伯方煤礦回采巷道支護設(shè)計優(yōu)化研究

秦 浩 周 宇 韓慧棟

（山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司伯方煤礦分公司，山西 高平 048400）

1 工程概況

伯方煤礦3205綜放工作面位于該礦二盤區(qū)的左翼，北部為3207工作面（已采），南部為3203工作面（已采），東部為二盤區(qū)回風(fēng)及軌道巷，西部為實體煤。工作面走向長度為1380m，傾斜長度160m，回采3#煤層，煤層賦存穩(wěn)定，煤層結(jié)構(gòu)簡單，煤層厚度5.47m，煤層傾角2°～6°，層理、節(jié)理中等發(fā)育，煤層硬度f=1.5～2。煤層直接頂為1.12m厚黑灰色泥巖，基本頂為4.5m厚深灰色中粒砂巖，直接底為1.6m厚黑灰色細砂巖，基本底為4.32m厚灰黑色砂質(zhì)泥巖。

2 錨桿支護參數(shù)設(shè)計

2.1 頂板錨桿支護設(shè)計

2.1.1 錨桿材質(zhì)與長度確定

由于全螺紋等強錨桿屬于右旋錨桿，如施工質(zhì)量不能保證，錨桿的錨固力不能得到保證。根據(jù)3#煤巷道頂?shù)装鍡l件，為保證巷道頂板安全，此次設(shè)計采用麻花式樹脂錨桿。按平衡拱理論，由公式L=N×(1.1+W/10)計算得出錨桿的長度為1.65m，由于施工時受施工技術(shù)條件的限制，根據(jù)經(jīng)驗法取錨桿長度2m。施工過程中為了保證錨桿盡快獲得錨固力，提高掘進速度，設(shè)計采用CK型和Z型規(guī)格的錨固劑，凝膠時間0.5～2min，固化時間≤5min。

2.1.2 頂板支護錨桿參數(shù)設(shè)計

頂錨桿通過懸吊作用，達到支護效果的條件，應(yīng)滿足：L≥L1+L2+L3=1607.9mm，由于選取的頂錨桿長為2200mm，滿足設(shè)計要求。根據(jù)“三徑”匹配要求，錨桿鉆孔直徑與樹脂錨固劑直徑之差為3～5mm，目前常用的錨桿鉆孔孔徑為26～32mm，考慮經(jīng)濟因素，鉆孔小，成本相應(yīng)低。考慮施工機具因素，為減少樹脂用量，取鉆孔孔徑為Φ28mm，樹脂錨固劑長度直徑Φ23mm，符合設(shè)計要求。按錨桿懸吊作用計算，考慮桿體的抗拉強度、巖體容重、安全系數(shù)、巷道頂板巖體破碎帶高度以及錨桿桿體的直徑，運輸順槽頂錨桿的間排距確定為800mm×900mm。

根據(jù)以上分析，3號煤層運輸順槽頂板采用Φ20mm長度2.2m左旋無縱筋高強螺紋錨桿，采用端錨錨固，鉆孔直徑28mm，每個錨桿孔內(nèi)裝一支CK2335超快速藥卷，兩支Z2360中速藥卷，運輸順槽頂錨桿的間排距確定為900mm×800mm，頂錨桿數(shù)量每排6根。

2.2 幫部錨桿支護參數(shù)設(shè)計

2.2.1 錨桿材質(zhì)與長度確定

由于巷道幫部支護效果對于頂板穩(wěn)定性起到至關(guān)重要的作用，為確保兩幫的穩(wěn)定性，給頂板維護創(chuàng)造有利環(huán)境，幫錨桿負幫采用可回收賬套錨桿，錨桿直徑為16mm，長度為1.8m，不采用錨固劑。

2.2.2 幫部支護錨桿參數(shù)設(shè)計

為達到支護效果的條件，幫部支護錨桿應(yīng)滿足：L≥L1+L2+L3=1323.62mm，由于選取的錨桿長為1800mm，滿足設(shè)計要求。按桿體承載力與錨固力等強度的原則，根據(jù)錨桿的錨固力和錨桿桿體承載力計算，考慮一定的安全系數(shù)，兩幫錨桿直徑確定分別為16mm、18mm，能滿足要求。鉆孔孔徑Φ23mm，符合設(shè)計要求。按錨桿懸吊作用計算，考慮桿體的抗拉強度、巖體容重、安全系數(shù)、巷道頂板巖體破碎帶高度以及錨桿桿體的直徑，運輸順槽幫錨桿的間排距確定為800×900mm。

根據(jù)以上分析，3號煤層巷道正幫采用Φ18mm長度1.8m脹套錨桿，采用自膨脹錨固，鉆孔直徑23mm，負幫采用Φ16mm長度1.8m麻花式樹脂錨桿，鉆孔直徑23mm，運輸順槽幫錨桿的間排距確定為800mm×900mm，數(shù)量確定為正幫3根，負幫3根。

3 回采巷道錨桿錨索支護技術(shù)

3.1 頂板支護

錨桿布置：錨桿端部錨固，矩形對稱布置，頂錨桿規(guī)格為Φ20×2200mm鋼筋錨桿，從距巷道兩幫頂角處開始布置，間排距為800×900mm，頂錨桿每排6根；錨索布置：錨索規(guī)格為Φ17.8×8300mm，從距巷道中心處1250mm開始布置，間排距為1800×1800mm，每排2根；樹脂錨固劑：頂錨桿所用樹脂規(guī)格為CK2335一卷、Z2360兩卷；W鋼帶布置：W鋼帶型號為0.23×3m，采用錨索固定；錨網(wǎng)布置：頂網(wǎng)采用12#鐵絲編制而成，網(wǎng)孔為50×50mm，規(guī)格5m×1m鐵絲網(wǎng)支護，網(wǎng)片與網(wǎng)片之間搭接寬度為200mm，并用22#鐵絲捆綁，捆綁間距為50mm。

3.2 巷幫支護

3.2.1 負幫支護

錨桿布置：膠運順槽負幫使用Φ18×1800mm的鋼筋錨桿，從巷幫頂角處開始布置，錨桿間排距為800×900mm，每幫3根；錨網(wǎng)布置：網(wǎng)片規(guī)格為1000×5000mm金屬網(wǎng)支護。

3.2.2 正幫支護

錨桿布置：膠運順槽正幫使用Φ16×1800mm自膨脹錨桿，從巷幫頂角處開始布置，800×900mm，每幫3根；錨網(wǎng)布置：網(wǎng)片規(guī)格為1000×5000mm金屬網(wǎng)支護。支護方案如下圖1所示。

圖1 順槽支護方案（單位：mm）

4 3#煤層回采巷道支護設(shè)計優(yōu)化

頂板錨桿：運順順槽頂板錨桿規(guī)格為鋼筋錨桿Φ20mm×2200mm，間排距為800mm×900mm，考慮到錨網(wǎng)布置問題，故每排布置6根。安全因素取1.8，每排距（0.9m×5.5m）頂板載荷為249.48kN，頂錨桿樹脂錨固劑安全因素取3，按泥巖與錨固劑的粘結(jié)強度5.5MPa考慮，樹脂錨固劑長度為300mm，錨固長度為345mm，每根錨桿提供的錨固力為55.6kN，每1m排距頂錨桿提供的錨固力為333.66kN，遠大于249.48kN。

錨索：運輸順槽錨索間排距由原設(shè)計的Φ15.24mm×8300mm，經(jīng)過方案對比優(yōu)化為Φ17.8mm×8300mm。錨索間排距由原設(shè)計的“1.5m×1.8m，每排3根”優(yōu)化為“錨索間排距為1.8m×1.8m，每排2根”。安全因素取1.5，每2m排距（1.8m×5.5m）頂板載荷為693kN，錨索樹脂錨固劑安全因素為3，按泥巖與錨固劑的粘結(jié)強度5.5MPa考慮，樹脂錨固劑長度為900mm，錨固長度為2151.51mm，每根錨索提供的破斷力為346.79kN，每排距錨索提供的破斷力為693.58kN。

幫錨桿：（1）正幫錨桿規(guī)格為玻璃鋼錨桿Φ18×1800mm，間排距由原設(shè)計的1150×1000mm，校核為800×900mm，錨桿數(shù)量由原設(shè)計的每幫4根優(yōu)化為每幫3根。安全因素取1.5，每0.9m排距巷幫載荷為173.62kN，正幫錨桿樹脂錨固劑安全因素取3，按膨脹錨桿強度2MPa考慮，每排距正幫錨桿提供的錨固力為189.84kN。（2）負幫錨桿規(guī)格由原設(shè)計的Φ18×2000mm校核為鋼筋錨桿Φ16×1800mm，間排距由原設(shè)計的1150×1000mm，校核為800×900mm，錨桿數(shù)量由原設(shè)計的每幫4根優(yōu)化為每幫3根。安全因素取1.5，每1.15m排距巷幫載荷為173.62kN，負幫錨桿樹脂錨固劑安全因素取3，按膨脹錨桿強度2MPa考慮，每0.9m排距正幫錨桿提供的錨固力為183.74kN。

5 結(jié)論

通過對伯方煤礦回采巷道支護優(yōu)化設(shè)計，采用優(yōu)化后的巷道支護設(shè)計后，錨桿預(yù)緊力都有較大提升，順槽及兩幫都得到了良好的支護，經(jīng)過詳細的強度校核，設(shè)計方案滿足支護的強度要求，達到了強度標(biāo)準，優(yōu)化后的支護能夠有效發(fā)揮支護效果，較好地控制圍巖變形。優(yōu)化后的煤層支護設(shè)計不僅滿足了安全生產(chǎn)的要求，同時提高了掘進效率，降低了支護費用，有助于實現(xiàn)安全高產(chǎn)高效礦井建設(shè)。