錨網索聯合支護技術在杜兒坪礦的應用

白根偉

(西山煤電集團公司杜兒坪礦，山西太原030022)

錨網索聯合支護技術在杜兒坪礦的應用

白根偉

(西山煤電集團公司杜兒坪礦，山西太原030022)

礦井生產中，合理的巷道支護在保證支護質量的同時降低了支護成本。現階段，錨網索聯合支護技術是回采巷道支護的主要形式之一。本文以杜兒坪礦62711工作面回風巷道為例，通過確定支護參數，采用錨網索聯合支護的方式，并應用數值模擬技術對支護方案進行評價，得出巷道掘進速度完全滿足采掘比要求，支護質量較好且取得了一定的經濟效益，可為其他礦井在類似地質條件下提供借鑒。

回采巷道;錨網索聯合支護;支護參數;數值模擬

據不完全統計，巷道支護成本一直以來都是影響礦井效益的一個重要因素，隨著開采深度的不斷增加，巷道支護成本也在不斷增加，主要原因是深部圍巖應力的急劇增加，其為巷道掘進和支護工作面增加了難度。目前，深部巷道掘進成本大約在1萬元/m，如果支護不合理，巷道還面臨返修的問題，支護成本將會增加。目前，煤炭產業正處于低迷時期，如何保證巷道的支護質量，降低巷道的支護成本就顯得尤為重要。

1 錨網索聯合支護

錨網索聯合支護包括錨桿、錨索、錨網及噴漿等支護技術，其中錨桿和錨索起到主要作用。錨桿、錨索的支護機理和特點如下:

1)錨桿支護的優勢為能夠快速、主動地對松軟巖層進行支護(示意圖見圖1)，利用懸吊理論增強了圍巖的穩定性。錨桿的錨固端固定于穩定巖層中，充分利用巖層自身的承載力。錨桿支護雖然沒有提高圍巖極限強度，但提高了圍巖破壞之后的殘余強度，而且使集中應力向深部轉移［1］．

2)錨索為柔軟索體，長度較大(一般為5～8 m)，且承載力較大，可達150 kN以上。其主要起著懸吊和組合加固作用，該作用使巷道上部巖層的應力向煤幫及圍巖深部轉移，降低了巷道周邊的應力分布。預緊力是錨索支護的一個重要參數，施加得當則組合作用明顯，施加不夠則只能發揮錨索的懸吊作用［2］．

圖1 錨桿支護示意圖

隨著巷道掘進和支護工作機械化水平的提高，目前錨網索聯合支護基本達到了全程機械化作業，施工速度快，質量較高，已被廣泛應用于煤礦的巷道支護工作。

2 工程概況

杜兒坪礦隸屬于西山煤電集團，位于呂梁山脈中麓、太原市以西20 km處的西山煤田東北部，北接西銘礦，南通官地礦、白家莊礦業公司，西鄰東曲礦。1956年1月1日建礦，經過5次改擴建，礦井年設計生產能力為500萬t．采、掘全部機械化，通風、機電、運輸、采掘裝備、提升、選矸等主要環節能力均達到國內同類礦井先進水平。杜兒坪礦62711工作面回風巷位于北七盤區，工作面沿2#煤頂板施工。煤層平均厚度1.90 m，煤層平均傾角2°，節理發育明顯。地面標高:1 500～1 740 m;井下工作面標高:1 045～1 065 m;蓋山厚度435～687 m，平均561 m．該工作面巷道主要采用矩形斷面設計，凈寬4 200 mm，凈高2 800 mm．

3 錨網索聯合支護在回采巷道中的應用

杜兒坪礦62711工作面的直接頂為5.12 m厚的灰細砂巖，富含植物碎屑化石及白云母片裂隙發育，容易在巷道掘進過程中出現不同程度破碎。煤層基本上處于近水平賦存，埋深屬于中深部煤層。結合現階段杜兒坪礦井生產的主要支護形式及該工作面的地質條件，為保證工作面正常銜接，不出現工作面交替間接緊張的狀況，對比各種支護形式，決定在該巷道采用錨網索聯合支護。

3.1 支護參數的確定

1)錨桿桿體參數的確定。

該巷道錨桿桿體采用d20 mm×L2 000 mm螺紋鋼錨桿，托盤采用150 mm×150 mm×10 mm+調心球墊+減磨墊圈(見圖2)．錨固方式為樹脂端部錨固，錨固長度按照常規設計為1 326 mm，所以，每根錨桿需3個樹脂藥卷。錨桿長度是桿體的最重要參數，長度太小，不能發揮錨桿的支護作用;桿體太長，會造成支護材料的浪費，增加成本，且桿體抗剪切能力減弱。其中頂錨桿的計算見式(1)、(2)、(3)［3－4］，因為頂板破壞高度在0.2～1.6 m，經計算頂板破碎平均高度0.88 m，所以，可按下列方法確定支護參數:

錨桿長度Lbr:

式中:

Δ—錨桿外露長度與錨固段長度之和，m，取1.0．

錨桿桿體直徑d:

式中:

d—錨桿桿體直徑，mm;

Q—錨固力，由拉拔試驗確定，kN，取90;

σt—桿體材料抗拉強度，MPa，取500．

得:d=16.27 mm

經計算，巷道采用d=20 mm螺紋鋼錨桿。錨桿排距Dr:

式中:

Dr—錨桿排距，m;

Pr—錨桿拉拔力，螺紋鋼錨桿，kN，取90;

K—安全系數，取3．

計算得:Dr=1.28 m，但根據實際情況取1 m，結合臨區支護經驗每排布置5根錨桿。

圖2 左旋無縱筋螺紋鋼錨桿圖

經過計算得出，杜兒坪礦該工作面巷道頂錨桿頂部布置5根，間排距為875 mm×1 000 mm;兩幫布置3根錨桿，間排距800 mm×1 000 mm．

2)錨索參數的確定。

錨索索體選擇單根鋼絞線，直徑為21.6 mm，只布置在頂板中。錨索按照頂板情況選擇長度為5 300 mm，經過實踐證明，該長度完全滿足實際需要。金屬托盤規格為250 mm×250 mm×16 mm(孔d22 mm)．錨索間排距的確定是發揮錨索作用的重要參數，一般按照等間距布置。按照式(4)進行理論計算［5］:

式中:

K1—安全系數，取1.5;

T—錨索額定破斷載荷，kN，取450;

Q—沿巷道走向每米潛在冒落拱內巖體重量，kN，取210．

經計算得出，杜兒坪礦該工作面回風巷道錨索間排距為2 000 mm，即頂板上方采用錨索布置為矩形布置，間排距為2 400 mm×2 000 mm，錨索錨固端長度為1 326 mm．

綜上所述，最終確定杜兒坪礦62711工作面回采巷道支護參數，布置示意圖見圖3．另外，為防止碎矸和裂隙等造成的安全隱患，保證支護質量，在頂板鋪設d4 mm×2 100 mm×1 100 mm鋼筋網，兩幫布置2 000 mm×2 400 mm菱形金屬網，每隔200 mm用10#鐵絲捆綁嚴實，有效保證了巷道的支護質量［6］．

圖3 62711工作面回采巷道支護布置示意圖

3.2 支護效果

在支護設計完成后，應用FLAC3D數值模擬技術對該支護方案進行評價，模擬圖見圖4，圖5．從圖4可以看出，巷道的垂直應力主要分布于兩幫位置，水平應力主要分布在巷道頂板中．從圖5看出，垂直位移最大的位置在頂板，水平位移最大量在巷道靠近采空區一側的煤幫中。在該方案的支護下，巷道圍巖位移量很小。在施工完成28 d后對巷道圍巖進行測量，兩幫移近量為30～50 mm;頂底板移近量約為100 mm，完全滿足支護要求。

圖4 巷道垂直應力和水平應力分布圖

圖5 巷道垂直位移和水平位移分布圖

4 結束語

錨網索聯合支護技術具有施工速度快、機械化程度高、支護效果好等優點，已經成為煤礦各類巷道的主要支護方法。杜兒坪礦62711工作面回風巷道應用該技術后，巷道掘進速度完全滿足采掘比要求，支護質量較好，幾乎不需要后期維護，節省了時間，取得了一定的經濟效益。

［1］李偉，白光超．錨網索聯合支護在大斷面托頂煤切眼中的應用［J］．煤炭科學技術，2010，02(25):35－36.

［2］秦廣鵬，蔣金泉．大變形軟巖頂底板煤巷錨網索聯合支護研究［J］．采礦與安全工程學報，2012，3(15):66－68.

［3］李書民，孫小巖．深部回采巷道錨網索聯合支護技術實踐［J］．煤炭科學技術，2012，1(12):25－26.

［4］侯運炳，高振亮．屯蘭礦軟巖巷道錨網索聯合支護技術研究［J］．中國礦業，2014，11(15):21－22.

［5］唐建新，鄧月華．錨網索聯合支護沿空留巷頂板離層分析［J］．煤炭學報，2010，11(15):46－47.

［6］陳楊．焦家寨礦全煤巷道錨網索聯合支護技術研究［D］．北京:煤炭科學研究總院，2014.

Application of Bolt－mesh－anchor Combined Support Technology in Du＇erping Coal Mine

Bai Genwei

Itensures the supportquality and reduces the support costs of reasonable roadway support in production of coalmine．At the present stage，bolt－mesh－anchor combined support is one of the main form of mining roadway supporting．Takes Du＇erping coalmine 62711 working facemining roadway as the example，adopts the form of bolt－mesh－anchor combined support by ensuring supporting parameters，and using numerical simulation technique to evaluate the supporting scheme．It obtains that the rate of roadway advance is completely satisfied the requirement ofmining and excavation ratio，the support quality isbetter and has a certain economic benefits．It can provide reference for other coalmine in the similar geological condition．

Mining roadway;bolt－mesh－anchor combined support;Support parameter;Numerical simulation

TD353

B

1672－0652(2015)09－0024－03

2015－07－30

白根偉(1981—)，男，山西五臺人，2010年畢業于中國礦業大學，工程師，主要從事礦井安全生產管理工作(E－mail)66307191@qq．com