13220帶式輸送機巷錨網索聯合支護設計

申虎強

（陜西華電榆橫煤電有限責任公司，陜西 榆林 719000）

1 概況

小紀汗煤礦位于陜西榆林，13220帶式輸送機巷北起13盤區三條大巷，南至井田13盤區南部邊界。13220帶式輸送機巷設計長度4638m，斷面為5.5m×3.8m（寬×高），當煤層厚度小于4.5m時沿煤層頂板掘進，當煤層厚度大于4.5m時，保證底煤厚度不小于500mm前提下可留頂煤掘進。因此，13220帶式輸送機巷局部地段出現托頂煤支護情況，為了保證機巷在大采高強動壓作用下圍巖穩定，對該機巷進行了支護設計。

13220開采2#煤層，煤層厚度在4.7～5.5m之間，傾角1°～3°，煤層底板標高在804～823m，地面標高1242～1243m，煤層節理和層理發育，普氏系數1～3，煤層直接底為3.1～1.01m的粉砂質泥巖。直接頂為2.52～4.17m的粉砂質泥巖，屬不穩定—較穩定（Ⅱ-Ⅲ類）。

2 工程類比法確定支護參數

根據已有的錨網支護經驗和13220帶式輸送機巷生產地質條件，首先采用工程類比法，確定13220帶式輸送機巷錨網索聯合支護技術參數如下：

（1）巷道頂板采用錨網索聯合支護。采用Φ20×2300mmⅡ級螺紋鋼錨桿，間排距為1000mm×1000mm，每排6根；每根錨桿使用1根MSCK23/60型樹脂藥卷，錨桿錨固力不小于100kN，扭矩力不小于100N·m；托盤采用規格為150×150×10mm的Q235蝶形錨桿托盤。頂網采用直徑4.5mm鋼筋網，網格120×120mm，網片搭接寬度120mm，使用14#鐵絲雙股綁扎，綁扎間距不大于300mm。頂板錨索采用規格為Φ21.6mm×6000mm預應力鋼絞線，間排距3000×3000mm， 每 根 錨 索3根MSCK23/60型樹脂藥卷；錨索托盤采用Q235鋼板制作的300×300×14mm蝶形錨索托盤；錨索錨固力不小于180kN，預緊力不小于120kN。

（2）非回采幫采用BHRB335號螺紋鋼錨桿，規格Φ18×1800mm，托盤采用規格為150×150×10mm的Q235蝶形錨桿托盤，錨桿錨固力不小于100kN，扭矩不小于100 N·m，間排距為1000×1000mm。非回采幫幫網選用鋼筋網和8#菱形鐵絲網支護。

（3）回采幫采用全螺紋玻璃鋼復合材料錨桿，桿體、螺母及托盤均為玻璃鋼材質，桿體為全螺紋結構，螺母及托盤為承插式結構，規格為Φ22×2200mm，間排距為1000×1000mm，錨桿錨固力不小于50kN，錨桿扭矩不低于50N·m，每排4根?；夭蓭蛶途W選用礦用阻燃塑料網。

3 支護參數校驗

3.1 錨桿支護設計驗算

（1）錨桿長度。頂錨桿通過懸吊作用，幫錨桿通過加固幫體作用，達到支護效果的條件，應滿足：

式中：

L-錨桿總長度，mm；

L1-錨桿外露長度（10～40mm），取40mm；

L2-有效長度（頂錨桿取圍巖松動圈冒落高度b；幫錨桿取幫破碎深度c，按照下式（2）計算），mm；

L3-錨入巖（煤）層內深度，取1000mm。

式中：

B-巷道掘進寬度，取最大5500mm；

H-巷道掘進高度，取3800mm；

f頂-頂板普氏系數，取5；

ω-兩幫圍巖的內摩擦角，

因此，計算可得頂錨桿長度L頂≥40+645+1000=1685mm，考慮一定安全系數，頂錨桿長度取2300mm；幫錨桿長度L幫≥40+408+1000=1408mm，考慮一定安全系數，回采幫錨桿長度取2200mm，非回采幫錨桿長度取1800mm。

（2）錨桿直徑。錨桿桿體直徑通常根據下式（3）計算：

式中：

Q-錨桿錨固力，頂錨桿和非回采幫錨桿均取100kN，回采幫取50kN；

σt-桿體材料抗拉強度，取335MPa。

（3）錨桿間、排距。錨桿間、排距根據下式（4）計算：

式中：

M-錨桿間、排距，mm；

K-安全系數，取2；

γ-被懸吊巖層的容重，取2.56×9.8kN/m3。

計算可得，頂錨桿間、排距M≤頂錨桿間、排距取1000×1000mm；同理，幫錨桿間、排距取1000×1000mm。

綜上所述，采用工程類比法確定支護參數能夠滿足計算的最高要求。

3.2 錨索支護設計驗算

（1）錨索長度。錨索長度按照下式（5）計算：

式中：

L-錨索總長度，mm；

La-錨索深入到較穩定巖層的錨固長度，mm；

K-安全系數，取2；

d1-錨索直徑，取17.8mm；

fa-錨索抗拉強度，取1860N/mm2；

fc-錨索與錨固劑的粘合強度，取16N/mm2；

Lb-需要懸吊的不穩定巖層厚度，mm；

Lc-托盤及錨具的厚度，mm；

Ld-外露張拉長度，mm。

計算可得La=1035mm，根據《13220帶式輸送機巷輔助運輸巷掘進地質說明書》，需要懸吊的不穩定巖層厚度Lb為4230mm，Lc=34+50=84mm，Ld根據驗收規范最大取300mm，因此，錨索總長度帶入計算=1035+3140+84+300=4559m，考慮一定安全系數錨索長度取6000mm。

（2）錨索間、排距。錨索間排距應結合錨索預緊力選取，以求與錨桿形成骨架網狀預應力結構。但是，錨索支護密度不宜過大，否則會顯著增加巷道支護成本，影響成巷速度。其間排距L可以按照下式計算。

式中：

L-錨索排距，m；

B-巷道最大冒落寬度，取5500mm；

H-巷道最大冒落高度，最大取錨桿長度2300mm；

L1-錨桿排距，取1000mm；

F2-錨索極限承載力，取210kN；

θ-角錨桿與巷道頂板的夾角，取75°；

n-錨索排數，取2。

因此，計算可得錨索間、排距L不大于3.38m，取3.0m。

綜上所述，根據頂板實際情況，錨索采用Φ21.6mm的鋼絞線，長度6000mm，間排距為3000×3000mm，符合公式驗算要求。

4 支護效果

在13220帶式輸送機巷掘進期間和回采期間進行了礦壓觀測，結果表明：掘進期間巷道頂底板移近量和兩幫移近量均不超過50mm，頂板離層基本為0；回采期間頂底板移近量不超過100mm，局部出現片幫但未影響工作面正?；夭?。