何洪亮

摘要：目前，錨桿、錨索支護(hù)已應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外大部分煤礦，其變傳統(tǒng)被動(dòng)支護(hù)為主動(dòng)支護(hù)的理念，已經(jīng)得到國(guó)內(nèi)外相關(guān)專家與使用單位的認(rèn)可。針對(duì)涼水井煤礦在以前巷道掘進(jìn)過(guò)程中，對(duì)巷道支護(hù)設(shè)計(jì)僅僅是利用施工過(guò)的經(jīng)驗(yàn)來(lái)設(shè)計(jì)，存在設(shè)計(jì)不規(guī)范的問(wèn)題，可能會(huì)導(dǎo)致支護(hù)強(qiáng)度達(dá)不到巷道支護(hù)的要求，發(fā)生頂板冒落事故。掘進(jìn)一隊(duì)技術(shù)員根據(jù)煤巷錨桿、錨索支護(hù)參數(shù)確定的原則以及施工過(guò)的巷道支護(hù)經(jīng)驗(yàn)，然后進(jìn)行井下監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證、修改和完善了煤巷掘進(jìn)支護(hù)設(shè)計(jì)，做到用數(shù)據(jù)和理論依據(jù)說(shuō)話。

關(guān)鍵詞：涼水井煤礦 支護(hù) 錨桿 錨索 應(yīng)用

0 引言

3-1煤層除火燒區(qū)和風(fēng)化帶以外，煤層及頂?shù)装鍖儆谳^穩(wěn)定煤巖層，根據(jù)地質(zhì)鉆孔資料預(yù)計(jì)，掘進(jìn)一隊(duì)將施工的31101回風(fēng)巷煤層頂板穩(wěn)定巖層厚度大于6m。

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圖1 3-1煤綜合柱狀圖

根據(jù)煤礦煤層的賦存條件及頂板巖石變化特點(diǎn)，結(jié)合巷道圍巖變形實(shí)際情況，巷道錨桿錨索支護(hù)的設(shè)計(jì)主要包括：首先對(duì)巷道圍巖進(jìn)行綜合分析。選擇錨桿、錨索組合支護(hù)形式，以形成群錨效應(yīng)維護(hù)巷道圍巖的穩(wěn)定。適當(dāng)用網(wǎng)片和鋼梁加強(qiáng)強(qiáng)度及韌性，以形成高強(qiáng)錨固體系，并適應(yīng)巷道圍巖的較大變形。確定合理的巷道斷面形狀，進(jìn)行支護(hù)選型。綜合上述支護(hù)參數(shù)的設(shè)計(jì)結(jié)果、結(jié)合鉆孔窺視儀等設(shè)備所觀察到的圍巖結(jié)構(gòu)情況和目前巷道支護(hù)效果進(jìn)行分析，最終確定出合理的支護(hù)參數(shù)。

1 支護(hù)材料以及支護(hù)參數(shù)確定

1.1 錨桿支護(hù)參數(shù)的確定

1.1.1 采用計(jì)算法校核支護(hù)參數(shù)

①頂錨桿通過(guò)懸吊作用，幫錨桿通過(guò)加固幫體作用達(dá)到支護(hù)效果的條件，應(yīng)滿足：

L≥L1+L2+L3

式中L——錨桿總長(zhǎng)度，mm；

L1——錨桿外露長(zhǎng)度（鋼筋網(wǎng)厚度+托板厚度+螺母厚度+<20～30>mm，此處頂、幫錨桿均取100mm），mm；

L2——錨桿有效長(zhǎng)度，mm；

L3——錨桿錨固長(zhǎng)度（這里頂錨桿取800mm），mm。

錨桿有效長(zhǎng)度L2的確定方法：一是采用聲波法測(cè)出巷道圍巖松動(dòng)圈范圍；二是采用巖層探測(cè)分析儀進(jìn)行測(cè)量；三是采用解釋法中普式自然平衡拱理論確定L2。

巷道頂錨桿L2的確定：

f≥3時(shí)，L2=B/2f

f≤2時(shí)，L2=■[■+Hcot（45°+■）]

巷道幫錨桿L2的確定：L2=■+■

式中B、H——巷道掘進(jìn)跨度和高度，取B=5.2m，H=3.2m；

f——頂板巖石普氏系數(shù)，頂板為粉砂巖，取4.0；

φ——兩幫圍巖的似內(nèi)摩擦角，φ=1/2arctan（f頂）=38°。

由于我礦4-2煤頂板為粉砂巖，巖石硬度系數(shù)取4，大于3，因此巷道頂錨桿L2=B/2 f=5.2/（2×4）=0.65m

依據(jù)上述公式計(jì)算得出：頂錨桿長(zhǎng)L頂≥1550mm。

所選頂錨桿長(zhǎng)度L=2100mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足驗(yàn)算要求。

②按錨桿所能懸吊的重量校核錨桿的間、排距：每根錨桿懸吊巖體重量G=γL2a2，錨桿錨固力Q應(yīng)能承擔(dān)G的重量。為安全起見，在考慮安全系數(shù)k，取k=2。

kG

式中 a——錨桿間、排距，m；

L2——有效長(zhǎng)度，2.1m頂錨桿實(shí)際有效長(zhǎng)度為1.2m；

γ——巖體的容重，取26.7kN/m3。

a<（Q/kγL2）1/2所選頂錨桿的錨固力Q≥85KN，計(jì)算得a<1.15m

通過(guò)以上計(jì)算，間、排距取800mm×800mm選擇合理，能滿足計(jì)算要求。

③錨桿直徑的確定。錨桿直徑d可根據(jù)桿體承載力與錨固力等強(qiáng)度原則確定，即：

d=35.52■

式中 d——錨桿直徑，mm；

Q——錨固力，85KN；

σt——桿體材料抗拉強(qiáng)度，400MPa。

則d=16.37mm，故取錨桿直徑18mm符合要求。

通過(guò)以上計(jì)算，錨桿選取Φ18×2100mm二級(jí)螺紋鋼筋錨桿選擇合理，能滿足計(jì)算要求。

1.1.2 采用工程類比法合理選擇支護(hù)參數(shù)。根據(jù)涼水井煤礦311盤區(qū)礦壓觀測(cè)資料和我礦以往同煤層采掘巷道的支護(hù)經(jīng)驗(yàn)，31101回風(fēng)巷頂板采用Φ18×2100mmⅡ級(jí)螺紋鋼筋錨桿支護(hù)，錨桿排列方式每排七根，矩形布置，間、排距為800mm×800mm，每根錨桿使用一支MSCK2335和一支MSZK2360型樹脂藥卷；托盤采用規(guī)格為120mm×120mm×8mm的Q235鋼板；鋼筋網(wǎng)片采用Φ6mm鋼筋經(jīng)調(diào)直后焊接而成，網(wǎng)片尺寸為2600mm×1000mm，網(wǎng)格規(guī)格100mm×100mm，相鄰兩片網(wǎng)搭接100mm，沿搭接長(zhǎng)度每間隔300mm用14#鐵絲連接綁扎；鋼梁采用Φ14mm圓鋼加工而成，鋼梁長(zhǎng)度5000mm，鋼梁排拒800mm；錨索長(zhǎng)度6500mm，采用Φ15.24mm的鋼絞線加工而成，錨索托盤采用15mm的鋼板加工，規(guī)格為300mm×300m×15mm，每根錨索安裝兩支MSCK2335和一支MSZK2360型樹脂藥卷，錨索一、二菱形布置，間排距為2400mm×1600mm，詳見圖2。

1.2 錨索支護(hù)參數(shù)的確定

①錨索長(zhǎng)度的確定

X=X1+X2+X3

=250+5200+1030

=6480mm

式中 X——錨索總長(zhǎng)度，mm；

X1——錨索外露長(zhǎng)度，取250mm；

X2——潛在不穩(wěn)定巖層高度，按最嚴(yán)重冒落高度即巷道跨度B，取5200mm；

X3—錨索錨固長(zhǎng)度，經(jīng)計(jì)算取1030mm。

所選錨索長(zhǎng)度X=6500mm，滿足要求。

②錨索排距確定

S=3σ/4B2γk

=3×260/（4×5.2×2×26.7×0.5）

=1.4m

式中S——錨索排拒，m；

σ——錨索最低破斷載荷，260kN；

B——巷道寬度，5.2m；

γ——巖體的容重，取26.7kN/m3；

k——安全系數(shù)，取0.5。

由于巷道寬度為5.2m，因此，布置3排錨索，排距為1.2m，沿巷道中間菱形布置，具體見圖3。

③錨索間距確定

m=0.85B/n=0.85×5.2/3=1.5m

式中 m——錨索間拒，m；

B——巷道寬度，5.2m；

n——排數(shù)，取3。

結(jié)合我礦井下實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)以及3-1煤頂板巖性情況，31101回風(fēng)巷頂板采用φ15.24mm×6500mm的

鋼絞線錨索，布置3排，交叉菱形布置，間距1.6m，排距1.2m。

參考文獻(xiàn)：

[1]晁建軍，郭朋星.淺談煤巷錨桿、錨索支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)[J].山東煤業(yè)科技，2010（04）：112-146.

[2]編委會(huì).礦井支護(hù)施工建設(shè)新技術(shù)新方案與產(chǎn)品選型設(shè)計(jì)及工程質(zhì)量監(jiān)測(cè)、應(yīng)用實(shí)例分析實(shí)用手冊(cè)[M].北方工業(yè)出版社，2008.3.

[3]程謨柏.煤巷錨桿支護(hù)原理分析[J].china Science &Techn-;

ology Overview，2010.

[4]劉守君.錨桿支護(hù)原理及應(yīng)用[J].有色金屬，2009（03）.