8107綜采工作面運(yùn)輸巷支護(hù)設(shè)計(jì)及驗(yàn)算

許文超

（大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司馬脊梁礦，山西 大同 037027）

1 工程概況

馬脊梁煤礦C3#層一盤區(qū)8107工作面2107運(yùn)輸巷設(shè)計(jì)長2567.35m。C3#煤層在該區(qū)域賦存穩(wěn)定，煤層厚度為4.15～8.53m，平均6.59m，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，含1～7層夾矸，厚度0.15～0.65m，傾角1°～3°，平均2°，屬近水平煤層。該巷預(yù)計(jì)從盤區(qū)皮帶巷往里192m見一條H=3.10m∠51°的正斷層，1934m見一條d=200m∠68°的煌斑巖墻。以上構(gòu)造分別從相鄰巷道推斷而來，根據(jù)鉆孔分析，該巷切眼位置預(yù)計(jì)煤層厚度變薄。

2107巷掘進(jìn)寬×高=5400×3800mm，掘進(jìn)斷面20.52m2，凈斷面18.72m2，施工長2482m，累計(jì)掘進(jìn)工程量50930.64m3。

2 支護(hù)設(shè)計(jì)

2.1 支護(hù)設(shè)計(jì)方案

根據(jù)礦壓觀測資料，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，C3#層一盤區(qū)2107運(yùn)輸巷支護(hù)采用錨桿、錨索、W鋼帶壓金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)。支護(hù)設(shè)計(jì)圖如圖1所示。

圖1 2107運(yùn)輸巷支護(hù)設(shè)計(jì)示意圖

2.1.1 頂板支護(hù)

（1）錨桿鋼帶參數(shù)

錨桿規(guī)格為Ф20mm×2400mm的左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，鉆孔深度2300mm。錨桿間排距950mm×1000mm，每排布置6根，兩側(cè)錨桿距幫325mm。每根使用1卷MSK2360樹脂錨固劑。150mm×150mm×10mm的蝶形托盤。單層4#菱形金屬網(wǎng)，網(wǎng)格為100mm×100mm，網(wǎng)片搭接長度為200mm，并采用14#雙股鉛絲孔孔相連旋轉(zhuǎn)三圈綁扎牢固。

鋼帶規(guī)格：錨桿采用W鋼帶連接，5100mm×280mm×3mm。

（2）錨索規(guī)格參數(shù)

錨索規(guī)格為Ф21.8mm×7300mm預(yù)應(yīng)力鋼絞線，每排2根。錨索間排距1800mm×3000mm，鉆孔深度7000～7200mm，兩側(cè)錨索距幫1800mm。每根使用1卷MSK2360和1卷MSZ2360樹脂錨固劑。250mm×250mm×16mm的鋼托盤。

（3）角錨索參數(shù)

錨索規(guī)格為Ф21.8mm×6300mm預(yù)應(yīng)力鋼絞線，每排2根錨索。錨索間距5400mm，排距1500mm，在巷道肩窩布置。每根使用1卷MSK2360和1卷MSZ2360樹脂錨固劑。11#工字鋼長度600mm，開孔直徑為Ф25mm。

2.1.2 幫部支護(hù)

右?guī)湾^桿為Ф18mm×2000mm左旋無縱筋螺紋錨桿，鉆孔深度1900mm。左幫錨桿為Ф20mm×2000mm玻璃鋼錨桿，鉆孔深度1900mm。錨桿間排距1200mm×1000mm，底部錨桿距底板1150mm，頂部錨桿距頂板250mm。頂部錨桿向上傾斜80°布置，其余錨桿垂直幫部布置。使用1卷MSK2360樹脂錨固劑錨固，450mm×220mm×4mm的 W型 鋼 護(hù) 板，110mm×110mm×10mm的蝶形托盤。采用單層4#菱形金屬網(wǎng)，網(wǎng)格為100mm×100mm，網(wǎng)片搭接長度為200mm，并采用14#雙股鉛絲孔孔相連旋轉(zhuǎn)三圈綁扎牢固。采煤側(cè)及硐室布置塑料網(wǎng)。

2.1.3 底板硬化

底板鋪設(shè)混凝土厚度200mm，砼強(qiáng)度等級C25。

2.2 支護(hù)驗(yàn)算

2.2.1 頂錨桿長度計(jì)算

式中：

L-錨桿長度，m；

L1-錨桿外露長度，0.1m；

L2-潛在冒落拱高度，m；

L3-錨桿錨入穩(wěn)定巖層的深度，0.6m；

式中：

B-巷道掘進(jìn)寬度，設(shè)計(jì)值5.4m；

f-巖石堅(jiān)固系數(shù)，取2。

根據(jù)數(shù)據(jù)及計(jì)算L2取最大值為1.35m；

L=L1+L2+L3=0.1+1.35+0.6=2.05m。

計(jì)算得錨桿長度為2.05m，實(shí)際選用長度2.4m，符合設(shè)計(jì)要求。

2.2.2 頂錨桿直徑的確定

由P=Q得：

式中：

Q-錨桿錨固力，取140kN；

d-桿體直徑，m；

σt-螺紋鋼錨桿抗拉強(qiáng)度，取540MPa。

計(jì)算得錨桿直徑為18.2mm，實(shí)際選用為20mm，符合設(shè)計(jì)要求。

2.2.3 頂錨桿間、排距計(jì)算

按間排距相等布置，取值：

式中：

a-桿體間距，m；

Q-錨桿錨固力，140kN；

k-安全系數(shù)，取1.5～1.8；

γ-巖體容重，錨桿懸吊體為煤，取值16kN/m3；

L2-桿體有效長度，取2.3m。

計(jì)算錨桿間排距為1.45m，實(shí)際選用間排距為0.98×1.0m，能夠滿足要求。

2.2.4 按懸吊作用計(jì)算錨索支護(hù)參數(shù)

（1）確定錨索長度

式中：

L-錨索總長度，m；

L1-外露的張拉長度，0.25m；

Σh-需要錨固的不穩(wěn)定巖層厚度，3.8m；

L2-錨索錨固到較穩(wěn)定巖層的錨固長度，1.2m；

L3-錨索托板厚度，0.16m。

L=L1+Σh+L2+L3=0.25+3.8+1.2+0.16=5.41m

計(jì)算錨索長度為5.41m，實(shí)際選用錨索長度為7.3m，符合設(shè)計(jì)要求。

（2）錨索間排距的確定

式中：

L-錨索間距，m；

n-錨索排數(shù)，n取2；

F2-錨索極限承載力，504kN；

B-巷道最大垮落寬度，5.4m；

H-巷道最大冒落高度，4.0m；

γ-巖體容重，30kN/m3；

F1-錨桿設(shè)計(jì)錨固力，140kN；

θ-錨桿與巷道巷道頂板的最小夾角，取75°；

L1-錨桿排距，1.0m。

經(jīng)計(jì)算，巷道每排使用4架錨索時，間排距不應(yīng)大于4.67m，實(shí)際選用錨索間排距1.8×3.0m，符合要求。

2.2.5 按組合梁原理驗(yàn)算

（1）頂錨桿長度

l=l1+l2+l3

式中：

l-錨桿總長度，m；

l1-錨桿外露長度，m；

l2-頂錨桿有效長度，m；

l3-錨桿錨固長度，m。

頂錨桿有效長度l2的驗(yàn)算公式，可參照下式：

式中：

L-巷道凈寬度；

k1-安全系數(shù)，2～3；

P-上部均布載荷，kN/m2；

ψ-與組合巖層數(shù)有關(guān)的系數(shù)，0.7；

σ1-巖層抗拉計(jì)算強(qiáng)度，取試驗(yàn)強(qiáng)度的0.6～0.8倍，MPa；

σx- 原巖水平應(yīng)力，σx=λγZ，MPa；

λ-原巖體水平應(yīng)力系數(shù)，1.0；

μ-巖體泊松比；

Z-巷道埋深，取400m。

經(jīng)計(jì)算錨桿長度為1.55m，實(shí)際選用錨桿長度為2.4m，符合要求。

（2）錨桿間距

錨桿間距a：

式中：

m1-最下面一層巖層厚度，m；

k-安全系數(shù)，取8～10；

P'-本層自重均布載荷，P=γ1m1，kN/m2；

γ1-最下面一層巖層的容重，kN/m3；

σ1'-最下面一層巖層抗拉計(jì)算強(qiáng)度，可取試驗(yàn)強(qiáng)度的0.3～0.4倍，MPa。

a≤51.55×0.4×0.06=1.24m

計(jì)算錨桿間距小于1.24m，實(shí)際設(shè)計(jì)為0.98m，符合要求。

經(jīng)過數(shù)值驗(yàn)算可知，2107運(yùn)輸巷采用錨桿、錨索、W鋼帶壓金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)時，參數(shù)能滿足巷道安全的各項(xiàng)指標(biāo)。

3 支護(hù)效果

2107運(yùn)輸巷采用錨桿、錨索、W鋼帶壓金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)后，該巷道斷面無明顯變形，圍巖控制效果較好。在2017運(yùn)輸巷的掘進(jìn)過程當(dāng)中，掘進(jìn)速度有所提高，支護(hù)材料較省，巷道未進(jìn)行翻修，支護(hù)效果顯著，保障了該巷道的安全。