鄭溝灣1107工作面復合頂板巷道支護研究

蘇迎江 范宗乾

摘 要：鄭溝灣礦1107工作面為典型復合頂板巷道，在工作面巷道掘進及開采過程中面臨頂板極易離層、冒落，兩幫移近、片幫及整體下沉，傳統支護方式難以維穩等問題，本文分析了鄭溝灣礦1107工作面復合頂板變形破壞的主要原因，研究錨桿支護設計，計算了適應于工作面的巷道支護參數、預緊力等，有效減少了巷道圍巖變形，為巷道圍巖的穩定提供了技術支持與保障。

關鍵詞：復合頂板 變形破壞 錨桿支護 預緊力

中圖分類號：TD325 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）02（a）-0143-02

1 工作面概況

1107工作面位于11采區運輸上山西側，北部為1109工作面采空區，南部為未采煤體。1107工作面為1106工作面的接替面，其煤層柱狀圖如圖1所示。

2 復合頂板分析

2.1 面臨問題

經實際勘測及地質情況分析1107工作面巷道圍巖差異性大，為非均質層狀賦存[1]是典型復合頂板構造，開采過程中面臨以下問題。

（1）頂板極易離層、冒落，難以形成承載結構。

（2）強烈的兩幫移近、片幫及整體下沉。

（3）傳統支護方式，如工字鋼支架、U型鋼可縮支架支護較長時間內難以趨于穩定，變形量大。

2.2 復合頂板破壞原因分析

（1）偽頂厚度較大（1.2～1.9 m），頂板弱、夾層硬，受采礦活動所引起的應力集中和應力重分布的影響，發生屈曲破壞[2]。

（2）復合頂板各巖層的節理裂隙發育[3]，造成頂板自承能力降低。

（3）錨桿的主動支護作用較差，采用木托盤，錨桿沒有達到規定的預緊力。

（4）復合頂板的初期離層量和變形量較大，頂板的穩定性持續惡化，且各巖層間黏結力較弱甚至無黏結力[4]，頂板迅速離層、下沉，并逐步向頂板深部擴展[5]，最終導致復合頂板的大變形以至破壞。

3 支護設計

針對1107工作面復合頂板巷道變形破壞原因設計錨桿支護參數：

（1）巷道錨桿支護參數計算錨桿長度計算。

L=L1+L2+L3

式中：

L1為錨桿外露長度，取0.1 m；

L2為錨桿有效長度，取1.1 m；

L3為錨固段長度，取0.5 m；

計算得L==1.7 m。

錨桿直徑確定：

式中：a為錨桿桿體直徑；

Q為錨桿設計錨固力，取75kN；

Qt為桿體材料抗拉強度，取375 MPA：

計算得a=15.89 mm，即錨桿直徑取16 mm。

錨桿間、排距確定：

a為錨桿排、間距；

K為錨桿安全系數，K=1.7；

Y為巖石容重，Y=22.45 kN/m3；

L2為錨桿有效長度，L2=1.2～1.9 m；

Q為錨桿設計錨固力，Q=75 kN；

（2）預緊力的計算。

懸吊巖石重量M；

M=a*h*Y

a為錨桿間、排距；

h為（懸吊巖石）偽頂厚度 h=1.2 m～1.9 m；

Y為巖石容重，Y=22.45 kN/m3；

預緊力為懸吊巖石重量的1.2倍。

在錨桿間排距為1 m×1 m時，懸吊巖石重量：

當偽頂厚度為1.2 m時，M=a*h*Y =26.94 kN。

當偽頂厚度為1.9 m時M=a*h*Y= =42.66 kN。

在錨桿間排距為1 m×1 m時，預緊力：

當偽頂厚度為1.2 m時，預緊力F== 32.33 kN，此時預緊力至少要求達到33kN，即3.3 t。

當偽頂厚度為1.9 m時，預緊力F== 51.19 kN，此時預緊力至少要求達到52KN，即5.2 t。

通過以上計算預緊力不得小于5.2 t，扭矩不得小于140 N·m。

4 工程實踐

對1107工作面順槽（回風順槽、運輸順槽），進行破頂支護，放掉0.8 m的偽頂（不同地段放掉的偽頂厚度根據復合頂板上部第一分界層情況來確定），全錨桿支護。錨桿：φ16×2200 mm，錨桿間距1.0 m，錨桿排距1.0 m，鐵托盤：150 mm ×150 mm×8 mm，鋼筋網100 mm×100 mm。巷道成巷后，只需加強監測，在圍巖變形嚴重的局部區域，做特殊的聯合支護，進行補強加固。順槽支護布置如圖2、圖3所示。

5 結論

復合頂板的變形破壞主要是由于支護不力導致頂板初期離層量和下沉量較大，頂板的穩定性惡化，加之復合頂板各巖層節理裂隙發育，風化、遇水膨脹，導致復合頂板破壞。選擇合理的錨桿支護參數、預緊力可有效提高復合頂板的強度和剛度，控制復合頂板離層，本文由復合頂板破斷原因入手，設計了錨桿支護參數及布置方式，在鄭溝灣礦1107工作面的圍巖控制中取得了良好的效果。

參考文獻

[1] 柏建彪，侯朝炯.復合頂板極軟煤層巷道錨桿支護技術研究[J].巖石力學與工程學報，2001（1）.

[2] 宮顯斌.復合頂板條件下煤巷錨桿支護技術[J].煤炭科學技術，2000，17（10）：7-9.

[3] 史元偉.采煤工作面圍巖控制原理和技術[M].徐州：中國礦業大學出版社，2003.

[4] 侯朝炯，郭勵生.煤巷錨桿支護[M].徐州：中國礦業大學出版社，1999.

[5] 李英明.影響煤巷錨桿支護初錨力的主要技術因素分析[J].煤礦開采，2005，10（4）：45-48.