西曲礦8#煤支護設計研究與應用

文/曹義勇

西曲礦8#煤支護設計研究與應用

文/曹義勇

西曲礦是山西焦煤西山煤電股份有限公司的骨干礦井之一，2012年核定生產能力為340萬噸，井口海拔983m，井田走向長6.5km，傾向寬6km，總面積39.5km2。井田內主要含煤地層為石炭系上統太原組和二疊系下統山西組，主要可采煤層有2#、4#、7#、8#、9#共5層。其中，2#、4#屬山西組，稱上組煤，7#、8#、9#屬太原組，稱下組煤。目前，西曲礦2#、4#煤資源幾近枯竭，主采煤層為8#、9#兩層。本文就西曲礦8#煤支護設計的研究與應用進行了闡述。

一、地質概況

西曲礦8#煤層厚度穩定，煤厚3.21～4.46m，平均為3.95m，煤層整體傾向西南，傾角2～7°。8#煤層頂部含有一層0.23m的泥巖偽頂，直接頂為石灰巖，厚度2.57m，抗壓強度53～158MPa；直接底板為細砂巖，厚度1.05m，抗壓強度5～20MPa。

二、西曲礦8#煤巷道支護和錨桿支護設計

根據工作面巷道布置及煤層賦存情況，西曲礦8#煤設計巷道采用矩形斷面，具體參考《采礦工程設計手冊》2003版進行設計。

巷道開掘以后，兩幫與頂底板都不同程度地出現一定范圍的破壞區，錨桿支護的作用就在于保持破壞區范圍內巖層的穩定性。錨桿支護設計則采用懸吊原則，即，當頂板一定范圍內有穩定巖層時，將破壞區載荷吊于穩定巖層上；在頂板一定范圍內不存在穩定巖層時，將破壞區載荷懸吊于巷道兩幫上部的巖層上；如果錨桿在兩幫上部巖層中的錨固力小于破壞區巖層重力時，則不應單獨采用錨桿支護。

錨桿支護設計主要是確定破壞區的范圍值（巷幫破壞深度c,頂板破壞高度b）、載荷值（頂板載荷集度Qr,巷幫載荷集度Qs),以及錨桿支護的具體參數。

經過計算求得破壞區的范圍值是：巷道兩幫破壞深度c=0.499m，巷道頂板破壞高度b=1.02m；載荷值是：巷道頂板載荷集度Qr=108.75KN/m，巷道巷幫載荷集度Qs=4.32KN/m；錨桿支護的具體參數：頂錨桿實際長度為1.8m，錨桿直徑為20mm，錨桿間排距為1.2×1.0m，錨桿個數4根，滿足支護要求。

三、巷幫錨桿支護參數設計

當巷幫破壞寬度0.3m＜C=0.499m時，按下述方法確定支護參數：

1.錨桿長度。經計算，求得幫錨桿長度為0.99m，實際幫錨桿長度均為1.8m，1.8m＞0.99m，滿足要求。

2.每排錨桿個數。經計算，錨桿個數為0.16根。西曲礦8#煤賦存較厚，平均3.95m，巷道較高，受裂隙或構造的影響，會有局部片幫現象。實際施工中，為防止局部片幫，打設三排幫錨桿，煤柱幫采用∮20× 1800mm的無縱肋螺紋鋼錨桿，回采幫采用∮20× 1800mm的玻璃鋼錨桿，第一排距頂板0.8m，第一、二排錨桿間排距為1.0×0.8m，第二、三排錨桿間排距為1.0×1.0m。

四、補強設計

在現場施工中，常發生因個別錨桿失效導致局部巷道漏頂、變形大的情況。因此，需保證頂板完整和支護系統相互聯系，使懸吊、組合梁充分發揮作用，在局部錨桿失效或頂板破壞的情況下，通過補強設計，轉移支護系統力的作用點，避免整個支護系統失效。西曲礦在現場施工過程中，采用3.9米長的W鋼帶，將單根錨桿聯接起來，組成一個整體承載機構，提高了錨桿支護的整體支護效果，有效地控制了巷道頂板，提高了生產效率，對礦井生產安全具有一定保障意義。

(作者單位：山西焦煤西山煤電股份有限公司西曲煤礦)

（責任編輯：周瓊）