楊海鵬

（山西壽陽潞陽祥升煤業(yè)有限公司，山西 壽陽 045400）

1 概況

6號(hào)煤層位于山西組下部、3號(hào)煤之下11.22m，根據(jù)地質(zhì)報(bào)告及6號(hào)煤層資源/儲(chǔ)量估算圖，6號(hào)煤層在可采范圍內(nèi)21個(gè)鉆孔統(tǒng)計(jì)煤層厚度1.35～2.31m，平均厚度1.86m?？刹尚灾笖?shù)0.917，變異系數(shù)21.68%，屬大部可采穩(wěn)定煤層。6號(hào)煤層采用長壁綜合機(jī)械化采煤方法。

根據(jù)山西省三水實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心對(duì)礦井頂、底板巖石力學(xué)進(jìn)行的測(cè)試，測(cè)試結(jié)果：6號(hào)煤層頂板巖性為泥巖，厚5.0m，極限抗壓強(qiáng)度（濕）為19.1～24.7MPa，抗拉強(qiáng)度為 1.6～1.9MPa。底板巖性為砂質(zhì)泥巖，厚7.0m，極限抗壓強(qiáng)度（濕）為55.2～64.1MPa，抗拉強(qiáng)度為 2.9～3.1MPa。

2 工程類比分析

根據(jù)6201切巷煤層頂?shù)装鍘r層結(jié)構(gòu)和提供的地質(zhì)資料，獲得祥升煤業(yè)6201切巷巷道圍巖穩(wěn)定性分類相關(guān)參數(shù)及其變化范圍，見表1所示。

表1 6201切巷巷道圍巖穩(wěn)定性分類基本參數(shù)

根據(jù)圍巖穩(wěn)定性分類方案，得出祥升煤業(yè)6201切巷巷道圍巖穩(wěn)定性總體上屬于Ⅳ類不穩(wěn)定圍巖。

3 支護(hù)方案的理論計(jì)算及選擇

結(jié)合祥升煤業(yè)6號(hào)煤層圍巖物理力學(xué)性質(zhì)、圍巖的巖層條件及實(shí)際開采條件，錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)可以利用自然平衡拱理論、松動(dòng)圈支護(hù)理論及經(jīng)驗(yàn)公式設(shè)計(jì)方法。

3.1 基于自然平衡拱理論的計(jì)算

（1）圍巖破壞范圍

煤層巷道煤幫破壞深度C（m）由下式確定：

頂板巖層的破壞深度b（m），按相對(duì)于層理的法線計(jì)，可根據(jù)下式求出：

（2）圍巖壓力

當(dāng)C為正值時(shí)，作用在破壞煤幫一側(cè)支架上的壓力Q（kN/m）為：

頂板支架壓力QH（kN/m），按相對(duì)于巖層層理的法線確定為：

（3）錨桿長度

頂錨桿長度：Lr=b+Δ=1.3+0.7=2.0m

幫錨桿長度：Ls=b+Δ=0.59+0.7=1.29m

（4）錨桿間排距

錨桿排距ɑr按照下式求出：

錨桿錨固力P（kN）取決于巖石硬度，按下式計(jì)算：

頂板每排錨桿數(shù)Nk根據(jù)作用力平衡條件按下式求出：

當(dāng)C為正值時(shí)，煤幫錨桿排距按下式求出：

3.2 基于圍巖松動(dòng)圈理論的計(jì)算

結(jié)合工程類比，確定6201切巷開采期間的松動(dòng)圈范圍為1.2～1.4m，屬于中松動(dòng)圈，懸吊理論是確定支護(hù)參數(shù)較好的方法，錨桿的懸吊點(diǎn)是松動(dòng)圈外的未松動(dòng)巖層或煤層。

松動(dòng)圈理論確定錨桿支護(hù)參數(shù)如下：

（1）錨桿的長度

依據(jù)懸吊作用原理，錨桿長度可按下式計(jì)算：L=L1+L2+L3

因此，錨桿長度為L=2.0m。

（2）錨桿的間排距

錨桿間排距，往往是根據(jù)錨桿間巖體的完整情況及工程類比法確定，結(jié)合6號(hào)煤一采區(qū)支護(hù)方式，確定頂錨桿的間排距為0.9m×1.0m，幫錨桿的間排距為1.2m×1.0m。

（3）錨桿的直徑按下式計(jì)算：

錨桿直徑應(yīng)滿足d≥0.0177m。

3.3 經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算

（1）頂錨桿長度：L頂=N(1.5+B/10)

經(jīng)計(jì)算，錨桿長度1.85m。

（2）幫錨桿長度：L幫=L1+L2+L3

① 錨桿外露長度L1的確定：L1=墊板厚度+螺母厚度+（0.02～0.03）m

一般取L1=0.15m。

② 錨桿有效長度L2的確定：

則，L2=1.5m

③ 錨桿錨固長度L3的確定：L3=0.3～0.4m，取0.35m。

則L=L1+L2+L3=0.15+1.5+0.35=2m

（3）錨桿的間距根據(jù)錨桿間巖體的完整情況及工程類比法確定，錨桿間距一般可取0.6m、0.7m、0.8m、0.9m、1.0m和1.2m。

（4）錨桿排距：

則錨桿排距為1.12m。幫錨桿排距與頂錨桿排距一般保持一致。

（5）錨桿直徑：d=L/110

則錨桿直徑為0.01m。

自然平衡拱理論、圍巖松動(dòng)圈理論及經(jīng)驗(yàn)公式法的匯總為表2。

3.4 工字鋼支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)

6201切巷巷道位于3號(hào)煤層采空區(qū)下方，為了加強(qiáng)巷道的支護(hù)、抑制或減少圍巖移動(dòng)，增強(qiáng)巷道抗變形能力，設(shè)計(jì)對(duì)該巷道采用工字鋼棚+錨網(wǎng)索的復(fù)合支護(hù)方式進(jìn)行支護(hù)，工字鋼采用礦用11號(hào)工字鋼，錨桿、錨索和金屬網(wǎng)參照理論計(jì)算和工程類比結(jié)果選擇參數(shù)。

表2 6201切巷巷道錨桿支護(hù)參數(shù)理論計(jì)算結(jié)果

3.5 確定支護(hù)方案

依據(jù)理論計(jì)算和工程類比結(jié)果，確定6201切巷巷道采用工字鋼棚+錨網(wǎng)索支護(hù)相結(jié)合的復(fù)合支護(hù)方式，巷道支護(hù)平面圖、剖面圖分別如圖1、圖2所示。

（1）頂板支護(hù)

錨桿形式和規(guī)格：桿體為Φ20×2400mm的高強(qiáng)度左旋螺紋鋼筋，桿尾螺紋強(qiáng)化，屈服強(qiáng)度335MPa，抗拉強(qiáng)度490MPa，破斷載荷153.9kN。錨桿布置：錨桿間排距為900×1000mm；中間錨桿全部垂直頂板安裝，兩側(cè)錨桿與水平面呈70°安裝。錨索形式和規(guī)格：錨索采用Ф15.24×6300mm低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，每排三根，間排距：2000×2000mm。網(wǎng)片規(guī)格：采用10#鉛絲經(jīng)緯網(wǎng)，網(wǎng)孔規(guī)格為40×40mm，頂板網(wǎng)幅為1100×4000mm，網(wǎng)片之間采用16#鉛絲聯(lián)接，雙絲雙扣，捆綁不少于三圈，孔孔聯(lián)接，并梳理成辮，網(wǎng)片搭接長度不少于100mm。

（2）兩幫支護(hù)

幫錨桿形式和規(guī)格：桿體為Φ20×2000mm的高強(qiáng)度左旋螺紋鋼筋，桿尾螺紋強(qiáng)化，屈服強(qiáng)度335MPa，抗拉強(qiáng)度490MPa，破斷載荷153.9kN。錨桿布置：錨桿間排距為1200×1000mm；靠近頂板的幫錨桿與水平線呈15°，靠近底板的幫錨桿與水平線呈15°，其余與巷幫垂直。網(wǎng)片規(guī)格：采用10#鉛絲經(jīng)緯網(wǎng)，網(wǎng)孔規(guī)格為40×40mm，巷幫網(wǎng)幅為1100×2800mm，網(wǎng)片之間采用16#鉛絲聯(lián)接，雙絲雙扣，捆綁不少于三圈，孔孔聯(lián)接，并梳理成辮，網(wǎng)片搭接長度不少于100mm。鋼筋托梁規(guī)格為：Ф14B80L2600mm，用Ф14鋼筋加工制作。

4 支護(hù)效果

通過雙針壓力表監(jiān)測(cè)圍巖動(dòng)態(tài)情況，如圖3所示。

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)圍巖動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，支架支護(hù)阻力顯示，最大工作阻力32MPa，巷道支護(hù)效果良好，錨桿預(yù)緊扭矩150N·m，巷道有較強(qiáng)的抗變形能力，為工作面的有序接替提供了良好的條件，保證了礦井的安全高效開采。

圖1 6201切巷支護(hù)平面圖（單位：mm）

圖2 6201切巷支護(hù)剖面圖（單位：mm）

圖3 支架支護(hù)阻力