馬 佳

（山西焦煤西山煤電斜溝煤礦，山西 呂梁 033601）

1 概況

山西西山晉興能源有限責(zé)任公司斜溝煤礦23108 工作面材料巷外段全長200 m（中-中），用于回采工作面材料運(yùn)輸。23108 工作面材料巷外段地面標(biāo)高+1035～ +1209 m，井下標(biāo)高+775～ +831 m，北側(cè)為21 采區(qū)上山，南為21 采區(qū)上山，其他均為實(shí)煤區(qū)，對掘進(jìn)無影響。煤層厚度為13.70～15.20 m，平均厚度14.58 m；煤層傾角7.0°～8.6°，平均傾角為7.9°。直接頂為砂質(zhì)泥巖，平均厚度3.82 m，普氏硬度3～4；基本頂為中細(xì)粒砂巖，平均厚度11.39 m，普氏硬度6～7；直接底為粘土巖，平均厚度2.56 m；基本底為泥質(zhì)砂巖，平均厚度9.89 m。采用全斷面一次成巷方式施工，使用EBZ260 型掘進(jìn)機(jī)配合刮板/JS-80 帶式輸送機(jī)出煤。

2 巷道支護(hù)方案

23108 工作面材料巷外段巷道斷面及規(guī)格見表1。采用錨桿、錨索、鋼帶、金屬網(wǎng)支護(hù)作為永久支護(hù)[1-7]。

表1 巷道斷面及規(guī)格

2.1 支護(hù)材料

2.1.1 頂錨桿

采用Φ22 mm×2600 mm 高強(qiáng)度左旋螺紋鋼樹脂錨桿（配套球心和尼龍墊圈），每根錨桿安裝1卷MSCKb2380 和1 卷MSZ2380 樹脂藥卷，托盤采用150 mm×150 mm×10 mm 的可調(diào)心拱形托盤。

2.1.2 幫錨桿

1-1 斷面、2-2 斷面煤柱幫：幫錨桿采用Φ20 mm×2200 mm 左旋螺紋鋼樹脂錨桿（配套球心和尼龍墊圈），每根錨桿安裝1 卷MSCK2380 樹脂藥卷，每根配1 個BHW400-280-2.75W 錨桿鋼護(hù)板和1 個110 mm×110 mm×10 mm 的可調(diào)心拱形托盤。

2-2 斷 面 工 作 面 幫、4-4 斷 面： 采 用Φ20 mm×2100 mm 全螺紋玻璃纖維錨桿，每根錨桿安裝1 卷MSCKb2380 樹脂藥卷、1 個規(guī)格BHW400-280-2.75W 錨桿鋼護(hù)板和一個Φ125 mm 的玻璃鋼托盤。

2.1.3 錨索

頂 錨 索： 采 用Φ21.6 mm×12 000 mm 鋼絞線配MK22 球形鎖具，每根錨索安裝1 卷MSCKb2380 和2 卷MSZ2380 樹脂藥卷，錨索托板采用300 mm×300 mm×14 mm 可調(diào)心拱形托板。

1-1 斷面、2-2 斷面煤柱幫錨索：采用Φ21.6 mm×3500 mm 鋼絞線配MK22 球形鎖具，每根錨索安裝1 卷MSCKb2380 和1 卷MSZ2380 樹脂藥卷，錨索托板采用300 mm×300 mm×14 mm 可調(diào)心拱形托板。

2.1.4 鋼帶

1-1 斷面采用5600 mm×280 mm“W”型7 孔鋼帶，2-2 斷面采用5300 mm×280 mm“W”型7孔鋼帶，4-4 斷面采用4200 mm×280 mm“W”型6 孔鋼帶。

2.1.5 金屬網(wǎng)

采用Φ4.0 mm 的菱形金屬網(wǎng)，網(wǎng)孔50 mm×50 mm。金屬網(wǎng)規(guī)格：1-1 斷面6800 mm×1200 mm，2-2斷 面6500 mm×1200 mm，4-4 斷 面5400 mm×1200 mm。

2.2 巷道參數(shù)

2.2.1 1-1 斷面（1～90 m）

頂錨桿采用7 根矩形布置，間距900 mm，排距900 mm；幫錨桿采用4 根矩形布置，間距900 mm，排距1000 mm；頂錨索采用3 根矩形布置，間距1800 mm，排距1800 mm；幫錨索距底板2200 mm 布置一排，間距1800 mm。

2.2.1 2-2 斷面（90～200 m）頂錨桿采用7 根矩形布置，間距850 mm，排距900 mm；幫錨桿采用3 根矩形布置，間距850 mm，排距1200 mm；頂錨索采用三花形布置，間距2550 mm，排距1800 mm；幫錨索距底板2000 mm 布置一排，間距1800 mm。

2.2.3 4-4 斷面（回風(fēng)聯(lián)巷）

頂錨桿采用6 根矩形布置，間距800 mm，排距1000 mm；幫錨桿采用3 根矩形布置，間距1000 mm，排距1200 mm；頂錨索采用3 根花形布置，間距1600 mm，排距2000 mm。

3 支護(hù)參數(shù)合理性分析

3.1 錨桿設(shè)計(jì)

頂錨桿通過懸吊作用，幫錨桿通過加固幫體作用，達(dá)到支護(hù)效果的條件。

（1）按錨桿懸吊作用計(jì)算

式中：L為錨桿長度，mm；L1為錨桿外露長度，取50 mm；L2為錨桿有效長度，mm；L3為錨入穩(wěn)定巖層內(nèi)深度，mm（頂錨桿取800 mm，幫錨桿取600 mm）。

（2）普氏免壓拱高

式中：B為巷道掘進(jìn)寬度，取2-2 斷面5500 mm；H為巷道掘進(jìn)高度，取2-2 斷面3800 mm；f頂為頂板巖石普氏系數(shù)，取6.0；ω幫為兩幫圍巖內(nèi)摩擦角，取63.26°。

計(jì)算普氏免壓拱高：

（3）破碎深度

式中：H2-2為巷道掘進(jìn)高度，H2-2=3800 mm；ω幫為兩幫圍巖內(nèi)摩擦角，取63.26°。計(jì)算破碎深 度c=3800×tan（45°-63.26°/2）=878.71 mm。計(jì) 算L頂=50+604.78+800=1 454.78 mm；L幫=50+604.78+600=1 254.78 mm。

依據(jù)上述公式計(jì)算得出：L頂≥1 454.78 mm，L幫≥1 254.78 mm；而23108 工作面材料巷外段頂錨桿和幫錨桿長度分別為2600 mm、2200 mm，錨桿長度校核符合要求。

（4）錨桿直徑

頂、幫錨桿直徑按下列公式計(jì)算。

式中：Q為錨桿錨固力，Q頂取1.5×105N，Q幫取5.0×104N；σt為錨桿的抗拉強(qiáng)度，σt頂取5.4×108Pa（Ф22 mm 螺紋鋼錨桿），σt幫取6.8×108Pa（Ф20 mm 玻璃鋼錨桿）。

工作面巷道實(shí)際所選用的頂錨桿為MSGLW-400/22×2600 無縱肋螺紋鋼式樹脂錨桿，直徑為22 mm；幫錨桿為Φ20 mm×2200 mm 無縱肋螺紋鋼式樹脂錨桿，直徑為20 mm；均大于計(jì)算出的直徑，錨桿直徑校核符合要求。

（5）錨桿的間、排距計(jì)算

考慮安全系數(shù)問題，錨桿的錨固力

式中：Q為錨桿的錨固力，取150 kN；G為巖石重量，kN；a為錨桿間排距，mm；γ為巖體容重，取25 kN/m3；k為安全系數(shù)，取2；L2為巷道頂板巖體破碎深度878.71 mm，即0.878 m。

23108 工作面材料巷外段巷道錨桿的間排距均計(jì)算1.848 m，錨桿間、排距校核符合要求。

3.2 錨索設(shè)計(jì)

（1）錨索長度

式中：L為錨索總長，m；La為錨固長度，m；Lb為不穩(wěn)定巖層厚度（根據(jù)自然平衡拱拱高理論計(jì)算：Lb=6 m）；Lc為上托盤及錨具的厚度，取0.1 m；Ld為需要外露的漲拉長度，取0.25 m。

錨索錨固長La：

式中：K為安全系數(shù)，取2；d1為鋼絞線直徑，取21.6 mm；fa為鋼絞線抗拉強(qiáng)度，取1770 MPa；fc為粘合強(qiáng)度，取10 N/mm。根據(jù)公式可計(jì)算La≥2×21.6×1770/（4×10）=1 911.6 mm ≈1.91 m。

計(jì)算L=1.91+6.0+0.1+0.25=8.26 m，23108 工作面材料巷外段巷道錨索長度選用為12 m，錨索長度校核符合要求。

（2）錨索間排距

23108 工作面材料巷外段掘進(jìn)工作面按巷寬最大5.8 m，巷高最大4.2 m，采用懸吊理論，采用錨索排距計(jì)算公式計(jì)算錨索間排距為4.58 m，而23108 工作面材料巷外段支護(hù)選取錨索排距最大為2.0 m，錨索排距校核符合要求。

4 應(yīng)用效果

23108 工作面材料巷外段巷道采用錨桿、錨索、鋼帶、金屬網(wǎng)支護(hù)作為永久支護(hù)，巷道掘進(jìn)期間采用隨掘隨錨的支護(hù)方式，并對23108 工作面材料巷外段頂板離層、頂?shù)缀蛢蓭鸵平窟M(jìn)行了監(jiān)測。在施工掘進(jìn)期間，23108 工作面材料巷外段巷道頂板最大移近量為75 mm，底板最大移近量為34 mm，兩幫累計(jì)移近量為86 mm，巷道變形較小，巷道圍巖得到了有效控制，表明23108 工作面材料巷外段巷道支護(hù)方案和支護(hù)參數(shù)選擇合理。