東一采區10-1102 巷工作面支護應用設計

成延軍

（山西汾河焦煤股份有限公司回坡底煤礦，山西 臨汾 031400）

1 10-1102 巷工作面概況

10-1102 巷從10-1102 系統巷道開口對幫前3.1 m開口，開口后以60°46′方位沿10 號煤底板掘進1 676 m 到達10-110 切巷位置。10-110 切巷從10-1102 巷末端左幫開口，開口后以327°46′方位沿10 號煤底板掘進200.3 m 到達設計位置。10-1102巷服務于10-110 工作面回采時的回風、行人、設備運輸之用。10-110 切巷服務于10-110 工作面回采及設備安裝之用。10-1102 巷設計長度1 766 m，系統巷道90 m 已完成，剩余長度1 676 m。10-110 切巷設計長度200.3 m。10-1102 巷從巷道開始掘進服務至10-110 工作面回采結束[1]。

10-1102 巷及10-110 切巷：設計巷道沿10 號煤底板掘進，其中10 號煤層厚度2.55～2.79 m，平均厚度2.65 m。工作面位于東一采區右翼，南部為10-108工作面（未采），東部、北部為實體煤未布置工作面，西部為東一采區三條大巷。10-110 工作面東部、北部為實體煤未布置工作面，南部為10-108 工作面（未采），西部為東一采區三條大巷。10-1102 巷掘進期間主要受上覆頂板淋水、隱伏構造影響，掘進期間需加強頂板支護管理[2]。

2 煤（巖）層和圍巖特征

10 號煤層厚度2.55～2.79 m，平均厚度2.65 m，含0～1 層不穩定夾矸，普氏硬度0.9～1.1。10 號煤層直接頂為泥巖，厚度2.10～2.40 m，平均厚度2.30 m，深灰色、塊狀分選型好、含薄膜狀黃鐵礦結構，普氏硬度4～6。泥巖以上9 號煤層厚度0.90～1.15 m，平均厚度1.0 m，黑色、半暗型煤，普氏硬度0.90～1.15。9號煤層直接頂K2 灰巖厚度8.82～9.92 m，平均厚度8.90 m，深灰色，厚層狀、致密、堅硬、含大量植物化石，碎屑方解石脈，含水層，普氏硬度10～12。10 號煤層直接底粉砂巖厚度0.50～2.20 m，平均厚度1.80 m，灰白色，致密質脆，含黃鐵礦及植物化石夾薄泥巖，普氏硬度為6～10。

3 支護設計

10-1102 巷及10-110 切巷為回采巷道，服務年限較短，巷道采用錨網梁、錨索聯合支護形式。

3.1 巷道支護設計

根據懸吊作用理論設計錨桿支護參數。

3.1.1 10-1102 巷頂錨桿長度

式中：L 為頂錨桿長度，m；L1為頂錨桿外露長度，L1=墊片厚度（墊片厚0.035 mm+尼龍墊圈0.003 mm+調心球墊0.01 mm）+螺母厚度（0.032 mm）+外露長度（0.065 mm），一般取0.2 m；L2為頂錨桿錨入穩定巖層深度，一般≥0.3 m，取0.6 m；H 為軟弱巖層厚度（冒落高度），m。

式中：B 為巷道跨度，取5 m；f 為頂板巖層普氏系數，取4。

將相關參數代入式（2）得：H=0.63 m。考慮一定富裕系數，冒落高度按1.5 倍考慮，則H=0.95m。

因此，頂錨桿長度L=L1+H+L2=0.15+0.95+0.6=1.7 m，取2 m。

3.1.2 10-110 切巷頂錨桿長度

式中：L'為頂錨桿長度，m；L1'為頂錨桿外露長度，L1'=墊片厚度（墊片厚0.035 mm+尼龍墊圈0.003 mm+調心球墊0.01 mm）+螺母厚度（0.032 mm）+外露長度（0.01～0.04 m），一般取0.12 m；L2為頂錨桿錨入穩定巖層深度，一般≥0.3 m，取0.6 m；H 為軟弱巖層厚度（冒落高度），m。

式中：B' 為巷道跨度，取4.6 m；f 為頂板巖層普氏系數，取4。

將相關參數代入式（4）得：H'=0.575 m。為預防頂板內部異常情況的發生，考慮一定的安全系數，故將冒落拱高度增加1.5 倍，取H 為0.86 m。因此頂錨桿長度L'=1.58 m，取2 m。

3.2 錨網梁、錨索聯合支護的支護參數及支護材料

1）10-110 切巷頂錨桿“五五”布置，間排距1 050 mm、1 000 mm；幫錨桿“三三”布置，老山側間排距1 100 mm、1 000 mm，煤壁側間排距1 100 mm、1 100 mm，肩窩幫錨桿距頂板300 mm，底角錨桿距底板500 mm。如圖1 所示。錨索采用雙排點錨索“二二”布置，錨索排距3 000 mm，錨索布置在兩排錨桿中間，錨索間距1 800 mm，錨索距老山側1 550 mm，距煤壁側1 250 mm。10-110 切巷刷擴段頂錨桿與原支護頂錨桿成花型“三三”布置，間排距1 050 mm、1 000 mm。煤壁側幫錨桿“三三”布置，間排距1 100 mm、1 100 mm，肩窩幫錨桿距頂300 mm，底角錨桿距底板500 mm。10-110 切巷刷擴后在刷擴側頂板施工一排點錨索，與原錨索形成“三三”布置，排距3 000 mm，距煤壁側1 550 mm。

圖1 巷道斷面圖（單位：mm）

2）錨桿：頂錨桿選用Φ20 mm×2 000 mm 的左旋螺紋鋼錨桿，選用CKb2340 型樹脂錨固劑和Z2360型樹脂錨固劑各一條（先安CKb2340 型樹脂錨固劑后安Z2360 型樹脂錨固劑），材質為左旋無縱筋螺紋鋼筋專用錨桿鋼材；老山側幫錨桿選用Φ20 mm×1 600 mm 的左旋螺紋鋼錨桿，選用規格為Z2360 型樹脂錨固劑一條。煤壁側選用Φ20 mm×1 600 mm 的全螺紋式樹脂錨桿體玻璃纖維增強塑料錨桿，選用規格為Z2360 型樹脂錨固劑一條。

3）墊片：頂幫均選用規格為150 mm×150 mm×8 mm 的方形高強拱型托盤，配合高強托板調心球墊和1010 尼龍墊圈。煤壁側幫錨桿選用全螺紋式樹脂錨桿體玻璃纖維增強塑料錨桿配合配套托盤。如圖2所示。

圖2 錨索布置圖（單位：mm）

4）菱形網：10-110 切巷及刷擴段頂部分別選用了4 600 mm×1 150 mm 和2 100 mm×1 150 mm 的菱形網，老山側選用2 850 mm×1 150 mm 的菱形網；煤壁側選用2 800 mm×1 250 mm 的雙向拉伸塑料網。

5）錨梁：10-110 切巷及刷擴段頂部分別選用Φ12 mm×80 mm×4 400 mm 的5 孔錨梁和Φ12 mm×80 mm×2 100 mm 的3 孔錨梁，材質為直徑12 mm 的鋼筋焊接而成。

6）鋼護板：幫部選用BHW3 mm×280 mm×450 mm 鋼護板，幫部取消錨梁。

7）錨索：Φ18.9 mm×5 200 mm 鋼絞線（具體長度根據現場層位變化情況及時進行調整，保證錨索錨入穩定巖層不低于2 000 mm），材質為1×7 股預應力鋼絞線。選用CKb2340 型樹脂錨固劑和Z2360 型樹脂錨固劑各兩條（先安CKb2340 型樹脂錨固劑后安Z2360 型樹脂錨固劑），托板選用300 mm×300 mm×14 mm 方形高強拱型托盤，KM19 型鎖具及配套調心球墊。

3.3 錨桿、錨索施工

頂錨桿施工工藝如下：施工夠一個循環后→打開側護板→升機載臨時支護→敲幫問頂→驗收巷道規格、畫眼定位→降機載臨時支護→將錨梁、金屬網（菱形網）放在機載臨時支護上→升機載臨時支護→停機（閉鎖并加蓋護罩）→鉆頂板中部錨桿孔→清孔→安裝樹脂錨固劑和錨桿→用錨桿鉆機攪拌樹脂錨固劑至規定時間→停止攪拌并等待90 s 左右→上W 鋼護板托盤螺母并使用風動扳手擰緊螺母→從中向外依次安裝其他頂錨桿→用聲控扳手檢查扭矩是否合格[3]。

幫錨桿施工工藝如下：敲幫問頂→畫眼定位→鉆孔、清孔、驗孔→安裝樹脂錨固劑和錨桿→攪拌樹脂錨固劑→等待90 s 左右鋪金屬網（菱形網）→安裝W鋼護板托盤螺母→使用風動扳手擰緊螺母→施工其他幫錨桿→用聲控扳手檢查扭矩是否合格[4]。

錨索施工工藝如下：敲幫問頂→畫眼定位→鉆孔→沖洗眼孔→驗孔→充填錨固劑→插入鋼絞線攪拌→上錨索托盤、鎖具→張拉（使其壓力表指針顯示為200kN）。

4 作業方式

10-1102 巷及10-110 切巷沿10 號煤底板掘進期間選用EBZ-200 綜掘機施工。

1）掘進機本身總體長度、寬度和高度為10.6 m×3.6 m×1.8 m。掘進截割高度為2.6～5.1 m，截割寬度為3.3～6.5 m。該機適用于煤巷、半煤巖巷及全巖巷道掘進，最大切割斷面可達32 m2，截割硬度不大于80 MPa，環境溫度為0～30 ℃，坡度±18°。

2）EBZ-200 綜掘機能實現連續截割、裝載、運輸作業。10-1102 巷及10-110 切巷采用EBZ-200 型綜掘機全斷面一次成巷(一次成巷后底板預留浮煤形成上下臺階，上臺階高2.3 m、下臺階高1.1（0.7）m，由巷道左手幫下部向右手幫進刀由淺入深，左右擺動，達到設計截割深度，然后由下而上“S”型截割，左、右兩幫及頂、底板各預留200 mm 的保護層，最后由上而下刷幫、掃底、成型。

5 結論

1）10-1102 巷錨索采用“二二”布置，布置2 根錨索時，間距3 300 mm，距兩幫各1 050 mm，錨索排距3 000 mm。錨索支護密度為0.67 根/m，大于0.35 根/m，滿足要求。

2）10-110切巷錨索“三三”布置，錨索排距取3 000 mm，間距1 650 mm，距煤壁側1 050 mm，距老山側1 050 mm，推算可知錨索支護密度N=3/3=1 根/m，滿足要求。