祁南煤礦切眼支護設計

摘 要：本文首先介紹了支護設計中的鄰近巷道支護變形情況和斷面形狀，其次對支護參數進行設計，包括錨網索支護參數設計和錨索支護參數設計，最后提出了礦壓監測方案和其他要求，以供參考。

關鍵詞：煤礦；支護；巷道；設計

1 概述

地質構造情況：根據三維地震勘探及巷道揭露資料分析，該區域為單斜構造，地層走向近南北，傾向東，傾角8～15°，平均約12°，局部有一定的起伏變化。

2.支護設計

2.1鄰近巷道支護變形情況

機巷變形觀測點幫頂收縮量最大值分別為：G13測點頂板下沉量最大為26mm，底鼓量最大為33mm，左幫收縮量最大為34mm，右幫收縮量最大為29mm，其中G13點變形量最大，距切眼距離460m；液壓枕變化最大值15MPa，6#離層儀淺孔變化最大值28mm，7#深孔變化最大值16mm。

（1）巷道支護方式設計，在一般情況下，頂板較完整，圍巖穩定時，優先采用錨帶網索支護。設計依據：34下6工作面頂底板巖性及圍巖特征；34下6工作面機巷錨桿支護變形特點；

（2）依據34下5工作面頂底板條件，結合34下6機巷采用錨帶網索支護效果、能很好的達到支護要求。

2.2斷面形狀

根據設計巷道的支護條件、支護方式以及巷道斷面要求、巷道礦壓顯現特點等，采用矩形斷面。導硐側斷面規格：凈寬×凈高=5.0×3.0m；刷大側斷面規格：凈寬×凈高=2.2m×3.0m；切眼總斷面規格凈寬×凈高=7.2m×3.0m。

3 支護參數設計

3.1 錨網索支護參數設計

3.1.1 錨桿參數設計

（1）錨桿長度

依據公式：L頂=L1+D+L2；L幫=L1+Z+L3；L3 =[（1+f煤）/（1+2f煤）]+[B-1/B+1]。式中：L1—錨桿外露（煤巖體）長度，取0.15m； L2—錨桿伸入松動圈外的長度，取0.6m；D—取圍巖的松動圈D，取1.3m；Z—兩幫錨桿的最小錨固長度，取0.5m；L3—兩幫在有效承載區的錨固長度；F煤—煤層的普氏系數，取3；B—巷道寬度。

公式計算得頂錨桿長度為2.05m，幫錨桿長度1.83m。 考慮鉆孔、錨桿打按角度等因素，頂錨桿設計長度選取2.4m，幫錨桿設計長度2.0m。

（2）錨桿直徑

依據公式：φ=（KQ/0.25πσcosα）1/2。式中：K—圍巖動壓等影響系數，取1.2；Q—頂錨桿錨固力取100KN，幫錨桿錨固力取80KN；σ—頂錨桿抗拉強度取490MPa，幫錨桿抗拉強度取420MPa；α—頂板巖層傾角，取20°；

由公式計算結果，φ頂=18.2mm，φ幫=17.6mm，綜合分析34下6工作面切眼圍巖特性及工程實例，取頂錨桿選用φ22mm，幫錨桿選用φ20mm。

（3）錨桿錨固長度

依據公式：L= Q/πdp。式中：Q—錨桿錨固力；d—錨桿孔徑；p—樹脂藥卷與鉆孔之間的摩擦力，頂板為巖石取5MPa，兩幫為煤層取2MPa。

由公式計算，可得頂錨桿錨固長度為227mm，兩幫錨桿錨固長度為398mm；采用加長錨固方式，每根錨桿采用兩節Z2550型中速樹脂藥卷加長錨固。

（4）支護密度及間排距

依據公式：Ps=K2Dγd/Q。式中：Ps—支護密度；K2—采動等影響系數，取3.5；D—松動圈厚度，取1.3m；γd — 巖石容重，25.7KN/m3。

由公式計算，Ps頂=1.26根/㎡，Ps幫=1.46根/㎡。綜合考慮巷道寬度、圍巖巖性等因素，設計錨桿間排距為800×800mm，Ps=1.56根/㎡，大于幫頂理論支護密度，滿足支護強度要求。

3.1.2 錨索支護參數設計

錨索的主要作用是把冒落拱中的巖石懸吊起來，在錨桿支護失穩時能懸吊冒落拱中巖石的重量，繼續起作用，提高巷道維護的可靠性。

（1）錨索的排距機長度確定：

依據公式：X=X1+X2+X3=0.2+1.8+2.5=4.5m。式中：X1—錨索外露長度，取0.2m；X2—錨索錨固長度；X3—潛在不穩定巖層高度，m；錨索長度取6.5m。

（2）錨索的密度確定

依據公式：Ps=kDγd/Q。式中：K—安全系數取1.3；D—松動圈厚度，取1.3m；γd—巖層的容重，25.7KN/m3；Q—錨索的設計錨固力，350KN。

根據上述公式計算，頂板錨索的密度Ps=0.124根/m2，1/PS頂=8.06m2/根?？紤]安全起見，全切眼錨索布置方式為“三·三”布置，錨索間排距確定為2000×1600mm，錨索密度3.52m2/根，錨索布置方式：全切眼巷中布置一根，分中2m各布置一根，錨索配合大托盤400×400mm。

其它要求：一是刷大時還要采取單體鉸接梁加強支護，一梁一柱，挑棚長度不小于7.0m。二是在異常地段支護，在斷層破碎帶附近及遇到頂板淋水等地質構造情況，適當縮小間錨桿支護排距、增加錨索支護密度或補架工字鋼棚，并輔助挑棚支護。

4 礦壓監測方案

4.1 觀測目的

通過對34下6工作面切眼的圍巖變形、錨桿及錨索受力等參數進行礦壓觀測，判斷原支護方式及支護參數的合理性。

4.2 觀測內容

一是觀測巷道表面收斂、深部位移；二是巷道頂板離層；三是頂、幫錨桿（索）錨固力、受力。

4.3 觀測方案

在切眼分別布置兩個測點，切眼上下三岔門各布置一個測點，測點間隔30～50m，在每一個測點進行上述四項觀測內容的觀測。分別進行掘進階段礦壓觀測。

（1）巷道表面收斂

其測量包括巷道兩幫收斂、頂板下沉及底臌等。一個測站布置3個觀測斷面，間距不大于20m。其測量包括巷道兩幫收斂、頂板下沉及底臌等。

（2）巷道頂板離層

利用頂板離層指示儀監測頂板錨固范圍內及錨固范圍外離層值，頂板圍巖離層一個測站布置1個觀測斷面。

（3）頂、幫錨桿（索）錨固力

錨桿錨固力采用錨桿拉力計進行拉拔試驗測定，錨索錨固力采用錨索張拉千斤頂測定。使用錨桿（索）測力計檢測錨桿（索）的受力。一個測站布置1個觀測斷面，布置四個點測試，將測力計安設在1根錨索上，三根錨桿上（頂、兩幫各1根）。

4.4 觀測所需儀器

5 設計說明及其它要求

本設計為初始設計，要在施工中進行驗證，根據礦壓觀測和施工反饋信息，及時修改、補充，進一步完善設計方案與參數。巷道施工后，及時觀測巷道頂板變形情況應加密到5m一組觀測點，如頂板下沉超過60mm，及時采用液壓單體+鉸接梁補強。切眼內除支護外當頂板下沉量超過100mm時在巷道中另增加2趟單體+鉸接梁進行補強。液壓單體初撐力不小于70KN。

參考文獻：

[1]李中超，田奇偉.大斷面切眼一次成巷聯合支護技術的應用[J].中州煤炭. 2015（11）

[2]賀天才.切眼大斷面錨桿支護技術的應用[J].山西煤炭. 2002（04）

[3]崔智勇，郭靈飛.大斷面綜放開切眼錨桿支護設計與圍巖穩定性研究[J].煤炭技術. 2011（10）

作者簡介：

趙洋，男，漢族，1985年出生，黑龍江省大興安嶺地區加格達奇區人，畢業于黑龍江科技學院，采礦工程專業，工程師，主要從事煤礦技術管理工作。endprint