18106 工作面支護技術研究

張妙生

（西山煤電建筑工程集團有限公司礦建分公司， 山西 太原 030024）

1 18106 工作面概況

18106 工作面井上西南側有白家塔村（已搬遷），地表起伏較大，山梁多為黃土覆蓋，地表有兩條石佛子溝支溝。蓋山厚度為188～327 m。18106 工作面東側和南側均為實煤區，18104 采空區在其西側。煤田地質勘探鉆孔1406、ZK27-2、1804、2003 及2204 位于18106 皮帶巷東側50 m 范圍外，井上下關系對照如表1 所示。

表1 井上下關系對照

1.1 煤（巖）層賦存特征

18106 工作面煤層厚度為4.14～6.83 m，平均為6.14 m，煤層傾角約8.9°，煤層普氏硬度f=2～3。煤層頂底板情況如表2 所示。

表2 煤層頂底板情況表

1.2 水文地質

工作面直接充水水源為上覆砂巖裂隙含水層，該含水層富水性弱，補給條件差，掘進時主要有頂板裂隙滴水、滲水，打頂錨桿和錨索孔時孔內會有淋水出現，個別孔內淋水較大，但隨時間推移淋水逐漸減小，最終干涸。該含水層對掘進影響小。工作面上覆地表有2 條石佛子溝支溝，雨季有水流入溝內，溝底蓋山厚度由北向南依次為244 m、224 m；預計地表水對掘進無影響。礦區奧灰水水位標高為+850～+854 m，預計工作面標高為+821～+827 m，工作面帶壓掘進，工作面煤層底板距奧灰頂界面約126 m，煤層底板帶壓最大0.33 MPa，經計算工作面安全隔水層厚度為0.00～2.45 m，底板突水系數為0～0.013 MPa/m，小于非完整塊段突水系數臨界值0.06 MPa/m，結合附近工作面的采掘資料，預計奧灰水對工作面掘進無影響。煤田地質勘探鉆孔2204 位于18106 皮帶巷東側112 m 外，封孔質量合格，且距掘巷較遠，預計對掘進無影響[1-2]。

2 巷道支護設計

2.1 錨桿長度的確定

式中：L 為錨桿長度，mm；L1為錨桿外露長度，取50 mm；L2為有效長度，mm（頂錨桿取普氏免壓拱高b，幫錨桿取煤幫破碎深度c）；L3為錨入穩定巖層內深度，mm（頂錨桿取800 mm，幫錨桿取600 mm）。

普氏免壓拱高：

式中：B、H 分別代表巷道掘進寬度和高度，分別取5 800 mm、3 800 mm；f頂為頂板巖石普氏系數，取6.0；ω幫為兩幫圍巖的內摩擦角，取63.26°（查表得）[3]。

將數值帶入公式得出：b=633 mm。

破碎深度：

式中：H 為巷道掘進高度，取3 800 mm；ω幫為兩幫圍巖的內摩擦角，取63.26°。

將數值帶入公式得出：c=903 mm。

根據計算結果并結合工作面實際情況，巷道頂錨桿選取長度為2 600 mm，幫錨桿選取長度為2 100 mm。

2.2 錨桿直徑的確定

頂、幫錨桿直徑按下列公式計算：

式中：Q 為錨桿錨固力，取Q頂＝150×103N，Q幫＝50×103N；R 為錨桿的抗拉強度，取R頂＝540×106Pa；R幫＝680×106Pa。

將數值帶入公式得：d頂=17.4 mm，d幫=9.7 mm。

根據計算結果和工作面實際情況，頂錨桿選用MSGLW-400/22×2600 無縱肋螺紋鋼式樹脂錨桿，直徑為22 mm；幫錨桿選用Φ20 mm×2 100 mm 玻璃鋼錨桿，直徑為20 mm。

2.3 錨桿的間、排距計算

懸吊巖體重量公式G=KrL2a2。

錨固力Q 應能承擔G 的重量，即Q＞G。

式中：a 為錨桿間排距；b 為錨桿的排距（通常b＝a）；Q 為錨桿錨固力，取150 kN；r 為巖體容重，取25 kN/m；k 為安全系數，取2。

將數值帶入公式得：a=1.614 m。

18106 皮帶巷巷道巷道實際所選錨桿間距為0.9 m，排距為1.0 m 均小于計算出的間、排距，滿足設計要求。

3 錨索設計

3.1 錨索長度

式中：L 為錨索總長度；La為錨索深入到較穩定巖層的錨固長度；Lb為需要懸吊的不穩定巖層厚度，取0.85；Lc為上托盤及錨具的厚度，取0.1 m；Ld為需要外露的張拉長度，取0.25 m；

按GBJ 86—1985 要求，錨索錨固長La按下式確定：

式中：K 為安全系數，取2；d1為錨索鋼絞線直徑，取21.6 mm；fa為鋼絞線抗拉強度，取1 770 MPa；fc為錨索與錨固劑的粘合強度，取10 N/mm。

則La≥2×21.6×1770/（4×10）=1911.6 mm≈1.91 m。

將數值帶入公式得：L＝3.11 m。

根據計算結果并結合工作面實際情況，選用長度為5.5 m 的錨索。

3.2 懸吊理論校核錨索間、排距

根據18106 工作面地質鉆孔柱狀圖分析并根據相鄰工作面的經驗，采用直徑為Φ21.6 mm 的鋼絞線，將錨桿加固的“組合梁”整體懸吊于堅硬巖層中[4-5]，校核錨索排距，冒落方式按最嚴重的冒落高度大于錨桿長度的整體冒落考慮。此時，靠巷道兩幫的角錨桿和錨索一起發揮懸吊作用，在忽略巖體粘結力和內摩擦力的條件下，取垂直方向力的平衡，可用下式計算錨索排距。

式中：L 為錨索排距；B 為巷道最大冒落寬度，取5.8 m；H 為巷道冒落高度，按最嚴重冒落高度，取3.8 m；γ為巖體容重，取25 kN/m3；L1為錨桿排距，取1.0 m；F1為錨桿錨固力，取150 kN；F2為錨索極限承載力，取520 kN；θ 為角錨桿與巷道頂板的夾角，取75°；n為錨索排數，取2。

將數值帶入公式得：L=6.12 m。

18106 皮帶巷掘進工作面巷寬最大距離為5.8 m，巷高最大高度為3.8m，代入上述公式計算得L=6.12m，而18106 皮帶巷掘進工作面錨索實際選取的排距最大為2.0 m，小于計算所得的排距，所以選取的錨索排距滿足設計要求。

4 結語

通過對18106 皮帶巷設計所選用的支護參數進行精確的計算，并結合礦井實際地質條件，選取了適合的錨桿、錨索長度以及適合的錨桿、錨索的間排距，保證了巷道安全生產。