39202輔運順槽掘進工作面支護設計

解 政

（中煤平朔集團有限公司井工三礦，山西 朔州 036000）

1 概況

中煤平朔集團有限公司井工三礦39202輔運順槽埋深500m，掘進斷面為矩形斷面，寬×高=5.2m×3.5m。其中，A-C段斷面寬×高=5.2m×3.5m；C-F段斷面寬×高=4.2m×3.5m；39202輔運順槽設計采用“錨、網、索、鋼帶”聯合支護，如遇地質變化時(過斷層、遇破碎帶、風氧化煤等)，需及時改變支護方式。

2 支護設計

2.1 支護材料

頂錨桿型號：MSGLW-335，左旋無縱肋螺紋鋼錨桿；左幫錨桿型號：MSGM-235，圓鋼桿體；左幫錨桿規格和尺寸：錨桿為Φ18mm，L=1700mm；右幫錨桿型號：MSGSL18/1800F，玻璃鋼桿體，桿體表面有螺紋狀，頂端呈斜切狀。錨索鋼絞線材質、型號：七芯鋼絞線，SKP18-1/1860；錨索鋼絞線規格：Φ17.8mm，L=7300mm。錨索托盤規格：250mm×250mm×12mm正方形托盤，孔徑22mm；加掛14#槽鋼鋼梁時錨索托盤規格：90mm×90mm×14mm正方形托盤，孔徑22mm。頂板鋼網規格：5800mm×1200mm；左幫鋼網規格：3000mm×1300mm；鋼板網材質：Q198Cr-Mo；鋼板網梗徑：3.0mm×3.0mm；鋼板網截距：155mm×75mm；右幫塑料網規格和尺寸：30000mm×1500mm。鋼筋鋼帶材質：Φ12mm鋼筋；鋼筋鋼帶規格：L=4600mm，寬=80mm。

2.2 三孔直徑及深度

頂錨桿直徑Ф22mm，錨固劑直徑Ф23mm，釬頭直徑Ф30mm；幫錨桿直徑Ф18mm，錨固劑直徑Ф23mm，釬頭直徑Ф28mm；錨索直徑Ф17.8mm，錨固劑直徑Ф23mm，釬頭直徑Ф28mm。頂錨桿孔深2350mm，幫錨桿孔深1650mm，錨索孔深7100mm。39202輔運順槽支護斷面圖如圖1所示。

2.3 支護參數驗算

2.3.1 錨桿支護設計與校核

巷幫破壞深度：

式中：

k-應力集中系數；

r-巖層容重；

H-巷道埋藏深度；

B-采動影響無固定次數；

δm-煤的平均抗壓強度；

h-巷道高度；

Φ-煤的內摩擦角。

則C=1.48m。

頂板巖石松動高度：b=10(a+c)/k'dr

式中：

a-巷道半跨距；

k' -巖石穩定性系數；

dr-錨固巖石的平均強度，dr=40MPa。

則：b=0.76m。

頂板錨桿長度：L=b+L1+L2

式中：

L1-錨固長度，L1=0.95m；

L2-考慮托盤螺母需要長度，L2=0.15m。

故L=b+L1+L2=0.76+0.95+0.15=1.86m，取2.4m。

2.3.2 錨索支護設計與校核

錨索錨固長度計算：La=k（d1×fs）/4fc

式中：

La-錨索深入到穩定巖層中的錨固長度；

k-安全系數；

d1-錨索直徑；

fs-錨索抗拉強度；

fc-錨索與樹脂錨固劑的設計粘度。

則：錨固長度La=1417.32mm，取1550mm。

錨索長度：L=La+Lb+Lc+Ld

式中：

L-錨索長度，m；

Lb-需要懸吊的不穩定巖層厚度，巷道施工中根據頂板完整情況需留0.5～1m底煤，頂板煤層平均厚度為5.04～5.54m；

Lc-上托盤及錨具的厚度，m；

Ld-需要外露的張拉長度，m。

則：L=1.41+(5.04～5.54)+0.1+0.2=6.75～7.25m。

根據以上計算結果，為進一步提高頂板支護質量，應根據掘進生產過程中頂煤厚度變化及地質條件變化的具體情況，及時調整錨索支護長度。錨索長度范圍為7300～13300mm，錨索預應力要滿足設計要求，并確保錨索錨固到穩定的煤巖層中。

圖1 39202輔運順槽支護斷面圖

3 支護效果分析

為分析39202輔運順槽支護效果，在大型有限元軟件FLAC3D軟件中建立了有限元模型，對支護后其塑性區分布以及位移分布進行了模擬，其結果如圖2、3所示。

圖3 巷道位移分布

由圖2分析可知，巷道頂板塑性區范圍得到了有效控制，頂板塑性區分布范圍較小。由圖3（a）分析可知，巷道頂板最大下沉量約為45.2mm，底板底鼓量約為50mm左右，可見巷道頂底板變形量較小。由圖3（b）可知，巷道左幫最大位移值為61.9mm，右幫最大位移值為55.6mm，可見巷道兩幫變形量也較小。綜合以上分析，可見采用的支護方法可有效控制圍巖變形。

4 結論

（1）根據39202輔運順槽掘進工作面的條件，設計了39202輔助運輸順槽的支護，對支護參數進行了設計驗算。

（2）利用FLAC3D有限元軟件對支護效果進行了模擬分析，結果表明，巷道圍巖塑性區范圍較小，頂底板、兩幫位移均較小，巷道圍巖變形得到了有效控制。