摘 要：鑒于工作面支護(hù)效果對(duì)綜采工作面安全生產(chǎn)的重要性，在說(shuō)明錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)原則的基礎(chǔ)上，分析了新大地某工作面原支護(hù)方案所存在的問(wèn)題，根據(jù)實(shí)際情況對(duì)該工作面的支護(hù)方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并將優(yōu)化后的支護(hù)方案應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中進(jìn)行驗(yàn)證。經(jīng)驗(yàn)證可知，優(yōu)化后的支護(hù)方案對(duì)頂板下沉量和兩幫收斂量具有極大的改善效果。

關(guān)鍵詞：工作面;支護(hù);錨桿;效果;驗(yàn)證

0 引言

影響煤炭產(chǎn)量及生產(chǎn)效率的因素眾多，主要包括有煤炭綜采工作面大型機(jī)電設(shè)備的自動(dòng)化程度、綜采工作面的支護(hù)效果以及采煤技術(shù)等。就綜采工作面的支護(hù)而言，錨桿支護(hù)技術(shù)較其他支護(hù)技術(shù)已經(jīng)處于領(lǐng)先，而且錨桿支護(hù)技術(shù)為將來(lái)綜采工作面支護(hù)的發(fā)展方向。合理的支護(hù)設(shè)計(jì)是礦井安全生產(chǎn)的前提，不僅能夠提高煤炭產(chǎn)量，而且還能夠保證作業(yè)人員的安全。支護(hù)設(shè)計(jì)的合理性和可行性一方面取決于支護(hù)理論的先進(jìn)性，另一方面與工作面圍巖、煤層以及工作面地質(zhì)、水文條件相關(guān)。因此，綜采工作面巷道圍巖的支護(hù)設(shè)計(jì)是技術(shù)人員在不斷創(chuàng)新、實(shí)踐、再創(chuàng)新的努力下不斷完善而成，使其符合工作面的圍巖、煤層的特征，為取得良好的支護(hù)效果提供基礎(chǔ)。本文以應(yīng)用最廣泛的錨桿支護(hù)技術(shù)為研究對(duì)象，以新大地運(yùn)輸順槽為載體，針對(duì)其所存在的支護(hù)問(wèn)題對(duì)原有支護(hù)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化并對(duì)優(yōu)化后的支護(hù)效果進(jìn)行分析。

1 錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)原則

簡(jiǎn)單地說(shuō)，工作面支護(hù)的主要目的是控制圍巖的變形。新大地運(yùn)輸順槽所采用的支護(hù)方式為錨桿支護(hù)，為確保優(yōu)化后的支護(hù)效果有明顯提升并滿(mǎn)足實(shí)際生產(chǎn)的需求，在優(yōu)化過(guò)程中也需遵循錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)的原則。

1.1 高強(qiáng)支護(hù)原則

設(shè)計(jì)時(shí)需確保錨桿具有足夠的抗拉強(qiáng)度、預(yù)應(yīng)力和錨固力。為保證巷道圍巖的承載能力，需提升錨桿的自主支護(hù)能力，即便在實(shí)際支護(hù)中錨桿出現(xiàn)變形，也要求錨固段處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。

1.2 柔性讓壓原則

由于巷道圍巖的強(qiáng)度較低，一旦有來(lái)壓，其塑形變形較大。當(dāng)采用錨桿支護(hù)方式時(shí)無(wú)法滿(mǎn)足圍巖變形大的要求，從而失去錨桿應(yīng)有的支護(hù)效果。因此，針對(duì)軟巖巷道應(yīng)選擇高強(qiáng)度高延伸率的錨桿，使得錨桿能夠?qū)崿F(xiàn)主動(dòng)支護(hù)的效果。

1.3 三位一體原則

工作面中兩肩角、兩幫角應(yīng)力集中的現(xiàn)象較為嚴(yán)重。因此，設(shè)計(jì)錨桿支護(hù)的相關(guān)參數(shù)時(shí)應(yīng)將頂板、兩幫以及底板之間的相互影響考慮到其中，尤其是兩肩角和兩幫角的支護(hù)為關(guān)鍵。

2 順槽原有支護(hù)分析

2.1 工作面概述

所研究礦井的生產(chǎn)能力為60萬(wàn)t/a，目前主要開(kāi)采4號(hào)煤層和5號(hào)煤層。其中，4號(hào)煤層屬于薄煤層;5號(hào)煤層的平均厚度為5.08m。本文所研究的工作面長(zhǎng)度為713m，傾向長(zhǎng)度為146m，工作面直接頂為泥巖，老頂為砂巖。其中的順槽為矩形斷面，斷面高為3.2m，寬為5m，工作面煤層傾角范圍為2°～5°。運(yùn)輸順槽的頂板為層狀復(fù)合頂板，煤層上巖體為軟硬交替層狀巖石，并伴有少量煤矸石。在實(shí)際開(kāi)采過(guò)程中，該工作面受地質(zhì)條件、相關(guān)支護(hù)參數(shù)的影響，出現(xiàn)了巷道頂板下沉、兩幫收縮以及支護(hù)體被破壞的現(xiàn)象。

2.2 原有支護(hù)分析

該工作面采用的支護(hù)方式為錨桿支護(hù)，其頂板和兩幫的原支護(hù)參數(shù)如下：

2.2.1 頂板支護(hù)參數(shù)

錨桿間的排距為1000mm×1500mm，每排共有4根錨桿。所選錨桿為左旋無(wú)縱筋螺紋鋼筋，直徑為20mm，長(zhǎng)度為2m;采用兩支不同規(guī)格的樹(shù)脂藥卷固定，一支型號(hào)規(guī)格為K2335，另一支規(guī)格為K2360。錨索間的排距為1000mm×3000mm;所選錨索為鋼絞線(xiàn)錨索，直徑為18.9mm，長(zhǎng)度為7300mm;錨索采用三支樹(shù)脂藥卷進(jìn)行固定，一支型號(hào)為K2335，另外兩支型號(hào)為K2360;錨索托梁采用長(zhǎng)度為0.5m的工字鋼，垂直不至于巷道中。

2.2.2 兩幫支護(hù)參數(shù)

錨桿排距為1500mm，錨桿與錨桿之間的距離為1000mm，每排共有3根錨桿;所選錨桿的類(lèi)型為左旋螺紋錨桿，直徑為18mm，長(zhǎng)度為1800mm;采用兩支規(guī)格型號(hào)為K2360的樹(shù)脂藥卷進(jìn)行固定。

2.3 原支護(hù)方案下順槽變形

本文通過(guò)工作面日常生產(chǎn)中頂板的相對(duì)位置進(jìn)行記錄，得出頂板下沉的監(jiān)測(cè)結(jié)果以及頂板下沉速度。

分析可知，工作面開(kāi)采到第12d后頂板的變形逐漸趨于穩(wěn)定，即開(kāi)采12d后頂板的下沉量趨于最大;分析可知，開(kāi)采的第2d頂板的下沉速度最大。造成上述現(xiàn)象的主要原因?yàn)橹ёo(hù)抵抗頂板垂直載荷的效果較差，導(dǎo)致工作面頂板的下沉量較大。因此，需對(duì)工作面運(yùn)輸槽的原有支護(hù)方案進(jìn)行優(yōu)化并改進(jìn)。

3 工作面支護(hù)參數(shù)的優(yōu)化

3.1 順槽錨桿支護(hù)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

由于錨桿固定時(shí)外露的長(zhǎng)度要求為0.1m，錨桿的有效長(zhǎng)度為1.8m。因此，錨桿的總長(zhǎng)度最短為1.9m。錨桿進(jìn)入巖層內(nèi)的深度為500mm，故設(shè)計(jì)錨桿長(zhǎng)度為2.5m。

所選錨桿為直徑20mm的左旋螺紋鋼錨桿，根據(jù)該型號(hào)錨桿的相關(guān)參數(shù)計(jì)算得出錨桿承受煤體的重力，如式（1）所示：

G=kγDS （1）

式中：

G代表錨桿承受煤體的重力;

k代表動(dòng)壓影響系數(shù)，k=0.0184;

D代表錨桿的排距，取D=3.3m;

S代表冒落包絡(luò)線(xiàn)內(nèi)巖體的截面積，S=1.8m2;

γ代表頂板巖體的容重，取γ=2kN/m3。

將上述參數(shù)帶入式（1）得：錨桿所承受煤體的重力為173.55kN。

由于所選錨桿的屈服強(qiáng)度為65kN，則每排錨桿的根數(shù)為173.55/65=4.67。則，取每排錨桿的根數(shù)為5根。

綜上所述，該工作面順槽的支護(hù)參數(shù)如下：每排錨桿數(shù)量為5根，錨桿選用直徑為20mm的左旋螺紋鋼錨桿，且錨桿間排距為900mm×1400mm。

根據(jù)上述錨桿的選型，根據(jù)錨索計(jì)算得出錨索的參數(shù)優(yōu)化結(jié)果：所選的錨索為直徑為20mm低松弛鋼絞線(xiàn)，型號(hào)為L(zhǎng)8300;錨索間的排距為1600mm×1400mm，錨固長(zhǎng)度為1.5m。

3.2 優(yōu)化效果分析

將優(yōu)化后的支護(hù)方案應(yīng)用于工作面順槽中，并對(duì)應(yīng)用后的效果進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)。除了對(duì)頂板下沉量進(jìn)行監(jiān)測(cè)外，還對(duì)兩幫的收斂情況進(jìn)行了對(duì)比分析，如表1所示。分析表1可知，對(duì)原支護(hù)方案進(jìn)行優(yōu)化后，在開(kāi)采過(guò)程中頂板的下沉量、兩幫收斂量?jī)身?xiàng)數(shù)據(jù)均有很大的改善，說(shuō)明優(yōu)化后的支護(hù)方案支護(hù)效果極佳。

4 結(jié)語(yǔ)

工作面的支護(hù)效果直接決定綜采工作面生產(chǎn)的安全性，進(jìn)而決定著綜采工作面的生產(chǎn)效率。在實(shí)際開(kāi)采中，應(yīng)綜合考慮工作面的地質(zhì)條件、水文條件、煤層特征等因素，確保所設(shè)計(jì)的支護(hù)方案能夠達(dá)到最佳的支護(hù)效果，為礦井安全、高效生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王國(guó)法.工作面支護(hù)與液壓支架技術(shù)理論體系[J].煤炭學(xué)報(bào)，2014，39（8）：1593-1601

作者簡(jiǎn)介：

李志杰（1978- ），男，山西和順人，學(xué)歷：大專(zhuān)，畢業(yè)于陽(yáng)泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院，助理工程師，從事采煤技術(shù)管理工作。