)圈支護(hù)理論，均布載荷q即煤巖體剪張力，與圍巖應(yīng)力和強(qiáng)度有關(guān)，由巖性試驗(yàn)得到。要保證組合拱穩(wěn)定而不受破壞，組合拱承載力應(yīng)大于圍巖荷載產(chǎn)生的切向力。

巷道幫錨桿，由于按側(cè)壓力系數(shù)0.8估算組合拱厚度應(yīng)為1.21m，那么錨桿合理長度應(yīng)為2.0m。顯然，巷道頂板與幫錨桿長度及間排距是合理的。

三、礦壓觀測

1.巷道表面位移測試

通過在巷道的兩幫及頂?shù)装宀贾霉潭ǖ臏y點(diǎn)，測定巷道的兩幫內(nèi)擠量、頂板下沉量、底臌量、頂?shù)装逡平康葏?shù)。表面位移測試在各類巷道中均可布置測點(diǎn)。測點(diǎn)應(yīng)在掘進(jìn)工作面5～6m范圍內(nèi)安設(shè)，鉆直徑42mm、深380mm的孔，將長度為400mm、直徑為42mm的木樁打入孔中，木樁端部安設(shè)環(huán)形鉤測釘。用測線繩和皮卷尺直接量測位移量。

在試驗(yàn)巷道中，共設(shè)4～5個(gè)測試斷面；在巷道不穩(wěn)定期間，可每天測試一次，當(dāng)巷道趨于穩(wěn)定后，可適當(dāng)延長測試的時(shí)間間隔。

2.錨固區(qū)內(nèi)外頂板離層觀測

采用頂板離層觀測儀測試頂板巖層錨固范圍內(nèi)外位移值，一般設(shè)2點(diǎn)（錨固區(qū)內(nèi)外各一點(diǎn)）。

3.效果分析

由監(jiān)測結(jié)果可知：3126順槽煤巷頂?shù)装遄畲笞冃瘟繛?9mm，幫最大變形量為43mm，頂板離層量很小，在20mm范圍內(nèi)，且在20天內(nèi)基本穩(wěn)定。試驗(yàn)段巷道并未發(fā)生的變形及裂縫、斷裂現(xiàn)象，沒出現(xiàn)斷錨桿等異常情況，巷道穩(wěn)定狀況良好。錨網(wǎng)索一體支護(hù)起到了預(yù)期的支護(hù)效果，同時(shí)提高施工速度節(jié)約了投資，說明支護(hù)方案科學(xué)安全可行。

巷道圍巖變形監(jiān)測

四、結(jié)論

1.“矩形錨網(wǎng)+錨索”錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)在沁陽煤礦綜放順槽煤巷支護(hù)中獲得成功。

2.在支護(hù)過程中，采用加固幫角的支護(hù)方法，能較好地控制頂板變形與破壞。

3.采用錨桿支護(hù)，允許巷道發(fā)生一定的變形，巷道圍巖變形與破壞控制在生產(chǎn)允許的范圍之內(nèi)。

4.錨網(wǎng)索支護(hù)能有效控制綜放順槽煤巷圍巖的離層和不協(xié)調(diào)變形，提高了順槽巷道支護(hù)的整體性，保證了礦井的安全生產(chǎn)。

（作者單位：山西蘭花沁陽煤礦有限公司）

（責(zé)任編輯：李元）