薛武濤

（山西省陽泉固莊煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 陽泉 045000）

巷道圍巖的穩(wěn)定控制是保證礦井高效開采的關(guān)鍵因素，目前巷道圍巖控制主要以錨網(wǎng)為核心的主動支護(hù)和以型鋼為核心的被動支護(hù)技術(shù)為主[1-6]。

1 概況

固莊煤業(yè)15709 工作面位于15 號煤二采區(qū)東翼，西部為15501 工作面采空區(qū)，東部為里龍光峪煤礦，南部為15203、15204 工作面采空區(qū)，北部為村莊保護(hù)煤柱。15709運(yùn)輸巷服務(wù)于15709工作面，巷道斷面設(shè)計為矩形，尺寸為5.5 m×3.0 m，巷道沿15 號煤層頂板掘進(jìn)。15709 工作面區(qū)域煤層厚度6.55～7.16 m，平均6.86 m，煤層傾角3°～6°，平均5°，煤層普氏系數(shù)2～3，節(jié)理、層理發(fā)育。煤層基本頂為K2 灰?guī)r，厚度7.4 m，含方解石，質(zhì)不純；直接頂為黑色頁巖，厚度3.7 m，含黃鐵礦，動物化石，鈣質(zhì)碳質(zhì)；基本底為灰色砂巖，厚度2.3 m，含黃鐵礦，有部分頁巖。

2 15709 運(yùn)輸巷支護(hù)參數(shù)設(shè)計

根據(jù)15709 運(yùn)輸巷頂、底板地質(zhì)條件，巷道直接頂為頁巖，厚度3.7 m，老頂為K2 灰?guī)r，厚度7.4 m，屬堅硬頂板，宜采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)。

2.1 支護(hù)參數(shù)初步選擇

根據(jù)鄰近巷道支護(hù)現(xiàn)狀與巷道工程地質(zhì)條件，進(jìn)行了15709 運(yùn)輸巷錨桿索參數(shù)的初步選擇，具體如下：頂錨桿使用直徑22 mm、長度2400 mm、鋼號335 的專用鋼材制作而成，幫錨桿使用直徑20 mm、長度2000 mm、鋼號335 的專用鋼材制作而成，間排距900 mm×900 mm、800 mm×900 mm；頂錨索采用直徑21.8 mm、長度8500 mm 的鋼絞線，間排距2000 mm×1800 mm。

2.2 錨桿索支護(hù)參數(shù)校核

（1）錨桿支護(hù)參數(shù)校核

① 錨桿長度校核

頂錨桿主要作用為懸吊，幫錨桿主要作用為加固幫體，錨桿長度L應(yīng)滿足以下公式[6]：

式中：l1表示錨桿實(shí)際外露長度，一般0.1～0.15 m，取0.1 m；l2表示錨桿有效支護(hù)長度，頂錨桿取頂板冒落高度，取1.2 m，幫錨桿取煤幫破碎深度，取0.8 m；l3表示錨固長度，取1.0 m。經(jīng)計算頂錨桿不低于2.2 m，幫錨桿長度不低于1.9 m，設(shè)計采用的頂錨桿長度2.4 m，幫錨桿長度2.0 m，滿足要求。

② 錨桿直徑校核

根據(jù)桿體承載能力與錨固力校核，錨桿直徑應(yīng)滿足以下公式[6]：

D=1.13（Q/σ）0.5（2）

式中：Q表示錨桿錨固力，設(shè)計取130 kN；σ表示錨桿桿體抗拉強(qiáng)度，設(shè)計取490 MPa。計算得到D=18.41 mm，設(shè)計采用的頂幫錨桿直徑分別為22 mm、20 mm，滿足要求。

③ 錨桿間排距校核

采用懸吊理論計算校核，錨桿間排距n應(yīng)滿足以下公式[6]：

n≤（Q/khγ）0.5（3）

式中：Q表示錨桿錨固力，設(shè)計取130 kN；γ表示巖層容重，設(shè)計取2600 kg/m3；k表示安全系數(shù)，設(shè)計取3.0；h表示頂板冒落高度，設(shè)計取1.2 m。經(jīng)計算n≤1179 mm，設(shè)計采用的頂錨桿間排距900 mm×900 mm，幫錨桿間排距700 mm×900 mm，滿足校核要求。

綜上所述，設(shè)計的錨桿支護(hù)參數(shù)可以滿足固莊煤業(yè)15709 運(yùn)輸巷圍巖支護(hù)的要求。

（2）錨索支護(hù)參數(shù)校核

① 錨索長度校核

采用懸吊理論校核錨索長度，錨索長度L需滿足以下公式[6]：

L=l1+l2+l3+l4（4）

式中：l1表示錨索錨固長度，應(yīng)滿足l1≥K（DF1/4F2）（K表示安全系數(shù)，設(shè)計取2.0；D為錨索直徑，設(shè)計取22 mm；F1表示錨索抗拉強(qiáng)度，設(shè)計取1860 MPa；F2表示錨索錨固強(qiáng)度，設(shè)計取10 MPa），經(jīng)計算l1≥2046 mm；l2表示需要錨索有效長度，根據(jù)頂板巖性確定，設(shè)計取6000 mm；l3表示托盤鎖具長度，設(shè)計取68 mm；l4表示外露長度，設(shè)計取250 mm。經(jīng)計算L=8364 mm，頂錨索長度設(shè)計8.5 m，滿足要求。

② 錨索數(shù)量校核

采用懸吊理論校核錨索數(shù)量，每排錨索的數(shù)量S應(yīng)滿足以下公式[6]：

式中：K表示安全系數(shù)，取2.0；W表示懸吊頂板巖層的重量，W=ahγd（a表示巷道寬度，設(shè)計取5500 mm；h表示懸吊頂板巖層的厚度，設(shè)計取2000 mm；γ表示巖層容重，設(shè)計取2600 kg/m3；d表示錨索排距，設(shè)計取1800 mm），經(jīng)計算W=515 kN；P表示錨索的破斷載荷，設(shè)計取583 kN，經(jīng)計算S=1.77，設(shè)計采用的頂板錨索間排距為2000 mm×1800 mm，每排2 根，滿足校核要求。

綜上所述，采用錨索支護(hù)參數(shù)可以滿足固莊煤業(yè)15709 運(yùn)輸巷圍巖支護(hù)的要求。

2.3 支護(hù)參數(shù)設(shè)計

基于上述校核結(jié)果，15709 運(yùn)輸巷頂板采用錨網(wǎng)索帶聯(lián)合支護(hù)，巷幫采用錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，如圖1，具體如下：

圖1 巷道支護(hù)斷面圖（mm）

（1）頂錨桿使用直徑22 mm、長度2400 mm、鋼號335 的專用鋼材制作而成，間排距900 mm×900 mm， 每 排 布 置7 根， 配 套150 mm×150 mm×10 mm 的高強(qiáng)度拱形托板、1 支MSCKbMSK23100 雙速樹脂錨固劑錨固，預(yù)緊力矩不低于280 N·m，采用型號BHW235/280-4 的W鋼帶連接；頂錨索采用直徑21.8 mm、長度8500 mm 的鋼絞線，間排距2000 mm×1800 mm，每排2 根，配套300 mm×300 mm×16 mm 高強(qiáng)度拱形托板、1 支MSCKbMSK23120 雙速樹脂錨固劑錨固，金屬網(wǎng)采用4 號鋼筋編制的經(jīng)緯網(wǎng)，規(guī)格2200 mm×1100 mm。

（2）幫錨桿使用直徑20 mm、長度2000 mm、鋼號335 的專用鋼材制作而成，間排距800 mm×900 mm，每排4 根，配套150 mm×150 mm×10 mm 的高強(qiáng)度拱形托板、1 支MSCKbMSK23100 雙速樹脂錨固劑錨固，金屬網(wǎng)采用8#鐵絲編制的菱形網(wǎng)，規(guī)格2600 mm×1100 mm。

3 控制效果分析

將設(shè)計的支護(hù)參數(shù)應(yīng)用于15709 運(yùn)輸巷掘進(jìn)，同時監(jiān)測15709 運(yùn)輸巷圍巖變形情況，監(jiān)測結(jié)果如圖2。由圖2 可知，巷道掘進(jìn)至穩(wěn)定歷經(jīng)4 個月左右（120 d），巷道頂?shù)装謇塾嬜冃瘟考s113 mm，兩幫累計變形量約75 mm。其中巷道掘進(jìn)0～80 d時間內(nèi)，變形速度相對較快，該階段巷道頂?shù)装遄冃嗡俣仍?.9～1.65 mm/d 范圍，兩幫變形速度在0.45～1.05 mm/d 范圍。整體來看，15709 運(yùn)輸巷變形量較小，表明了設(shè)計的支護(hù)參數(shù)合理性較好，有效控制了圍巖變形。

圖2 巷道圍巖變形曲線圖

4 結(jié)論

以錨網(wǎng)為核心的主動支護(hù)技術(shù)廣泛應(yīng)用于煤礦巷道中，以15709 運(yùn)輸巷生產(chǎn)地質(zhì)條件為背景，初步選擇了錨桿索參數(shù)，采用懸吊理論校核了相關(guān)的主要參數(shù)，基于此，具體設(shè)計了15709 運(yùn)輸巷支護(hù)技術(shù)與參數(shù)。現(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果顯示，15709 運(yùn)輸巷掘進(jìn)至穩(wěn)定歷經(jīng)4 個月左右，巷道穩(wěn)定后，頂?shù)装謇塾嬜冃瘟考s113 mm，兩幫累計變形量約75 mm，表明設(shè)計的支護(hù)技術(shù)和參數(shù)有效控制了固莊煤業(yè)15709 運(yùn)輸巷圍巖變形。