研究某煤礦頂幫支護的優化設計

石雷

冀中能源股份有限公司東龐礦 河北邢臺 054200

支護設計是巷道支護中的重要技術組成部分，可發揮錨桿、錨索支護的優勢，保證巷道的安全性，對煤礦生產及運行工作的實施奠定良好基礎。縱觀當前國內外支護設計的實際情況，多通過工程類比法、理論計算法及數值模擬法等進行計算。文章以石圪臺煤礦為例，結合具體的情況分析煤礦頂幫支護優化設計的方式，希望能夠對相關研究帶來參考作用。

1 某煤礦地質環境

石圪臺煤礦頂板屬于陸相河湖三角洲體系沉積，受到環境侵蝕的情況，煤系、煤層存在不同程度被剝蝕的現象。頂板巖性主要是灰白色細－中粒長石砂巖，泥巖及砂質泥巖。煤層頂板巖性多數是粉砂巖、泥巖。

依照中國礦業大學頂板分型的標準，石圪臺煤礦頂板分類中Ⅲ、Ⅳ類居多，局部具有Ⅰ、Ⅱ類頂板，且頂板相對比較復雜[1]。2-2上煤和2-2煤屬于2個交叉復合煤層，在對齊頂板穩定性評估期間，具體是對上分層與復合區煤層頂板的穩定性進行評估。2-2上煤和2-2煤層易于受到諸多因素的影響，主要是Ⅰ、Ⅱ類頂板，面積大致相同[2]。Ⅳ類頂板處于煤礦北部、東部邊界位置，3-1煤頂板穩定性類型主要是Ⅱ類頂板。

2 順槽支護設計方案

2.1 順槽支護模式

2-2上煤和2-2煤巷道高2.4m，以錨桿、鋼筋網片及錨索的方式支護處理，每列包含5個錨桿，間距設置為1-1.3×1m，巷道轉角位置錨桿間距是0.8m×0.8m。主運順槽的錨索設計中，可以根據2m×3m的規格進行設計，且可以在轉角位置放置1根W鋼帶，全斷面放置鋼筋網片。回風順槽錨索設計中，可以根據2m×2m的規格設計，且同樣在轉角位置放置W鋼帶1根，斷面完全鋪設鋼筋網片。2-2上煤和2-2煤巷道幫部位置可以不防止支護網片，主要是對片幫實施支護處理。

3-1煤巷道高3.4m，可以應用錨桿、鋼筋網片及錨索支護的方式處理，每一列包含5根錨索，間距在1-1.3×1m之間，巷道抹角位置間距是0.8m×0.8m。主運順槽的錨索設計中，間距設計為3m，聯巷抹角位置增加W鋼帶1根，斷面均鋪設鋼筋網片。正幫不予支護處理，副幫幫錨桿距設置距離是1.5m×1.9m。回風順槽錨索每排間距是2m×3m，每一排包含2根錨索。聯巷抹角位置位置增加W鋼帶1根，且斷面均實施網片鋪設處理。正幫支護散錨桿間距設計是1.5mm×1.02mm五花設計，副幫幫錨桿距離設計是1.5m×0.95m的五花設計。

2.2 材料參數

頂錨桿設計中，若巷道高度≥2.8m，則應用φ18mm×2100mm螺紋鋼錨桿；若巷道高度＜2.8的情況下，則使用φ18mm×1800mm圓鋼錨桿。錨索規格設計為17.8mm×6500mm。鋼筋網片的參數設計，鋼筋φ6.5，網孔150mm×15mm，連接搭接100mm，網片寬度1.1m，網片長度則需要依照巷道的寬度予以設計。

幫錨桿規格：3-1煤副幫選取16mm×1200mm的圓鋼錨桿，4冷拔絲，網孔參數是150mm×150mm，連接100mm，網片寬度1.6m[3]。網片長度依照巷道的寬度進行設計。正幫應用18mm×1600mm的玻璃鋼錨桿。

2.3 理論計算核對

以工程類比法對支護參數選擇的合理性進行分析，結合地質環境，22上303掘進工作面直接頂是粉砂巖、砂質泥巖及中粒砂巖，厚度在1.6-6.7m之間[4]。老頂具體包含細粒砂巖、泥巖及粉砂巖等，厚度在5.9-12.5m之間。結合工作面地質資料的巖性特征，可以應用φ18mm×1800mm的圓鋼錨桿，對其支護參數核算，公式為：

錨桿長度計算（懸吊理論）：L≥K·H+L1+L2

在公式中，L表示錨桿的長度，單位是m；H表示冒落拱的高度，單位是m；K代表安全參數，通常K=1.5；L1表示錨桿進入穩定巖的深度，通常取0.7m；L2表示錨桿在巷道內的外露數值，一般規定＜0.05m。

頂幫支護設計中，面積最大值是1.2×1=1.2m2。在具體的設計過程中，需要綜合考量地質環境、生產技術及設備應用情況等因素，將錨桿加固的組合梁合理應用到巖層中，細致核對錨索的間距，保證數據及參數設計的合理性。

3 結語

煤礦頂幫支護設計的方式及重視程度，對整體煤礦生產工作的有序開展、安全管理均能夠產生重要影響。在支護形式、參數不合理的情況下，則會直接造成資源浪費、成本增加的問題，同時對生產人員的安全也會產生不利影響。現代煤礦設計單位需要強化頂幫支護設計的重視程度，發揮安全防護的作用，更好的達到生產目標，提升經濟效益。