成 飛 趙 群 李亞斌

（黃陵礦業(yè)有限公司一號(hào)煤礦，陜西 延安 727307）

黃陵一號(hào)煤礦現(xiàn)采用的“縱向梁”支護(hù)形式，巷道頂板錨索梁容易產(chǎn)生大變形，部分錨索梁時(shí)常被壓彎，甚至壓斷，給后期回采造成極大不便和留下安全隱患，故提出以“走向梁”為主的支護(hù)優(yōu)化方案并進(jìn)行論證和試驗(yàn)。創(chuàng)新推行了支護(hù)優(yōu)化“4+5”工作法（“支得快、支得住、支得牢、支得省”四項(xiàng)原則和“摸清地質(zhì)、掌握規(guī)律、靶點(diǎn)設(shè)計(jì)、精準(zhǔn)施工、效果評(píng)價(jià)”五步法則），利用頂板窺視儀摸清井下各區(qū)域圍巖特性，收集了巷道圍巖特性，對(duì)現(xiàn)有支護(hù)結(jié)構(gòu)、支護(hù)材料、支護(hù)效率、支護(hù)成本進(jìn)行靶點(diǎn)分析，有助于提高支護(hù)效率，節(jié)約支護(hù)成本，而且有助于提升支護(hù)質(zhì)量。

1 回撤通道支護(hù)優(yōu)化技術(shù)

1.1 優(yōu)化前回撤通道支護(hù)技術(shù)

對(duì)回撤通道機(jī)頭及機(jī)尾段各20 m 范圍內(nèi)的頂板進(jìn)行強(qiáng)化支護(hù)，擴(kuò)幫后頂板采用“錨索梁+菱形鐵絲網(wǎng)”聯(lián)合支護(hù)。距支架前梁400 mm 施工一排單錨索，間距1.6 m，每根消耗L=700 mm 樹(shù)脂3節(jié)，采用規(guī)格為Ф17.8 mm×8300 mm 鋼絞線，配套L=400 mm 槽鋼托板；距回撤通道煤壁400 mm施工一排錨索，間距1.6m ，每根錨桿消耗L=350 mm 樹(shù)脂2 節(jié)；T 型鋼帶長(zhǎng)1.6 m，一梁兩索，排距1.6 m，兩根錨索梁并在一起支護(hù)，另在單錨索之間支護(hù)一根T 型鋼帶，均采用Ф17.8 mm×8300 mm鋼絞線，錨深8 m，每孔消耗L=700 mm 樹(shù)脂3 節(jié)；頂部掛單層菱形網(wǎng)，網(wǎng)長(zhǎng)10 m，寬1.2 m，長(zhǎng)邊搭接長(zhǎng)度200 mm，短邊搭接500 mm，搭接處用雙股14#鐵絲扭結(jié)，扭結(jié)不少于3 圈，每米扭結(jié)點(diǎn)不少于3 處，上下網(wǎng)長(zhǎng)邊通連，短邊連雙排；回撤通道中部195 m 范圍擴(kuò)幫后，頂板采用“錨索+T 型鋼帶+單層菱形網(wǎng)”聯(lián)合支護(hù)。距支架前梁400 mm施工一排單錨索，間距2.4 m，每根消耗L=700 mm樹(shù)脂3 節(jié)，采用Ф17.8 mm×8300 mm 鋼絞線，配套L=400 mm 槽鋼托板；距回撤通道煤壁400 mm施工一排錨索，間距2.4 m，每根錨桿消耗L=350 mm 樹(shù)脂2 節(jié)；T 型鋼帶長(zhǎng)1.6 m，一梁兩索，排距2.4 m，兩根鋼帶并在一起支護(hù)，另在單錨索之間支護(hù)一根T 型鋼帶，均采用Ф17.8 mm×8300 mm 鋼絞線，錨深8 m，每孔消耗L=700 mm 樹(shù)脂3 節(jié)；頂部掛單層菱形網(wǎng)，網(wǎng)長(zhǎng)10 m，寬1.2 m，長(zhǎng)邊搭接200 mm，短邊搭接500 mm，搭接處用雙股14#鐵絲扭結(jié)。扭結(jié)不少于3 圈，每米扭結(jié)點(diǎn)不少于3 處，上下網(wǎng)長(zhǎng)邊通連，短邊連雙排。

1.2 優(yōu)化后回撤通道支護(hù)技術(shù)

優(yōu)化后回撤通道采用“錨索梁+菱形鐵絲網(wǎng)”聯(lián)合支護(hù)。錨索梁采用T140 型鋼帶加工，梁長(zhǎng)度為4.2 m，一梁三索，每刀煤割完后支護(hù)一排錨索，第一排錨索距支架前梁400 mm，第一排、第二排、第三排之間間距1000 mm，第三排與第四排錨索之間間距1100 mm，每排錨索梁之間間距1000 mm，錨索排與排成菱形布置；錨索均采用Ф17.8 mm×8300 mm鋼絞線，錨深8 m，每孔消耗L=700 mm 樹(shù)脂3 節(jié)；頂部掛單層菱形網(wǎng)，網(wǎng)長(zhǎng)10 m，寬1.2 m，長(zhǎng)邊搭接200 mm，短邊搭接500 mm，搭接處用雙股14#鐵絲扭結(jié)。優(yōu)化前后的回撤通道支護(hù)平面圖，如圖1、圖2。

圖1 優(yōu)化前回撤通道支護(hù)平面圖

圖2 優(yōu)化后回撤通道支護(hù)平面圖

1.3 支護(hù)優(yōu)化強(qiáng)度校核

（1）錨索長(zhǎng)度校核

錨索總長(zhǎng)度為滿足：

上式中：L 表示錨索總長(zhǎng)度，m；La為錨索錨固長(zhǎng)度（La≥Kd1fa/4fc），m；Lb為需懸吊的不穩(wěn)定巖層厚度，參照鉆孔數(shù)據(jù)可取5.2 m；Lc為托板與錨具的總厚度，可取0.1 m；Ld為外露張拉長(zhǎng)度，可取0.3 m。K 為安全系數(shù)，一般可取2；d1為錨索直徑，可取17.8 mm；fa為錨索抗拉強(qiáng)度，通過(guò)查表可知為1860 N/mm2；fc為錨索與錨固劑的具體粘合強(qiáng)度，一般可取10 N/mm2。

經(jīng)計(jì)算得出：La≥1.65 m，L ≥7.25 m。因此，錨索設(shè)計(jì)長(zhǎng)度8.3 m，可滿足要求。

（2）回撤通道力學(xué)模型校核

可用錨索來(lái)支護(hù)回撤通道，在支架不斷撤出的情況下通道頂板懸跨度會(huì)越來(lái)越大（支架頂梁約長(zhǎng)4.4 m），這時(shí)可把回撤通道覆巖結(jié)構(gòu)近似視為單邊固定的懸臂梁。

式中：r 為圍巖重度，按4 級(jí)圍巖取值2.5 kN/m3；b 為圍巖松動(dòng)圈高度，m；σb為錨索抗拉強(qiáng)度，根據(jù)拉力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)取1860 MPa；d 為錨索直徑，取17.8 mm；a1、a2為錨索間排距，分別取1 m、1.8 m。

式中：B、H 為巷道寬度、高度，分別為8.4 m、2.8 m；f 頂為頂板巖石普氏系數(shù)，3～5，取最小值3；ω 為兩幫圍巖的似內(nèi)摩擦角，ω=arctanf頂。

經(jīng)計(jì)算，q=3.875 kN，q1=257 kN。

因最大轉(zhuǎn)角與最大撓度通常都處于梁端B 處，所以對(duì)梁的撓度與轉(zhuǎn)角可按下式計(jì)算：

式中：l 為懸臂梁長(zhǎng)度，取8.4 m；v 為撓度，m；θ 為扭轉(zhuǎn)角，（°）；E 為彈性模量，常數(shù)；I 為材料橫截面對(duì)彎曲中性軸的慣性矩，m.kg·s2。

經(jīng)計(jì)算，vB=4697/EI θB=2156/EI

采用錨索支護(hù)能夠滿足回撤通道支架回撤后頂板的穩(wěn)定性，滿足施工期間的安全性?；爻吠ǖ缿冶哿毫W(xué)結(jié)構(gòu)模型如圖3。

圖3 回撤通道懸臂梁力學(xué)結(jié)構(gòu)模型

2 回采巷道支護(hù)優(yōu)化技術(shù)（以回風(fēng)順槽為例）

2.1 優(yōu)化前回采巷道支護(hù)優(yōu)化技術(shù)

采用錨桿+錨索梁+塑鋼網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，頂錨桿中間四排間距850 mm，靠?jī)蓚?cè)兩排間距900 mm，排距為1000/600 mm 交替支護(hù)，“六—六”矩形布置；錨索梁采用T140型鋼帶加工，梁長(zhǎng)4.8 m，一梁四索，間距1600 mm，錨索均采用Ф17.8 mm×8300 mm鋼絞線，每根消耗MSK2370 樹(shù)脂3 節(jié)；頂部掛塑鋼網(wǎng)，網(wǎng)孔50 mm×55 mm。

2.2 優(yōu)化后回采巷道支護(hù)優(yōu)化技術(shù)

采用錨桿+錨索梁+塑鋼網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，頂錨桿中間四排間距850 mm，靠?jī)蓚?cè)兩排間距900 mm，排距為1000/600 mm 交替支護(hù)，“六—六”矩形布置；錨索梁采用T140型鋼帶加工，梁長(zhǎng)3.6 m，一梁三索，錨索梁采用“走向梁”成組錯(cuò)茬布置的方式進(jìn)行支護(hù)，沿順槽延伸方向共布置四列錨索梁，中間兩列間距1400 mm，靠?jī)蓭蛡?cè)兩列間距1600 mm，每組“走向梁”之間間距1200 mm；每根消耗MSK2370 樹(shù)脂3 節(jié)；頂部掛塑鋼網(wǎng)，網(wǎng)孔50 mm×55 mm。

2.3 支護(hù)優(yōu)化強(qiáng)度校核

（1）錨桿長(zhǎng)度校核?？梢罁?jù)懸吊作用來(lái)進(jìn)一步計(jì)算錨桿的長(zhǎng)度，應(yīng)滿足：

式中：L 代表錨桿總長(zhǎng)度，m；L1代表錨桿外露長(zhǎng)度，一般L1可取0.05 m；L2代表有效長(zhǎng)度（頂部取免壓拱高b），m；L3代表錨入巖（煤）層內(nèi)的深度，一般L3可取0.6 m。其中：

式中：B、H 代表巷道寬度、高度，分別為5.2 m、2.8 m ；f頂代表頂板巖石普氏系數(shù)，一般在2～3.2 之間，通常可取最小值2；ω 代表兩幫圍巖的似內(nèi)摩擦角，ω=arctanf頂。

計(jì)算得出：b=1.63 m，頂錨桿長(zhǎng)度L ≥2.28 m。而頂部錨桿的設(shè)計(jì)支護(hù)長(zhǎng)度2.5 m，由此可見(jiàn)滿足要求。

（2）錨桿間排距校核?？梢罁?jù)錨桿所能懸吊的重量進(jìn)行校核，應(yīng)滿足：

式中：a 代表錨桿間、排距，m；G 代表錨桿的承載力，可取150 kN/根；k 代表安全系數(shù)，一般取2；L2代表有效長(zhǎng)度（頂錨桿取免壓拱高b，幫錨桿取幫破碎深度c），m；γ 代表巖體容重，一般可取26 kN/m3。

經(jīng)計(jì)算得出：頂錨桿a＜1.32 m，幫錨桿a＜2.1 m。由此可見(jiàn)，頂錨桿、幫錨桿設(shè)計(jì)間排距都可以滿足要求。

優(yōu)化前、后的順槽支護(hù)平面圖如圖4、圖5。

圖4 優(yōu)化前順槽支護(hù)平面圖

圖5 優(yōu)化后順槽支護(hù)平面圖

3 支護(hù)優(yōu)化效果分析

3.1 回撤通道支護(hù)優(yōu)化效果

通過(guò)對(duì)回撤通道支護(hù)進(jìn)行優(yōu)化，在回撤通道開(kāi)展了“走向梁”支護(hù)優(yōu)化試驗(yàn)，優(yōu)化后回撤通道不再采用錨桿支護(hù)，且在割煤過(guò)程中每刀煤均可完成錨索梁支護(hù)，提高回撤通道支護(hù)效率；減少錨（桿）索施工數(shù)量，降低了職工勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約了支護(hù)費(fèi)用3.6 萬(wàn)元。

3.2 回采巷道支護(hù)優(yōu)化效果

回采巷道優(yōu)化后直接采用“走向梁”代替 “橫向梁”支護(hù)，該支護(hù)結(jié)構(gòu)能夠適應(yīng)礦壓顯現(xiàn)，減少受壓后的鋼帶變形量；減少了支護(hù)工程量，提高了單進(jìn)水平，延米減少228 元，降低了生產(chǎn)成本，能夠與快速掘進(jìn)系統(tǒng)和采面超前支架支護(hù)相適應(yīng)，為“110 工法”開(kāi)采巷道支護(hù)進(jìn)行了有效探索。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)回撤通道及回采巷道的支護(hù)優(yōu)化，一方面根據(jù)理論驗(yàn)算，得出了采煤回撤通道和回采巷道“走向梁”支護(hù)間距，錨桿、錨索支護(hù)強(qiáng)度，為“走向梁”支護(hù)研究提供了技術(shù)參數(shù)依據(jù)；另一方面應(yīng) 用新的支護(hù)優(yōu)化技術(shù)理念，采用高水平管理方式，成功應(yīng)用礦井支護(hù)技術(shù)，不僅很好地解決了頂板支護(hù)實(shí)際問(wèn)題，而且更好地保障了礦井安全生產(chǎn)。