煤峪口礦5711 巷掘進(jìn)支護(hù)方案應(yīng)用研究

劉春龍

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)有限公司煤峪口礦，山西 大同 037041）

1 工程概況

煤峪口礦14#煤層厚度（最小～最大/平均）：1.47～2.00/1.73 m，煤層傾角（最小～最大/平均）1°～4°/2°，煤層穩(wěn)定，工作面煤層走向：W-E。為了開(kāi)采307 盤區(qū)8711 工作面，需要在307 盤區(qū)掘進(jìn)5711 巷道供工作面回采期間通風(fēng)、運(yùn)輸和行人。巷道設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為909 m，服務(wù)年限2 年左右，巷道沿煤層底板掘進(jìn)，如圖1。煤巖層綜合柱狀圖如圖2。

圖1 工作面及巷道布置平面圖（m）

圖2 煤巖層綜合柱狀圖

2 錨桿索支護(hù)計(jì)算

（1）錨桿支護(hù)計(jì)算

錨桿直徑的計(jì)算主要依據(jù)以下公式，其中計(jì)算方式主要與錨桿抗拉強(qiáng)度和錨固力有關(guān)[1-2]：

其中：D是錨桿的直徑，mm；Q是錨桿在圍巖深部的錨固力，頂錨桿取190 kN，幫錨桿取185 kN；f是錨桿的抗拉強(qiáng)度，取670 N/mm2。

首先計(jì)算頂板錨桿，由式（1）可以得到：

其次計(jì)算幫錨桿，可以得到D=18.75 mm。

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工情況及預(yù)留安全范圍等因素，5711 巷道頂板的錨桿直徑確定為22 mm，幫部錨桿的直徑確定為20 mm。

鉆孔窺視圍巖破壞范圍確定破壞范圍在0.5～1.3 m 內(nèi)，依據(jù)圍巖的破壞范圍和主動(dòng)支護(hù)需要錨固在穩(wěn)定巖層，確定頂板和幫部錨桿的長(zhǎng)度為2 m。

類比其他巷道的支護(hù)方案，從單位面積支護(hù)強(qiáng)度和支護(hù)密度來(lái)看，頂板錨桿的間距和排距分別為800m m 和900mm，幫錨桿間距和排距分別為1000 mm×1000 mm。

（2）錨索支護(hù)驗(yàn)算

錨索的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度與巷道頂板巖體性質(zhì)及巷道斷面規(guī)格等有關(guān)。可以通過(guò)下式計(jì)算錨索長(zhǎng)度：

其中：La為錨索長(zhǎng)度，m；La1為錨索端部露出長(zhǎng)度，確定為0.25 m；La2為錨索的實(shí)際有效長(zhǎng)度，m；La3為錨索在深部巖體的錨固長(zhǎng)度，m。

一般支護(hù)理論認(rèn)為錨索支護(hù)不僅要錨固在穩(wěn)定巖層中，而且要考慮穩(wěn)定堅(jiān)硬巖層厚度和巷道高度的關(guān)系。當(dāng)堅(jiān)硬巖層厚度大于三倍巷道高度時(shí)，錨索長(zhǎng)度視堅(jiān)硬巖層的位置確定[3-4]，錨索在深部巖體的錨固長(zhǎng)度確定為1.5 m，錨索的有效長(zhǎng)度用式（4）表示：

其中：hi代表煤層頂板至穩(wěn)定巖層的每層厚度，m；i代表煤層頂板至穩(wěn)定巖層層數(shù)。

基于錨索需要錨固在深部堅(jiān)硬穩(wěn)定的巖層中，結(jié)合一采膠帶巷頂板巖性情況，煤層頂板到深部穩(wěn)定巖層的厚度約為4 m，所以La2=4 m。代入數(shù)據(jù)可得：La=La1+La2+La3=0.25+4+1.5=5.75 m。

綜合考慮錨索長(zhǎng)度確定為6 m。錨索布置間排距結(jié)合巷道服務(wù)年限和以前巷道布置方案分別取1.6 m 和3 m。

3 5711 巷道聯(lián)合支護(hù)形式及參數(shù)

（1）5711 巷掘進(jìn)時(shí)，沿頂掘進(jìn)時(shí)，頂板支護(hù)采用吊梁和鋪金屬網(wǎng)支護(hù)。吊梁由11#工字鋼制作，長(zhǎng)3200 mm，眼距2000 mm。吊梁錨索長(zhǎng)6000 mm，錨固長(zhǎng)度為1.5 m。吊梁排距1000 mm。

（2）頂板錨桿索支護(hù)。5711 巷掘進(jìn)時(shí)，沿底掘進(jìn)時(shí)，頂板支護(hù)方式采用錨桿、錨索、W 型鋼帶支護(hù)。錨桿為Ф20 mm×2000 mm 的左旋無(wú)縱筋樹(shù)脂錨桿，間排距為800 mm×900 mm，錨固長(zhǎng)度為900 mm，每根錨桿使用1 支K23 mm×300 mm 和1 支Z23 mm×600 mm 樹(shù)脂藥，托板使用10 mm×100 mm×100 mm 鋼托板，一個(gè)強(qiáng)力螺母，錨桿外露10～40 mm，錨桿螺母使用力矩扳手預(yù)緊，預(yù)緊力≥120 N·m，抗拔力≥100 kN。W 型鋼帶采用450 mm×220 mm×4 mm，每根錨桿用一塊。錨索為Ф17.8 mm×6000 mm 的鋼絞線，每3000 mm垂直于頂布置2 根，間距1600 mm。所有錨索錨固長(zhǎng)度均為1.5 m，使用1 支Z23 mm×300 mm 和2支CK23 mm×600 mm 樹(shù)脂藥，錨索外露150～250 mm，吊梁錨索不用托板，其他錨索托板使用350 mm×350 mm×10 mm 鋼托板，錨索使用風(fēng)動(dòng)張拉千斤預(yù)緊，抗拔力≥90 kN。

5711 巷頂板支護(hù)每排錨桿5 根，其中角錨桿2根，正頂錨桿3 根，頂板破碎或有壓力時(shí)，增加兩根頂錨桿和掛金屬網(wǎng)，排距500 mm，有炸幫時(shí)，護(hù)幫每米2 根錨桿，增加金屬網(wǎng)支護(hù)，頂、角、幫均采用450 mm×220 mm×4 mmW 鋼帶，每根錨桿用一塊；角錨桿布置在巷道兩肩部位，與頂板成65°～75°夾角，托板緊貼頂板巖面。支護(hù)斷面如圖3。

圖3 頂板支護(hù)示意圖（mm）

（3）幫部支護(hù)。巷幫采用錨桿、金屬網(wǎng)支護(hù)。錨桿為Ф20 mm×2000 mm 的左旋無(wú)縱筋樹(shù)脂錨桿，間排距為1000 mm×1000 mm，錨固長(zhǎng)度為900 mm，每根錨桿使用1 支K23 mm×300 mm和1 支Z23 mm×600 mm，一個(gè)強(qiáng)力螺母，錨桿外露10～40 mm，錨桿螺母使用力矩扳手預(yù)緊，預(yù)緊力≥120 N·m，抗拔力≥100 kN，托板使用220 mm×450 mm×4 mmW 型鋼帶托板配100 mm×100 mm×10 mm 鋼托板。護(hù)幫支護(hù)距工作面小于5 m。

4 效果

在5711 巷掘進(jìn)過(guò)程中，在掘進(jìn)工作面后1 m處布置監(jiān)測(cè)斷面，在巷道頂板和兩幫布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)對(duì)圍巖變形量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)時(shí)間總共為4 個(gè)月。監(jiān)測(cè)期間頂?shù)装遄冃瘟靠刂圃?3 mm 左右，兩幫移近量控制在52.5 mm 左右，最后巷道達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。