容大煤業6204 回風順槽合理錨固力與錨固長度確定

郝偉偉

（山西中陽桃園容大煤業有限公司，山西 呂梁 033400）

回風順槽作為綜采工作面回采巷道的一部分，其支護方案的合理選擇對巷道圍巖穩定性乃至整個工作面的安全開采起著至關重要的作用。目前，回采巷道的支護方式主要有錨桿支護、錨桿-錨索聯合支護等多種方案。經過近幾年的快速發展，錨桿、錨索聯合支護方式成為回采巷道的主要支護方式。但是，對于不同的礦井地質條件，其支護方案存在些許差異，如頂板錨桿與錨索的數量、錨桿與錨索的間排距、錨桿與錨索的錨固力以及錨固長度等。其中，合理的錨桿和錨索的錨固力與錨固長度能夠良好地發揮錨桿與錨索的錨固特性，進而有效控制圍巖變形，實現工作面的安全回采。本文以容大煤業6204 回風順槽為研究對象，基于順槽所處的地質概況與礦井支護經驗，提出了6204 回風順槽的支護方案，并對6204 回風順槽的頂板離層量進行現場監測，驗證支護方案的合理性[1-7]。

1 工程概況

6204 回風順槽位于2 采區西部，主采6#煤層，采區平均埋深219 m。6204 回風順槽南部為礦井邊界，北部為2 采區運輸下山，西部為6202 運輸順槽設計位置，東部為6201 運輸順槽。6#煤層平均厚度1.18 m，直接頂為L5 石灰巖，厚度2.25 m，結構致密；基本頂為細粒砂巖，厚度1.7 m，細粒狀結構；直接底為細粒砂巖，厚度3.62 m，細粒狀結構；基本底為粉砂巖，厚度3.8 m，薄層狀結構。

2 支護設計

6204 回風順槽設計斷面為矩形，順槽掘進寬度4200 mm，掘進高度2600 mm。由于順槽沿著煤層頂板掘進，為使得巷道圍巖得到有效控制，同時借鑒礦井之前生產經驗，確定采用錨桿、錨索聯合支護方式。容大煤業以往在順槽頂板支護中選用Φ18 mm 高強度螺紋鋼錨桿與Φ17.8 mm 錨索，錨桿主要錨固煤層直接頂L5 石灰巖與基本頂細粒砂巖等順槽淺部圍巖，而錨索則錨固在圍巖內部相對較穩定的巖層中，發揮深部圍巖的承載能力。常用樹脂錨固劑與鉆孔孔壁之間的粘結力為3.69 MPa。

順槽頂板錨桿、錨索與兩幫錨桿的錨固長度為：

式中：r1為錨桿/錨索桿體的半徑，mm；r2為樹脂錨固劑藥卷的半徑，mm。

計算可得，順槽頂板錨桿所需的錨固長度為278 mm，錨索所需的錨固長度為971 mm，兩幫錨桿所需的錨固長度為522 mm。

順槽頂板錨桿、錨索所需錨固力為：

式中：Pm為錨桿錨固力，kN；r為鉆孔半徑，取14 mm；τ為樹脂錨固劑與鉆孔孔壁之間的粘結力，取3.69 MPa；l為錨桿/錨索錨固長度，頂板錨桿為278 mm，兩幫錨桿為522 mm，錨索為971 mm。

計算可得，頂板錨桿所需的錨固力為90 kN，兩幫錨桿所需的錨固力為170 kN，錨索所需的錨固力為315 kN。

6204 回風順槽支護斷面如圖1。

圖1 支護斷面圖（mm）

3 頂板離層監測

3.1 監測方法

通過在6204 回風順槽安裝DL-Ⅱ型平行式頂板離層指示儀，實現對回風順槽頂板離層的監測。在巷道掘進過程中，頂板離層儀每間隔50 m 緊跟6204 回風順槽掘進頭安裝，并布置在巷道頂板中部，深基點與淺基點的設定的初始讀數范圍為0～10 mm。巷道頂板離層的監測能夠直觀地了解巷道深部的圍巖變形情況，為驗證巷道支護方案的合理性提供依據。

3.2 監測結果

2021 年10 月開始對6204 回風順槽的頂板離層進行監測，取1#測站、5#測站與9#測站內的頂底板離層量進行統計和分析，如圖2、圖3。1#測站在巷道頂板巖層深度0～11 m 的范圍內，累計離層量為25 mm。在0～2 m 深度內的頂板巖層中，離層量為12 mm；在2～5 m 深度內的頂板巖層中，離層量為5.4 mm；在5～8 m 深度內的頂板巖層中，離層量為4.6 mm；在8～11 m 深度內的頂板巖層中，離層量為3 mm。5#測站在巷道頂板巖層深度0～11 m的范圍內，累計離層量為20 mm。在0～2 m 深度內的頂板巖層中，離層量為9.6 mm；在2～5 m 深度內的頂板巖層中，離層量為4.6 mm；在5～8 m 深度內的頂板巖層中，離層量為3.8 mm；在8～11 m 深度內的頂板巖層中，離層量為2.0 mm。9#測站在巷道頂板巖層深度0～11 m 的范圍內，累計離層量為23 mm。在0～2 m 深度內的頂板巖層中，離層量為10.8 mm；在2～5 m 深度內的頂板巖層中，離層量為5.6 mm；在5～8 m 深度內的頂板巖層中，離層量為4.4 mm；在8～11 m 深度內的頂板巖層中，離層量為2.2 mm。

圖2 各測站順槽頂板累計離層量

由圖2、圖3 可知，隨著順槽的不斷掘進，不同順槽頂板深度內的離層量不斷增大，但是在距離掘進頭100 m 以后，不同深度范圍內的順槽頂板的離層量基本趨于穩定，且各測站所監測的順槽頂板離層總量也趨于穩定。由此可知，巷道圍巖基本得到了有效控制，且巷道頂板變形約為20～25 mm，巷道圍巖變形量較小，進而驗證了頂板錨桿和錨索與兩幫錨桿的錨固力與錨固長度的合理性。

圖3 各測站順槽頂板離層量現場監測

4 結論

以容大煤業6204 回風順槽為研究對象，通過理論分析與頂板離層現場監測，確定了6204 回風順槽頂板錨桿與錨索和兩幫錨桿所需的錨固力和錨固長度，驗證了順槽支護方案的合理性。主要得到如下結論：

（1）6204 回風順槽選用錨桿、錨索聯合支護方式，順槽頂板錨桿、兩幫錨桿及頂板錨索所需要的錨固力分別為90 kN、170 kN 和315 kN，錨固長度分別為278 mm、522 mm 和971 mm。

（2）隨著順槽的不斷掘進，順槽頂板離層量不斷增大，并在距離掘進頭100 m 范圍后趨于穩定。

（3）1#測站、5#測站與9#測站的頂板離層量穩定在25 mm、20 mm 和23 mm，順槽頂板離層量較小，支護效果良好。