1207材料巷錨網索支護參數設計與應用

麻龍斗

（山西汾西礦業南關煤業有限責任公司，山西 靈石 031304）

我國煤礦一直以井工開采為主，需要掘進大量的地下巷道。針對如何穩定控制巷道圍巖的問題[1-2]，國內外專家提出了一系列的理論假說和支護技術，如懸吊理論、組合梁理論與壓縮拱理論等理論假說以及錨網支護、型鋼支護等支護技術。目前在煤礦中應用最為廣泛的是錨桿支護，其具有支護效果好、施工速度快、成本低等優點[3-5]。

1 工程概況

南關煤業1207 工作面開采二疊系下統山西組2#煤，埋深258～316 m，煤層結構穩定，厚度2.1～2.4 m，平均厚度2.3 m。1207 材料巷沿2#煤層頂板掘進，所在區域處于背斜構造的北翼，1207 材料巷東距1209 工作面（已回采）20 m，西距1205 工作面（已回采）100 m，北距井田邊界30 m，南臨一采區回風巷，1207 材料巷采掘工程平面見圖1。1207材料巷巷道設計寬4.4 m，高2.8 m，2#煤層頂底板巖性特征，見表1。

圖1 試驗巷道采掘工程平面

表1 2#煤層頂底板巖性特征

3 錨桿（索）支護設計與現場試驗

3.1 錨桿（索）支護參數計算

（1）錨桿長度計算[6]

式中：L為錨桿長度，m；K為安全系數，取2；L1為錨桿錨入穩定巖層的深度，取0.5 m；L2為錨桿外露長度，取0.1 m；H為自然平衡拱高度，取0.65 m，則：L=2×0.65+0.5+0.1=2.0 m，整體取安全系數1.2，錨桿長度確定為2.4 m。

（2）錨桿直徑計算[6]

式中：d為錨桿桿體直徑，mm；Q為錨桿抗拔力，查表得到230 kN；σt為錨桿桿體材料抗拉強度，查表得到630 MPa；計算得到d=21.3 mm，錨桿直徑確定為22 mm。

（3）錨桿間距、排距計算[6]

式中：α為錨桿間排距，m；Q為錨桿設計錨固重量，取10 t/根；H為自然平衡拱高度，取0.65 m；K為安全系數，取2；γ為被懸吊巖層容重，取2.58 t/m3。則：α=（Q/KHγ）1/2=[10/（2×0.65×2.58）]1/2=1.73 m，整體取安全系數2，錨桿間距確定為850 mm、排距確定為800 mm（最大值取900 mm）。

（4）錨索長度計算[6]

錨索長度計算按照下式計算：

式中：L為錨索總長度，m；La為錨索自由段長度，取5.0 m；Lb為錨索錨固長度。

由公式Lb=kNt/（nξπdqs）計算。式中：Nt為錨索軸向拉力設計值，取100 kN；k為安全系數，取2.2；d為單股鋼絞線直徑取7 mm；n為單根錨索內鋼絞線股數，取7；qs為錨固體與錨索之間的粘結強度設計值，取3.2 MPa；ξ為采用2根及以上錨索時，界面粘結強度降低系數，取0.6，經上式計算可得出Lb，取1.043 m。確定錨索長度為6.3 m。

（5）錨索直徑計算[6]

式中：d為錨索直徑，mm；Nt為錨索軸向拉力設計值，取100 kN；fptk為錨索抗拉強度標準值，取1 770 N/mm2；k為錨索鋼絞線界面設計安全系數，取1.8。

計算得到d=11.4 mm，整體取安全系數1.5，結合常用錨索規格，最終確定錨索直徑為21.8 mm。

（6）錨索間排距計算

錨索間排距根據錨索所承擔的巖層質量確定。假設每排布置一根錨索，其排距為[6]

式中：Sa為錨索排距，m；n為錨索數量，取1；h為錨索所懸吊巖層厚度，取2.4 m；B為巷道寬度，取4.4 m；γ為所懸吊巖層平均體積質量，取25.8 kN/m3；K 為安全系數，本巷道取2.1；σa為單根錨索極限破斷力，錨索直徑為21.8 mm時，破斷力為504 kN，計算得到單根布置錨索排距不大于0.88 m。

所以，1207材料巷頂板錨索每排1根布置時排距不應大于0.88 m；每排2根布置時，排距不應大于1.76 m；每排3根布置時，排距不應大于2.64 m。綜合考慮確定錨索成三花眼布置，兩排布置3根，間排距為1 000 mm×1 600 mm。

3.2 現場試驗

經過錨桿（索）支護設計計算，確定了南關煤業1207 材料巷支護參數，巷道采用“錨桿+錨索+鋼帶+六邊形網”聯合支護，支護斷面見圖2，具體支護參數見表2。

表2 巷道支護參數

圖2 巷道支護斷面圖

4 應用效果監測與分析

1207 材料巷按上述設計參數支護后，其巷道移近量監測結果見圖3。由圖2可知，巷道圍巖變形主要在巷道掘出65 d內，該范圍內巷道受掘進擾動影響，頂底板和兩幫圍巖快速變形，巷道頂底板巖層平均移近速度為1.73 mm/d，兩幫圍巖平均移近速度約為1.21 mm/d，此時巷道頂底板巖層移近量為113 mm，兩幫圍巖移近量為79 mm；在此之后，巷道圍巖變形逐漸趨于穩定，圍巖整體變形速度均小于0.2 mm/d。

圖3 巷道圍巖變形曲線

5 結語

本文采用理論計算方法確定了南關煤業1207材料巷支護錨桿長度、直徑、間排距以及錨索長度、直徑、間排距，設計了錨網索支護技術方案。現場使用后，巷道移近量監測結果顯示，巷道圍巖變形主要在巷道掘出65 d內，該范圍內巷道頂底板巖層平均移近速度為1.73 mm/d，兩幫圍巖平均移近速度約為1.21 mm/d，巷道頂底板和兩幫移近量分別為113 mm、79 mm。綜上所述，采用設計的支護技術參數實現了南關煤業1207 材料巷圍巖的穩定控制。