某煤礦Ⅲ1313綜放工作面巷道錨桿支護方案研究

高建紅

（山西煤銷集團臨汾礦業投資有限公司，山西 臨汾 041000）

1 工作面的概況

Ⅲ1313工作面北部為Ⅲ1312綜放工作面（正在布置），東部和南部為礦界保護煤柱，西部為Ⅲ1314工作面。工作面為三巷布置方式：Ⅲ13131巷供進風、運煤、供水用；Ⅲ13133巷供進風、供電、供液、供水、運料用；Ⅲ13132巷供回風、排水用,工作面順槽、切眼均沿煤層底板掘進。

該區域煤層厚度平均4.8m左右，利用巷道鉆孔測出煤體強度10.05～21.20MPa。煤層偽頂為0.75m厚的炭質泥巖，抗壓強度37.6MPa。直接頂為砂質泥巖，厚度2.8 m，抗壓強度64.3MPa，鈣質膠結，完整性好。之上為1.2 m厚泥頁巖，層理較發育，抗壓強度43.8MPa。再上為厚度為2m厚的砂質泥巖，節理較為發育，實驗測得單軸抗壓強度55.9MPa。老頂為砂巖，堅硬，實驗測得單軸抗壓強度87.6MPa。直接底為泥巖，厚度0.53m，水平層理發育。直接底下是平均厚度10.9m的砂質泥巖，具有水平層理。煤層頂底板巖石物理力學試驗結果，如表1所示。

2 支護方案與參數設計

2.1 支護方案的理論依據

1）懸吊作用原理：錨桿把將要冒落的松軟弱巖層或危巖懸吊于上部堅固穩定的巖體上，由錨桿來承擔危巖或松軟弱巖層的重量。

2）組合梁作用原理：在層狀巖體中開挖巷道，在一定范圍內當頂板不存在穩定巖層時，錨桿的懸吊作用就不處于首要地位。如果頂板中存在很多分層，錨桿在頂板的作用，一方面是通過錨桿的錨固力增大各巖層間的摩擦力，阻止巖石沿層面滑動，防止巖層中出現離層現象；另一方面，錨入巖層中的錨桿桿體使巖層的抗剪剛度增強了，可以防止巖層間的水平錯動，從而將巷道頂板錨桿長度范圍內的幾個薄巖層錨成為一個較厚的巖石組合梁。

3）擠壓加固作用原理：在巷道圍巖的拱形破裂區中安裝預應力錨桿時，破裂巖石在預應力作用下在桿體兩端將形成帶圓錐形的壓縮應力區，在系統排列的錨桿群中，各個錨桿形成的壓縮應力區將相互交錯，就能在巖體中形成一個相當寬厚的壓縮加固帶，即承壓拱（組合拱或壓縮拱），它使巷道圍巖由荷載變成了承載結構。

表1 煤層頂底板巖石物理力學性質試驗結果

2.2 支護方案的確定

Ⅲ1313綜放工作面距Ⅲ1309綜放工作面約700 m，其圍巖結構、地應力方面均趨于一致，故Ⅲ1309綜放工作面采掘過程中積累的錨桿支護經驗及數據在Ⅲ1313綜放工作面各順槽中均可借鑒。采用工程類比法對本工作面作出如下支護方案。如表2所示。

表2 巷道斷面技術特征表

1）Ⅲ13131巷、Ⅲ13133巷、一部皮帶檢修橫川、通風橫川（1—1斷面）：巷道采用高強度錨桿、鋼筋托梁、金屬網、塑料網、錨索聯合支護系統。

a.頂板支護：由6根直徑20 mm、長2 400 mm左旋無縱肋螺紋錨桿，配合SB-16-80-4700-6型鋼筋托梁、35mm×35mm、5.4mm×1.1m金屬網支護，錨桿間排距900 mm×10 000 m，錨桿錨固力不低于100 kN，樹脂加長錨固，采用兩支錨固劑，(一支K2335，一支Z2360)。鉆孔直徑28mm，錨固長度1 310 mm。靠近巷幫的頂板錨桿,安設時角度與垂線成10°，其余垂直于頂板。沿中線矩形布置規格SKP18×1/1860·8300錨索，排距2 000 mm，間距1700mm，錨索設計預緊力不低于110kN。

b.巷幫支護：采用6根直徑20 mm、長2 400 mm左旋無縱肋螺紋錨桿，配合SB-16-80-2400-3型鋼筋托梁支護，錨桿間排距1 100 mm×1 000 mm，采用規格為40mm×40 mm、1.1 m×2.8 m塑料網護兩幫；靠近頂底板的幫錨桿，安設時角度與水平線成10°。錨固劑規格為Z2360。鉆孔直徑28mm，錨固長度830mm。錨桿錨固力不低于70kN；預緊力矩不低于100N·m。

2）Ⅲ13132巷（2—2斷面）：采用高強度錨桿、W型鋼帶、金屬網、塑料網、錨索聯合支護系統。

a.頂板支護：由2根直徑20 mm、長2 400 mm的22號左旋無縱肋螺紋錨桿、三根規格為SKP22×1/1860·8300錨索，配合35 mm×35 mm、5.4 m×1.1 m金屬網，BHW-280-3-4700-5型W鋼帶支護，錨桿間排距4 400 mm×1 000 mm，錨桿錨固力不低于150 kN，預緊力矩不低于500N·m。樹脂加長錨固，采用兩支錨固劑，（一支K2335，一支Z2360）。鉆孔直徑28 mm，錨固長度1 310 mm。靠近巷幫的頂板錨桿,安設時角度與垂線成10°，其余垂直于頂板。錨索規格為SKP22×1/1860·8300，排距1 000 mm，間距1 100 mm，錨索設計預緊力不低于300kN。

b.巷幫支護：采用3根直徑20 mm、長2 400 mm桿體均為22號左旋無縱肋螺紋錨桿、1根 SKP18×1/1860·5300錨索配合BHW-280-3-2700-4型W鋼帶支護，采用40mm×40mm、1.1m×3.0m塑料網護兩幫。錨桿間排距800 mm×1000 mm，采用規格為40 mm×40 mm錨索每排1根，排距1000 mm，1.1×2.8 m塑料網護兩幫；頂底板附近的幫錨桿，安設時角度與水平成10°。鉆孔直徑28mm，錨固長度1310mm。錨桿錨固力不小于70 kN，預緊力矩不小于100 N·m，錨索預緊力不小于110kN。采用規格為150mm×150 mm×10 mm拱形高強度托板，施工在W鋼帶上的錨索采用雙層特殊托盤，緊貼W鋼帶使用200 mm×125 mm×16 mm托盤，另一塊托盤型號為250 mm×250 mm×16 mm，兩塊托盤疊加使用。

3）切眼主斷面、切眼加寬斷面（3—3、4—4斷面）：巷道采用高強度錨桿、W鋼帶、金屬網、塑料網、錨索聯合支護。

a.頂板支護：錨桿形式和規格、角錨桿角度、錨固方式、錨桿錨固力、預緊力矩、鉆孔、錨索設計預緊力均同Ⅲ13132巷。W鋼帶規格：3-3斷面頂板采用BHW-280-3-3900-4型，4-4斷面頂板采用BHW-280-3-3900-5型和BHW-280-3-4800-6型。網片規格：3—3、4—4斷面頂板均用規格為35 mm×35 mm、1.1m×4.5m金屬網護頂。錨桿布置：3-3、4-4斷面排距均為1 000 mm，3—3斷面間距為900/600 mm，錨桿數量10根/排；4—4斷面間距為900/600mm，錨桿數量11根/排。錨索：3-3斷面一排3/4根依次排列，間距1 600 mm，排距 1 000 mm，錨索 SKP22×1/1860·8300；4—4斷面3/4依次排列，間距1 600 mm，排距1 000 mm，錨索 SKP22×1/1860·8300。

b.巷幫支護：南幫錨桿采用桿體為22號左旋無縱肋螺紋鋼筋，長度2400mm，桿尾螺紋M22，錨桿規格為MSGLW—50022/2400。樹脂加長錨固，采用兩支錨固劑，（一支K2335，另一支Z2360）。鉆孔直徑 28mm，錨固長度1310mm。南幫錨桿預緊力距、鉆孔、錨桿托板均同Ⅲ13131巷、Ⅲ13133巷、一部皮帶檢修橫川、通風橫川主斷面，鋼筋托梁的規格同一部皮帶檢修橫川、通風橫川主斷面；網片規格為40 mm×40 mm HB PP 30—30 MS 1.1 m×3.0 m的塑料護幫網護頂；錨桿布置為排距1000mm，間距800mm，每排4根。

北幫錨桿采用MGSC—20/24F玻纖樹脂錨桿，錨固力不小于80 kN，采用樹脂加長錨固，一支規格為Z2360的錨固劑，鉆孔直徑28 mm，錨固長度690 mm。北幫網規格為40×40mm，1.1×3.0m的塑料護幫網護幫。錨桿布置為排距1 000 mm，間距800 mm，每排4根。柱帽規格為200 mm×300 mm×50 mm。錨桿托盤規格為采用拱形高強度托板，托板規格為150 mm×150 mm×10 mm；SKP22×1/1860·8300錨索使用300mm×300mm×16mm平托盤。

3 施工工藝

3.1 臨時支護施工工藝

臨時支護方式：前探梁托網、鋼筋托梁臨時支護。前探梁規格：4 m長2吋圓鋼，2根。前探梁鉤環：4個（每根前探梁2個）。

臨時支護工藝流程：退機→降下截割臂→閉鎖掘進機→敲幫問頂找掉活矸活炭→翻轉托梁器→抬鋼筋托梁、網到工作面→將鋼筋托梁、網放到托梁器上（人員站到永久支護下）→升起截割臂→開動掘進機將鋼筋托梁、網移至合適位置→前移前探梁挑住網、鋼筋托梁→升緊截割臂并閉鎖掘進機→臨時支護空頂→及時進行永久支護。

3.2 永久支護施工工藝

頂錨桿施工工藝流程為：掘進出煤→臨時支護（上頂板網并用鋼筋托梁托住）→敲幫問頂找掉活矸活炭→頂板中部用錨桿鉆機鉆孔→清孔→樹脂藥卷放入鉆孔內→用錨桿頂住樹脂藥卷將其緩慢送入孔底→升起錨桿鉆機后用攪拌器聯接鉆機和錨桿尾部→鉆機轉動攪拌樹脂藥卷到規定時間（15～30 s）→停止攪拌后等待規定時間（1 min）→錨桿鉆機和錨桿尾部用安裝器聯接→開動鉆機擰螺母→人工旋轉鉆機擰緊螺母→施工其它頂板錨桿。

兩幫錨桿施工工藝：敲幫問頂找掉活矸活炭→用手持式煤幫鉆鉆幫錨桿孔→清孔→往鉆孔內放入樹脂藥卷→用錨桿頭部頂住樹脂藥卷并送入孔底→接金屬網→上鋼筋托梁→用攪拌器聯結手持式煤幫鉆和錨桿尾部→轉動手持式煤幫鉆攪拌樹脂藥卷至規定時間（15～30 s）→停止攪拌并等待規定時間（1 min）→用扳手擰緊螺母→施工其它兩幫錨桿。

錨索施工工藝：敲幫問頂找掉活矸活炭→定錨索孔位→用鉆機鉆錨索鉆孔→清理鉆孔→向鉆孔內送入樹脂藥卷→用錨索頭部頂住藥卷將其送入孔底→升起鉆機后用攪拌器聯接鉆機和錨索尾部→轉動錨索鉆機攪拌樹脂藥卷到規定時間（15～30 s）→停止攪拌后等待規定時間（1 min）→收縮錨桿機卸下攪拌器→等待15 min→套上托板安裝錨具→用張拉設備張拉錨索直到預緊力為110 kN。

4 結束語

針對1313綜放工作面巷道的實際工程情況，利用理論分析和工程類比，制訂出的錨桿支護方案及施工工藝，在實際生產中取得了良好的效果。

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