8103高抽巷支護設計與掘進施工實踐

豐 杰

（同煤集團永定莊煤業公司，山西 大同 037003）

永定莊煤業隨著開采的逐漸深入，工作面面臨著瓦斯問題，影響了礦井安全生產。布置高抽巷是一種有效進行瓦斯抽放的方式，高抽巷抽放量大，實踐效果好，隨著回采強度的不斷加大，裂隙形成也就越好，為瓦斯防治工作帶來積極作用。因此，永定莊煤業決定采用掘進高抽巷道的方法進行瓦斯抽放。

1 巷道概況

8103工作面高抽巷位于15-2#層盤區，用于15-2#層盤區8103工作面排瓦斯使用，長度1265m。8103高抽巷施工時由盤區皮帶巷設計位置開口，先從盤區皮帶巷工作面側高于盤區皮帶巷底板1m開口，掘至盤區回風巷工作面側2m，再以6°的坡度向前掘進至15-2#層頂板，然后沿穩定巖層施工。8103高抽巷通過15-2#層回風巷下方時，提前在交叉點2m處架設工字鋼棚或采用錨索鋼梁支護形式，棚距不大于0.5m。巷道布置示意圖如圖1所示。

圖1 8103高抽巷布置示意圖

2 支護參數設計

2.1 錨桿參數設計

（1）支護材料的選擇依據

按錨桿支護加固原理確定錨桿參數，選取15-2#層8103高抽巷掘進寬度為3.6m，確定錨桿支護參數，具體計算過程如下：

錨桿長度：

式中：

L-錨桿長度，m；

W-巷道跨度，取3.6m；

N-圍巖穩定影響系數，取1.2。

所以L=1.752m＜2.4m，故選用2.4m長的錨桿即可滿足使用需求。

故選用直徑為22mm的錨桿。為了加強支護效果，選用直徑22mm、長度2.4m的錨桿合格。

（2）按加固拱原理確定錨桿整體參數

為了在圍巖中形成一定厚度的加固拱，錨桿長度應不小于兩倍錨桿間距。

所以取0.9m。

（3）按錨桿單體承載，懸吊作用驗算

式中：

A-錨栓間距，取0.9m；

B-錨栓排距，取0.9m；

C-錨栓錨固巖厚，取1.8m；

V-巖體比重，取2.6t/m3。

故G=3.7908t＜8t。因每根Φ22mm×2400mm的螺紋鋼錨桿實測錨固力不小于8t，所以規程規定的排間距布置能滿足使用要求。

（4）頂板壓力估算

按設計錨桿長2.4m，直徑22mm，錨固力每根8t，按實際承載力Q不小于8t計算，N為驗算區內共布置錨桿的數量，驗算區長度取3.6m，4排16根錨桿，錨桿錨固部分下部的軟弱巖石重量為：

式中：

K-驗算區長度，取3.6m；

D-巷道跨度，取3.6m；

H-軟弱巖層厚度（H=L-L1-L2），m；

L1-錨桿錨固深度，取0.95m；

L2-錨桿外露長度，取0.1m；

L-錨桿長度，取2.4m；

V-懸吊巖層比重，取2.6t/m3。

Q1=K·H·D·V=45.489t

Q＞45.489t

（5）錨桿錨固形式

① 頂錨桿采用快速樹脂藥與中速樹脂藥配合進行錨固。上藥順序為：先上一卷K-2335樹脂藥，再上一卷Z-2360樹脂藥。

② 頂錨桿錨固長度：

式中：

L-錨固長度，mm；

L1-樹脂藥長度，350+600=950mm，取950mm；

R-鉆孔半徑，取14mm；

R1-樹脂藥半徑，11.5mm；

R2-錨桿半徑，11mm。

③ 三徑合理匹配值：規范規定樹脂錨固劑直徑比鉆孔直徑小4～8mm為宜。鉆孔直徑應比錨桿桿體直徑大6～10mm。錨桿桿體直徑取22mm，鉆孔直徑取28mm，樹脂藥直徑取23mm均較為合理。故使用Ф22×2400mm的螺紋鋼錨桿，間距為0.9m，排距為0.9m的支護方式能滿足支護要求。

2.2 錨索參數設計

考慮到15-2#層地質條件復雜，本巷掘進過程中圍巖裂隙較發育，弱面較多，為提高頂板支護可靠程度，利用錨索深懸吊原理對頂板進行加強支護。

（1）錨索長度的確定

為了加強錨固體的強度，減少煤巖頂板冒落，采用預應力錨索作加強支護，采用低松弛、高強度鋼絞線，該鋼絞線的最低破斷載荷230kN，應用懸吊理論進行參數計算:

L-錨索長度，m；

L1-錨索外露長度，取0.25m；

L2-巷道頂板潛在破壞范圍，取2.5m；

L3-錨索伸入穩定巖層長度，按經驗選取1.5m。

計算得：L=4.25m。

結合施工巷道頂板巖性及煤層厚度，確定錨索長度為4.5m，Φ17.8mm。要求錨索在煤層頂板中的錨固長度不小于1.5m。如果錨索在穩定巖層中的錨固長度小于1.5m時，應根據實際情況增加錨索長度。

（2）錨索排數及錨固力設計的確定

錨索根據《2015-15-2#-05》設計確定為兩排，排、間距為2700×1800mm，在施工過程中錨索預緊力應達到120kN。通過上述關于錨桿、錨索的支護論證可知，15-2#層北部盤區8103高抽巷選用Ф22×2400mm的螺紋鋼錨桿和Ф17.8×4500mm的錨索聯合支護可有效支護頂板。支護設計方案如圖2所示。

3 支護方式選擇

3.1 永久支護

頂板采用錨桿錨索聯合支護的形式作為永久支護。按上述計算選型，可以控制最大冒落范圍內頂板垮落。同時在巷道兩肩角處按排距1.8m，水平夾角75°施工角錨桿，頂錨桿排、間距為900mm×900mm，錨索排、間距為2700mm×1800mm。當巷道寬度超過設計寬度40cm時，在頂板超寬處補打錨桿，按排距為0.9m布置，如施工巷道頂板破碎、有壓力或遇特殊地質構造時，應縮小錨桿及錨索的排、間距，并制定專項措施。

采用機掘作業時，永久支護緊跟工作面，每次割刀前，錨桿支護與工作面距離不得大于0.9m（最小控頂距）；每次割刀后，最大控頂距不得大于最小控頂距加一個截割進度0.8m（最大控頂距為1.7m），且這段距離必須使用臨時支護。

圖2 巷道支護方案

3.2 臨時支護

（1）放炮使用絲杠前探支護。前探梁采用12#槽鋼，工作面用4根，并備用1根，每根長為4m。吊塊用10mm厚鋼板加工而成。吊塊按尺寸共設計三組孔，孔徑為Ф20mm，共用12塊。銷子用高強度的鋼材加工而成，一端加工成堵頭，另一端加工孔徑為Ф6mm的孔，用來安裝小銷子。小銷子加工成Ф5mm，一端加工成堵頭，并在堵頭上面焊一個小環與吊塊用細軟絲固定，以防滑落。橫梁選用10#槽鋼，設計長度為3.2m，用4根。將30×30角鋼焊接在10#槽鋼上，作為前探梁的限位擋片。在前探梁后部槽內焊一個鉤環，備用4根鐵鏈，用于在上下坡時固定前探梁。

（2）掘進機施工時臨時支護采用機載前探支護。掘進機完成截割裝煤作業后，將截割頭放下，按下列程序工作：先檢查支護系統各部位零部件管路是否正常，再打開通向臨時支護系統油路的操作閥，關閉另一個油路。把永久支護用的鋼帶和頂網放在頂梁架上用磁鐵吸好，向前推動支護主架和頂梁架的液壓控制手柄，這時主架和頂梁架由折合狀態慢慢平穩打開，支護系統在打開時，副司機應注意觀察支護系統各關節管路是否有不正常現象，鋼帶、頂網是否有掛卡現象。開到所需要的角度和位置再升主架，升到巷道頂板后把鋼帶和頂網壓緊，打眼工就可以在機載超前支護下安全的打眼、安裝錨桿。待錨桿支護、網片連接好完成后，先把主架下降到最底位置，再折合主架和頂梁架，合到頂梁架完全放在掘進機上為止，關閉操作閥后再進行下一項工作。

3.3 巷道護幫

巷道掘進時為防止煤壁片幫，采用掛護幫網支護方式，采用Ф22mm×2400mm螺紋鋼錨桿配套短節鋼帶固定塑鋼網，排、間距為900×800mm齊排布置，每排3根，最上一根距頂板0.3m，水平角為10°，最下一根距底板0.7m，齊排布置。網采用長邊順巷方向布置，網與網短邊搭接≥100mm并用14#鉛絲雙扣扭結牢固，并將網片與煤幫貼緊，每根錨桿上一卷K2335和Z-2360樹脂藥，護幫要求兩幫完整情況下滯后工作面≤5m。

4 結語

通過對8103工作面高抽巷道錨桿支護、錨索支護等進行了參數計算和選型，確定了永久支護、臨時支護和巷道護幫的作業方式。現場實踐表明，巷道支護效果良好，保障了瓦斯抽采等工作的需要。