劉培東

（1.太原理工大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院，太原 030024；2.華融龍宮煤業(yè)有限公司，山西 忻州 034114）

華融龍宮礦煤巷全錨支護(hù)技術(shù)在順槽巷道和開拓準(zhǔn)備巷道已得到些推廣，但在綜采面大切眼的全錨支護(hù)技術(shù)尚屬首次。以往的綜采大切眼均用棚式支護(hù)施工，或者先按一個(gè)較小斷面掘進(jìn)，等到整個(gè)工作面形成系統(tǒng)后；再刷大的方式施工。針對(duì)逐步采用綜采切眼大斷面錨桿支護(hù)技術(shù)，保證工作面如期投入回采，開展本文課題研究。

1 綜采切眼錨桿支護(hù)的設(shè)計(jì)方法

1）龍宮礦首次采用綜采面大切眼全錨支護(hù)技術(shù)，為了慎重，參閱了國(guó)內(nèi)礦井成功案例，經(jīng)過(guò)與各礦的工作面位置、地質(zhì)巖層、圍巖結(jié)構(gòu)、圍巖強(qiáng)度、工作面參數(shù)的比對(duì)分析，綜合大切眼施工的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，尤其是三岔口局部大斷面錨桿錨索的維護(hù)經(jīng)驗(yàn)值，為初始設(shè)計(jì)提供了可靠的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)。

2）針對(duì)22103工作面圍巖復(fù)雜的特點(diǎn)，在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查基礎(chǔ)上，根據(jù)圍巖參數(shù)與已有實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)法與懸吊理論相結(jié)合的方法，確定出較合理的初始參數(shù)[1]。首先根據(jù)本礦多年積累的數(shù)據(jù)，由頂板冒落高度、錨桿錨入穩(wěn)定巖層的深度、及其外露長(zhǎng)度確定錨桿參數(shù)。然后再以錨桿設(shè)計(jì)錨固力、錨桿有效長(zhǎng)度、懸吊砂巖的重力密度、巖層傾角，確定其間排距。因?yàn)殄^索機(jī)理與錨桿相似，其設(shè)計(jì)參數(shù)參照錨桿算法確定。

3）將初始設(shè)計(jì)施于井下后，再以圍巖結(jié)構(gòu)、圍巖位移、圍巖強(qiáng)度、錨固性能監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等反饋的監(jiān)測(cè)信息為基礎(chǔ)，驗(yàn)證和修正初始設(shè)計(jì)。在正常施工后，為保巷道安全繼續(xù)日常的井下動(dòng)態(tài)信息監(jiān)測(cè)，并對(duì)突發(fā)情況及時(shí)做出相應(yīng)的設(shè)計(jì)修改。

2 龍宮礦22103綜采面切眼的錨桿支護(hù)實(shí)例

1）工作面的順槽地質(zhì)情況。22103回采工作面位于太原組上部，山西組底部的K2砂巖之下，賦煤區(qū)內(nèi)總體南部厚，北部薄，有較穩(wěn)定的3～5.4 m的可采煤層，平均煤厚4.3 m。直接頂為厚1～5.4 m的砂質(zhì)泥巖，平均厚度3.2 m。老頂為與其平均距離8.12 m的K2砂巖。局部地段的直接頂上3.5 m處有一層1 m左右泥巖。直接頂抗壓強(qiáng)度16.0～18.8 MPa、平均17.2 MPa，屬于不穩(wěn)定頂板。老頂抗壓強(qiáng)度33.0～36.8 MPa，平均34.0 MPa，屬于中等穩(wěn)定頂板。底板為砂質(zhì)泥巖。礦區(qū)的地層巖石多為泥巖、泥質(zhì)頁(yè)巖、砂巖，層理與節(jié)理較發(fā)育，是以小型斷層為主要構(gòu)造的典型軟巖礦區(qū)。

2）巷道支護(hù)情況。采用左旋等強(qiáng)螺紋鋼端頭錨固錨桿支護(hù)系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上增加單體液壓支柱和錨索補(bǔ)強(qiáng)[2]。①頂板永久支護(hù)的形式及參數(shù)：頂錨桿采用φ18 mm×3 000 mm的等強(qiáng)左旋螺紋鋼錨桿，間排距800 mm×700 mm，每根頂錨桿均用一塊MSK23/60樹脂錨固劑，矩形布置。錨索采用φ15.24 mm×9 000 mm的左旋鋼絞線錨索，間排距2 100 mm×2 000 mm，每根錨索均用 1塊 CK23/35、2塊MSK23/60樹脂錨固劑，配套使用長(zhǎng)3.6 m，規(guī)格300 mm×360 mm×250 mm的鋼帶結(jié)合成一個(gè)支護(hù)整體。錨索托盤200 mm×200 mm×12 mm，冷拔鋼絲經(jīng)緯網(wǎng)鋼絲直徑4 mm，金屬網(wǎng)規(guī)格1 800 mm×900 mm，網(wǎng)孔80 mm×80 mm。頂錨桿錨固力不小于70 kN，螺母擰緊力矩100～130 N·m，錨索預(yù)應(yīng)力不小于100 kN，錨索錨固力不小于200 kN。孔徑28 mm的錨桿錨索與垂直切眼布置的鋼帶在巷道中心線兩側(cè)左右對(duì)稱布置，錨桿間距0.7 m，錨索間距2.1 m。頂錨桿每排10根。錨索滯后工作面距離控制在2.1 m以內(nèi)。②加強(qiáng)支護(hù)：采用柱距1.4 m的DZ-45型單體液壓支柱加強(qiáng)支護(hù)，布置在中心線靠軟幫偏1.4 m處。③巷幫支護(hù)：兩幫均采用規(guī)格18 mm×1 800 mm的錨桿加一木托板進(jìn)行支護(hù)，每根錨桿用一塊MSK23/35樹脂藥卷固定，間距1 000 mm，排距1 000 mm，矩形布置。

3）支護(hù)理論依據(jù)：按懸吊理論計(jì)算錨桿參數(shù)。

（1）錨桿長(zhǎng)度計(jì)算[3]：

式中：Lg為錨桿長(zhǎng)度，m；H為冒落高度，m；K為安全系數(shù)，一般取K=2；L1為錨桿錨入穩(wěn)定巖層的深度，一般按經(jīng)驗(yàn)取0.5 m；L2為錨桿在巷道中的外露長(zhǎng)度，一般取0.1 m；其中H=B/2f=7.8/（2×3.5）=1.11 m。f為普氏硬度系數(shù)，取3.5。帶入數(shù)值計(jì)算，則錨桿長(zhǎng)度為L(zhǎng)g為2.82 m。頂錨桿選用3 m錨桿符合安全要求。

（2）錨桿株距、排距計(jì)算：通常株排距相等。依據(jù)

式中：A為錨桿間排距，m；Q為錨桿設(shè)計(jì)錨固力，70 kN/根；L為錨桿有效長(zhǎng)度，取2.9 m；R為被懸吊砂巖的重力密度，取25.48 kN/m3；K為安全系數(shù)，一般取K=1.5；α為巖層傾角，取20度。帶入數(shù)值計(jì)算，則錨桿間排距為A為0.672 m。錨桿間距D≤0.5，Lg=1.5 m，所以錨桿間排距取0.8 m×0.7 m符合要求。

（3）錨索補(bǔ)強(qiáng)加固參數(shù)：錨索加固支護(hù)機(jī)理是把一定范圍的煤巖層錨固到其上面的穩(wěn)定巖層中，參數(shù)設(shè)計(jì)可參照錨桿懸吊理論進(jìn)行計(jì)算。

①錨索長(zhǎng)度計(jì)算： Ls=La+Lb+Lc+Ld.

式中：Ls為錨索總長(zhǎng)度，m；La為錨索深入穩(wěn)定層錨固長(zhǎng)度，1.5 m；Lb為需要懸吊不穩(wěn)定巖體（煤體）厚度，取5.4 m；Lc為上托盤及錨具厚度，取0.25 m；Ld為需要外露的張拉長(zhǎng)度，取0.35 m。帶入數(shù)值計(jì)算，則錨索長(zhǎng)度為L(zhǎng)s為7.4 m。錨索選用9 m符合要求。

式中：a2為錨索間排距，m；Q為錨索設(shè)計(jì)錨固力，200 kN/根；H2為冒落拱高度，取1.11 m；γ為被懸吊泥、砂巖的重力密度，取25.48 kN/m3；K為安全系數(shù)，一般取K=1.5。帶入數(shù)值計(jì)算，則錨索間排距為a2為2.17 m。錨索排距D應(yīng)小于錨索長(zhǎng)度的一半，即：D＜Ls/2=4.5 m。由于巷道寬度B=7.4 m，故取錨索排距為2.1 m，間距2 m，每組錨索布置3條，能滿足要求。③通過(guò)上面計(jì)算，頂錨桿選用直徑18 mm，長(zhǎng)度3.0 m的錨桿，為確保安全取排距800 mm，株距700 mm。錨索選用長(zhǎng)9 m，φ15.24 mm×9 000 mm的左旋預(yù)應(yīng)力鋼絞線制作，排距2 100 mm，間距2 000 mm。

4）支護(hù)施工方法：采用EBZ-150型掘進(jìn)機(jī)短掘短進(jìn)配合刮板輸送機(jī)連續(xù)作業(yè)，在切眼開口處先掘出一個(gè)長(zhǎng)6 m、寬7.4 m、高3.4 m的矩形大斷面；為便于掘進(jìn)機(jī)拐彎，割不到的地方采用炮掘作業(yè)；再以4.4 m寬的斷面繼續(xù)掘進(jìn)4 m，然后后退掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)3 m寬小斷面，往復(fù)交替截割成巷。錨桿錨索跟巷道迎頭，單體液壓支柱滯后綜掘機(jī)后進(jìn)行維護(hù)。

5）支護(hù)技術(shù)效果評(píng)價(jià)：綜采工作面大斷面切眼掘進(jìn)一次成巷技術(shù)，簡(jiǎn)化了二次成巷的施工工序與步驟；在錨桿支護(hù)和加強(qiáng)支護(hù)的雙重作用下，切眼空間較之被動(dòng)支護(hù)更加寬松安全，有效地解除了棚式支護(hù)產(chǎn)生的狹小空間對(duì)安裝作業(yè)的制約，減少了作業(yè)的危險(xiǎn)性、設(shè)備安裝速度更快；使原170 m的工作面施工工期，由60 d減少為40 d。綜采切眼的掘進(jìn)、通風(fēng)、安裝、運(yùn)輸?shù)脑O(shè)計(jì)參數(shù)在合理的基礎(chǔ)上追求適當(dāng)優(yōu)化，相同條件下的錨桿支護(hù)（比木棚支護(hù)）所需更小的斷面正好迎合了這種需求；切眼的高度與跨度的縮小，使資金投入和工作量雙雙減少，安全系數(shù)相應(yīng)增加；其對(duì)頂板較小的破壞使巷道支護(hù)質(zhì)量提高；二次幫支護(hù)材料、火工品的消耗及維修費(fèi)用也相應(yīng)減少；充分利用頂板的自承力抑制頂板離層，礦山壓力在開切眼內(nèi)沒(méi)有明顯顯現(xiàn)，頂板的變形量控制在5 mm以內(nèi)，圍巖基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。兩幫在支柱、構(gòu)木盤幫、錨網(wǎng)支護(hù)的聯(lián)合作用下，沒(méi)有片幫現(xiàn)象發(fā)生，為安裝期間的通風(fēng)、運(yùn)輸營(yíng)造了良好的環(huán)境，支護(hù)效果（相比于傳統(tǒng)支護(hù)）在頂板控制、安全經(jīng)濟(jì)方面都有很大的優(yōu)越性[4-5]。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，大斷面綜采切眼一次成巷錨桿支護(hù)技術(shù)，在22103工作面的應(yīng)用（較之木抬棚支護(hù)或二次成巷技術(shù)）有著明顯的優(yōu)越性。在懸吊理論的支持下，不僅施工上安全可靠、技術(shù)上領(lǐng)先、經(jīng)濟(jì)成本大為降低，而且工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大大減輕、更快的施工速度為設(shè)備安裝節(jié)省得了時(shí)間，使礦井盡快投產(chǎn)、盡早產(chǎn)生效益，具有很大推廣價(jià)值。

[1] 楊志超.錨桿支護(hù)工藝與質(zhì)量[J].科技風(fēng)，2011(3):127.

[2] 董洋洋.11011工作面下順槽錨網(wǎng)索支護(hù)施工方案與技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果[J].魅力中國(guó)，2012(10):112.

[3] 錢鳴高，石平五，許家林.礦山壓力與巖層控制[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，2010.

[4] 宮鳳財(cái).綜采開切眼大斷面錨網(wǎng)支護(hù)技術(shù)探討[J].科技信息，2010(28)：735.

[5] 高春寶.綜采開切眼大斷面錨網(wǎng)支護(hù)技術(shù)探討[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2009(16):279.