煤礦掘進(jìn)巷道支護(hù)設(shè)計(jì)優(yōu)化

郭英杰

（山西汾西礦業(yè)集團(tuán)雙柳煤礦， 山西 柳林 033300）

1 支護(hù)參數(shù)概述

煤礦在無(wú)其他特殊地質(zhì)與生產(chǎn)條件影響時(shí)，如破碎帶、相鄰工作面采空區(qū)、上覆煤柱等，建議基本支護(hù)方式為：錨桿+鋼帶+鋼筋網(wǎng)+錨索。推薦的頂板支護(hù)主要參數(shù)為：錨桿端錨加長(zhǎng)錨固，錨桿桿體直徑不小于19.3 mm，桿體長(zhǎng)度不小于2.123 m，間排距不大于1.06 m；錨索加強(qiáng)支護(hù)，錨索直徑采用Φ21.6 mm，錨索長(zhǎng)度不小于6.85 m，錨索密度每延米不小于2.04 根。掛網(wǎng)，并用“W”型鋼帶壓網(wǎng)。推薦的兩幫主要支護(hù)參數(shù)為：錨桿端錨加長(zhǎng)錨固，錨桿桿體直徑不小于18.5 mm，桿體長(zhǎng)度不小于2.03 m，間排距不大于1.02 m。掛網(wǎng)，并用“W”型鋼帶或鋼筋梯梁壓網(wǎng)。

考慮目前錨桿支護(hù)技術(shù)的發(fā)展水平、錨固材料的力學(xué)特性、施工機(jī)具和合理的“三徑”配合等因素，以及某礦2 號(hào)煤層的地質(zhì)力學(xué)條件，確定頂板采用Φ20 mm 螺紋鋼錨桿，錨桿長(zhǎng)度為2.2 m；幫部錨桿采用Φ20 mm 螺紋鋼錨桿，錨桿長(zhǎng)度為2.2 m；頂板采用Φ21.6 mm 錨索加強(qiáng)支護(hù)，錨索長(zhǎng)度為7.0 m，錨固方式均為端錨加長(zhǎng)錨固。主要錨固參數(shù)和錨固長(zhǎng)度見(jiàn)表1 所示。頂板與兩幫的錨桿、錨索和樹脂錨固劑的規(guī)格與特性見(jiàn)表2 和表3 所示。由于僅有錨桿索支護(hù)難以滿足工作面超前支承壓力影響下回采巷道穩(wěn)定性要求，在回采工作面前方20～25 m 還需采用超前支護(hù)對(duì)巷道穩(wěn)定性進(jìn)行支護(hù)。

表1 1214 巷主要錨固材料與參數(shù)

表2 頂板與兩幫錨桿（索）規(guī)格與力學(xué)特性

表3 樹脂錨固劑的主要物理力學(xué)性能

2 巷道支護(hù)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案

回采工作面巷道煤巷段為矩形斷面，膠帶運(yùn)輸順槽掘進(jìn)寬度為4 600 mm，實(shí)際掘進(jìn)高度為2 900 mm，回風(fēng)順槽掘進(jìn)寬度4300mm，實(shí)際掘進(jìn)高度2900 mm，巷道圍巖完整性稍好，但該巷道屬于煤巷，且2 號(hào)煤膠結(jié)程度較差，煤質(zhì)較軟。針對(duì)巷道的地質(zhì)力學(xué)特征，提出兩個(gè)優(yōu)化方案：

2.1 方案1

考慮幫部實(shí)際高度為2.9 m，幫角處預(yù)留位置較短，施工難度較大，將錨桿錨索間距調(diào)整為800 mm×800 mm，并對(duì)膠帶運(yùn)輸順槽和回風(fēng)順槽分別進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.1.1 膠帶運(yùn)輸順槽支護(hù)

運(yùn)輸順槽巷道寬度4.6 m，高度2.9 m。

2.1.1.1 頂板支護(hù)

每排采用Φ20 mm×2 200 mm 左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿4 根，采用Φ21.6 mm×7 000 mm 高預(yù)應(yīng)力錨索2 根，間排距800 mm×800 mm，其中錨索布置在兩邊最外側(cè)，距離幫部300 mm，且垂直向外傾斜15°。頂板鋪設(shè)Φ6 鋼筋網(wǎng)，采用4 400 mm×280 mm×3 mm W 鋼帶連接錨桿錨索，錨桿外露長(zhǎng)度，錨桿螺母外錨桿絲扣10～50 mm 之間，錨桿外露端頭配套200 mm×200 mm×12 mm 托盤固定。錨索外露長(zhǎng)度，露出鎖具150～250 mm。錨索外露端頭配套300 mm×300 mm×14 mm 托盤固定。

2.1.1.2 兩幫支護(hù)

每幫每排采用Φ20 mm×2 200 mm 左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿4 根，間排距800 mm×800 mm，其中最上側(cè)錨桿距頂板250 mm，且水平向上傾斜15°，最下側(cè)錨桿距底板250 mm，且水平向下傾斜15°，鋪設(shè)Φ6 鋼筋網(wǎng)，錨桿外露長(zhǎng)度，錨桿螺母外錨桿絲扣10～50 mm 之間，錨桿外露端頭配套200 mm×200 mm×12 mm 托盤固定，并在幫部中間水平打設(shè)一根Φ21.6×4 000 mm 高預(yù)應(yīng)力錨索，錨索外露長(zhǎng)度，露出鎖具150～250 mm。錨索外露端頭配套300 mm×300 mm×14 mm 托盤固定。

幫部采用一長(zhǎng)一短2 根鋼筋梯梁，其長(zhǎng)鋼筋梯梁規(guī)格為：直徑14 mm，寬80 mm，長(zhǎng)1 800 mm。短鋼筋梯梁規(guī)格為：直徑14 mm，寬80 mm，長(zhǎng)1 000 mm。施工中，長(zhǎng)短鋼筋梁首尾限位孔對(duì)準(zhǔn)后在其內(nèi)打設(shè)錨桿，預(yù)緊后錨桿鐵餅相壓將長(zhǎng)短鋼筋梯梁進(jìn)行連接。

每根錨桿采用MSCK2355、MSK2355 樹脂錨固劑各一根。每根錨索采用錨固劑從上至下型號(hào)依次為一卷MSCK2355、一卷MSK2355、一卷MSZ2355。要求巷道頂板錨桿錨固力不小于120 kN，預(yù)緊扭矩不小于190 N·m；錨索的預(yù)緊力不低于196 kN，錨固力為356 kN。

2.1.2 回風(fēng)順槽

回風(fēng)順槽巷道寬度4.3 m，高度2.9 m。

2.1.2.1 頂板支護(hù)

每排采用Φ20 mm×2 200 mm 左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿4 根，采用Φ21.6 mm×7 000 mm 高預(yù)應(yīng)力錨索2 根，間排距800 mm×800 mm，其中錨索布置在兩邊最外側(cè)，距離幫部150 mm，且垂直向外傾斜15°。頂板鋪設(shè)Φ6 鋼筋網(wǎng)，采用4 200 mm×280 mm×3 mmW 鋼帶連接錨桿錨索，錨桿外露長(zhǎng)度，錨桿螺母外錨桿絲扣10～50 mm 之間，錨桿外露端頭配套200 mm×200 mm×12 mm 托盤固定。錨索外露長(zhǎng)度，露出鎖具150～250 mm。錨索外露端頭配套300 mm×300 mm×14 mm 托盤固定。

2.1.2.2 兩幫支護(hù)

每幫每排采用Φ20 mm×2 200 mm 左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿4 根，間排距800 mm×800 mm，其中最上側(cè)錨桿距頂板250 mm，且水平向上傾斜15°，最下側(cè)錨桿距底板250 mm，且水平向下傾斜15°，鋪設(shè)Φ6 鋼筋網(wǎng)，錨桿外露長(zhǎng)度，錨桿螺母外錨桿絲扣10～50 mm 之間，錨桿外露端頭配套200 mm×200 mm×12 mm 托盤固定，并在幫部中間水平打設(shè)一根Φ21.6 mm×4 000 mm 高預(yù)應(yīng)力錨索，錨索外露長(zhǎng)度，露出鎖具150～250 mm。錨索外露端頭配套300 mm×300 mm×14 mm 托盤固定。

幫部采用一長(zhǎng)一短2 根鋼筋梯梁，其長(zhǎng)鋼筋梯梁規(guī)格為：直徑14 mm，寬80 mm，長(zhǎng)1 800 mm。短鋼筋梯梁規(guī)格為：直徑14 mm，寬80 mm，長(zhǎng)1 000 mm。施工中，長(zhǎng)短鋼筋梁首尾限位孔對(duì)準(zhǔn)后在其內(nèi)打設(shè)錨桿，預(yù)緊后錨桿鐵餅相壓將長(zhǎng)短鋼筋梯梁進(jìn)行連接。

每根錨桿采用MSCK2355、MSK2355 樹脂錨固劑各一根。每根錨索采用錨固劑從上至下依次為一卷MSCK2355、一卷MSK2355、一卷MSZ2355。要求巷道頂板錨桿錨固力不小于120 kN，預(yù)緊扭矩不小于190N·m；錨索預(yù)緊力不低于196kN，錨固力為356 kN。

2.2 方案2

考慮控制頂板變形量，將部分錨索調(diào)整至巷道中間，并針對(duì)回風(fēng)順槽和膠帶運(yùn)輸順槽的巷道寬度分別進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.2.1 膠帶運(yùn)輸順槽

巷道寬度4.6 m，高度2.9 m。

2.2.1.1 頂板支護(hù)

每排采用Φ20 mm×2 200 mm 左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿4 根，采用Φ21.6 mm×7 000 mm 高預(yù)應(yīng)力錨索2 根，間排距800 mm×800 mm，其中第一排錨索布置在兩邊最外側(cè)，距離幫部300 mm，且垂直向外傾斜15°，第二排錨索布置在頂板中間，最外側(cè)錨桿距離幫部300 mm，且垂直向外傾斜15°。頂板鋪設(shè)Φ6 鋼筋網(wǎng)，采用4 400 mm×280 mm×3 mm W鋼帶連接錨桿錨索，錨桿外露長(zhǎng)度，錨桿螺母外錨桿絲扣10～50 mm 之間，錨桿外露端頭配套200 mm×200 mm×12 mm 托盤固定。錨索外露長(zhǎng)度，露出鎖具150～250 mm。錨索外露端頭配套300 mm×300 mm×14 mm 托盤固定。

2.2.1.2 兩幫支護(hù)

每幫每排采用Φ20 mm×2 200 mm 左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿4 根，間排距800 mm×800 mm，其中最上側(cè)錨桿距頂板250 mm，且水平向上傾斜15°，最下側(cè)錨桿距底板250 mm，且水平向下傾斜15°，鋪設(shè)Φ6 鋼筋網(wǎng)，錨桿外露長(zhǎng)度，錨桿螺母外錨桿絲扣10～50 mm 之間，錨桿外露端頭配套200 mm×200 mm×12 mm 托盤固定，并在幫部中間水平打設(shè)一根Φ21.6 mm×4 000 mm 高預(yù)應(yīng)力錨索，錨索外露長(zhǎng)度，露出鎖具150～250 mm。錨索外露端頭配套300 mm×300 mm×14 mm 托盤固定。

幫部采用一長(zhǎng)一短2 根鋼筋梯梁，其長(zhǎng)鋼筋梯梁規(guī)格為：直徑14 mm，寬80 mm，長(zhǎng)1 800 mm。短鋼筋梯梁規(guī)格為：直徑14 mm，寬80 mm，長(zhǎng)1 000 mm。施工中，長(zhǎng)短鋼筋梁首尾限位孔對(duì)準(zhǔn)后打設(shè)錨桿，預(yù)緊后錨桿鐵餅相壓將長(zhǎng)短鋼筋梯梁進(jìn)行連接。

2.2.2 回風(fēng)順槽

巷道寬度4.3 m，高度2.9 m。

2.2.2.1 頂板支護(hù)

每排采用Φ20 mm×2 200 mm 左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿4 根，采用Φ21.6 mm×7 000 mm 高預(yù)應(yīng)力錨索2 根，間排距800 mm×800 mm，其中第一排錨索布置在兩邊最外側(cè)，距離幫部150 mm，且垂直向外傾斜15°，第二排錨索布置在頂板中間，最外側(cè)錨桿距離幫部150 mm，且垂直向外傾斜15°。頂板鋪設(shè)Φ6 鋼筋網(wǎng)，采用4 200 mm×280 mm×3 mmW鋼帶連接錨桿錨索，錨桿外露長(zhǎng)度，錨桿螺母外錨桿絲扣10～50 mm 之間，錨桿外露端頭配套200 mm×200 mm×12mm托盤固定。錨索露出鎖具150～250 mm。錨索外露端頭配套300 mm×300 mm×14 mm托盤固定。

2.2.2.2 兩幫支護(hù)

每幫每排采用Φ20 mm×2 200 mm 左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿4 根，間排距800 mm×800 mm，其中最上側(cè)錨桿距頂板250 mm，且水平向上傾斜15°，最下側(cè)錨桿距底板250 mm，且水平向下傾斜15°，鋪設(shè)Φ6 鋼筋網(wǎng)，錨桿外露長(zhǎng)度，錨桿螺母外錨桿絲扣10～50 mm 之間，錨桿外露端頭配套200 mm×200 mm×12 mm 托盤固定，并在幫部中間水平打設(shè)一根Φ21.6 mm×4 000 mm 高預(yù)應(yīng)力錨索，錨索外露長(zhǎng)度，露出鎖具150～250 mm。錨索外露端頭配套300 mm×300 mm×14 mm 托盤固定。

幫部采用一長(zhǎng)一短2 根鋼筋梯梁，其長(zhǎng)鋼筋梯梁規(guī)格為：直徑14 mm，寬80 mm，長(zhǎng)1 800 mm。短鋼筋梯子梁規(guī)格為：直徑14 mm，寬80 mm，長(zhǎng)1 000 mm。施工中，長(zhǎng)短鋼筋梁首尾限位孔對(duì)準(zhǔn)后打設(shè)錨桿，預(yù)緊后錨桿鐵餅相壓將長(zhǎng)短鋼筋梯梁進(jìn)行連接。

每根錨桿采用MSCK2355、MSK2355 樹脂錨固劑各一根。每根錨索采用錨固劑從上至下依次為一卷MSCK2355、一卷MSK2355、一卷MSZ2355。要求巷道頂板錨桿錨固力不小于120kN，預(yù)緊扭矩不小于190 N·m；錨索預(yù)緊力不低于196kN，錨固力為356kN。

3 結(jié)語(yǔ)

本文提出幾種支護(hù)方案，是在一次支護(hù)不盡完善，巷道返修難度加大的背景下提出的，通過(guò)優(yōu)化，在不增加成本的前提下，是全斷面一次支護(hù)最理想的支護(hù)形式，這樣既提高了生產(chǎn)效率，又大幅度減少了支護(hù)品的消耗。