張建廷

（晉能控股集團有限公司同家梁礦， 山西 大同 037003）

引言

隨著煤炭資源開采規(guī)模逐年增加，煤炭開采難度越來越大，對井下巷道的支護要求越來越高，在確保安全的情況下提升采礦效率，有助于煤炭企業(yè)提質增收。高應力巷道由于初期形變不易控制，在圍巖第一時間進行支護效果不明顯，故許多企業(yè)對錨桿讓壓支護方式進行研究[1]。

1 山西某礦支護現狀分析

1.1 地質概況

山西某礦8 號煤層2307 巷道的截面呈矩形，巷道長1 500 m、寬4.2 m、高2.7 m。巷道圍巖為炭質泥巖、砂泥巖，結構完整性差，巖體較為松散[2]。

1.2 巷道支護現狀

頂板支護與巷幫支護，均選用左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，垂直頂板進行安裝布放，錨桿鋼材型號為BHRB500，尺寸為Φ22 mm×2 400 mm。單排錨桿設定數量為6 根，錨桿間排距900 mm、1 000 mm，鉆孔直徑30 mm，采用加長錨固的方式進行錨桿固定，樹脂錨固劑選用MSK2335 型號。錨桿托盤采用拱形高強度托盤，預緊扭矩為400 N·m。巷道支護現狀示意圖，如圖1 所示。

圖1 巷道支護現狀示意圖（單位：mm）

1.3 存在的問題

1）巷道的掘進速度受錨桿布放密度影響較大；

2）錨桿安裝角度未經過計算推導，均采用垂直頂板角度安裝；

3）巷道單點應力增加無法進行讓壓，有可能造成支護體毀壞。

2 支護方案研究與質量監(jiān)測

2.1 支護方案研究

2.1.1 錨桿材質

在巷道錨桿材質的選擇中，以高強度的螺紋鋼為主，根據旋螺紋方向的不同，可分為無縱筋左旋螺紋鋼和無縱筋右旋螺紋鋼兩種。因左旋錨桿的桿體與樹脂結合更加密切，錨固效果更好，具有錨固力大、延伸率強、穩(wěn)定性強的優(yōu)勢，故錨桿材質選定為無縱筋左旋螺紋鋼。

2.1.2 錨桿長度

錨桿長度也是錨桿選材的重要參數，錨桿長度表示為l1，可通過式（1）進行計算：

式中：k1為圍巖影響系數，一般取0.9～1.2；b1為巷道寬度，m。

參照甘莊煤礦的巷道地質情況，b1取值4.2 m，k1取值選定為1～1.1，將數據代入式（1）可得，錨桿長度最佳取值為1.9～2.1 m。結合廠家生產標準，選定錨桿長度為2.1 m。

2.1.3 錨桿直徑

為確保錨桿提供足夠支護助力，防止頂板形變過大，通常選取的錨桿直徑要比鉆孔直徑小6～8 mm，部分情況差值可放寬至4～10 mm。這樣的錨桿與孔徑搭配最為合理?？讖饺≈狄话銥?6～30 mm，兼顧生產成本與施工便利性，錨桿直徑選定為22 mm。

2.1.4 錨桿間距

巷道錨桿支護通常等距放置，錨桿間距d1的長度主要和錨桿長度l1有關，通常取值參照式（2）：

由式（2）可得，錨桿的間距為d1≤1.05 m。在確保支護質量的情況下，合理設置錨桿間距可提升掘進速度、降低生產成本，最終選定的錨桿間距為1～1.05 m。

2.1.5 錨索材質與直徑

鋼絞線由于其松弛度較低、強度與韌度高，運輸安裝便利，常被用作巷道支護懸吊材料。綜合考慮巷道圍巖土質、生產成本，選定錨索直徑為22 mm。

2.1.6 錨索長度

錨索通常錨固在圍巖深部堅硬巖層中，發(fā)揮深部圍巖的承載作用。錨索長度l2通過式（3）得到：

式中：l21為錨索的錨固長度，m；l22為潛在的不穩(wěn)定巖層高度，m；l23為錨索外露長度，m。

通過資料收集得到，錨固長度l21取值2.56 m，甘莊煤礦8 號煤層2307 工作面不穩(wěn)定巖層高度l22取值4.6 m，錨索外露長度l23取值0.3 m。將數據代入式（3）得到錨索長度為7.46 m。結合巷道現有錨索長度，最終選定錨索長度為7.5 m[3]。

2.1.7 錨桿（索）錨固方式及安裝角度

甘莊煤礦巷道內頂板錨桿的錨固采用加長錨固和全長錨固，幫部錨桿采用加長錨固。錨桿安裝角度以垂直安裝為主，其中，頂板錨固靠近巷幫的2 根錨桿和巷幫靠近頂板的2 根錨桿，均設定傾斜角10°。錨索的安裝角度則全部垂直頂板安裝。錨桿與錨索的使用均為樹脂錨固劑，主用有K2335 和Z2360型號[4]。

2.2 支護質量監(jiān)測

2.2.1 巷道表面位移監(jiān)測

巷道內的監(jiān)測點位共設置了三個，每個監(jiān)測斷面示意圖如圖2 所示，選取了巷道的頂板、底板與兩幫中心作為測量基準點。數據測量周期為2 d/次，數據測量總次數25 次，共計用時50 d。

圖2 巷道表面位移監(jiān)測示意圖

圖3 為頂底板位移量折線圖，圖4 為兩幫位移量折線圖，綜合分析可知：三個檢測面的檢測結果均在0～25 d 內出現形變較大，25～50 d 以后形變量趨于穩(wěn)定的趨勢。其中1～3 號的檢測斷面頂底板位移量最大值分別為140 mm、112 mm、108 mm，兩幫位移量最大值為170 mm、145 mm、129 mm，各檢測面的頂底板位移量、兩幫位移量均在達到最大之后穩(wěn)定，說明巷道支護未產生有害形變，支護方案效果良好。

圖3 頂底板位移量折線圖

圖4 兩幫位移量折線圖

2.2.2 錨桿支護質量監(jiān)測

錨桿支護質量的監(jiān)測主要通過分析錨桿自由端與錨固段占比情況得出。本文選取了甘莊煤礦頂板中部與巷道幫中部各10 根錨桿作為監(jiān)測對象，得到表1、下頁表2 所示監(jiān)測結果。

表1 中，巷道頂板的錨桿監(jiān)測結果顯示，10 根支護效果均為優(yōu)良；表2 中，巷道幫中部的錨桿監(jiān)測結果顯示，1 根錨桿支護效果差，其余均為優(yōu)良。綜合分析可知，錨桿支護質量達到了生產要求，支護質量良好。

表1 頂板錨桿監(jiān)測結果

表2 幫中部錨桿監(jiān)測結果

2.2.3 錨索支護質量監(jiān)測

對錨索支護質量監(jiān)測主要通過觀察錨索受力最大值與最小值得出。通過對巷道內隨機挑選10 根錨索為研究對象，每2 d 測量1 次，共測量10 次，得到錨索受力最大值為346.52 kN，受力最小值為241.60 kN。結果證明，錨索錨固支護效果良好[5]。

3 應用效果

原有巷道掘進速度約275 m/月，通過支護方案優(yōu)化后，現場監(jiān)測結果表明，頂底板移近量最大為140 mm，兩幫移近量最大為170 mm，巷道掘進速度達到320 m/月，掘進速度提升約17%。

4 結論

錨桿讓壓支護技術在甘莊煤礦8 號煤層2307 巷的有效應用，為錨桿支護的重點參數計算提供了理論依據，通過錨桿、錨索的合理布放，達到提升掘進速度的目的。主要結論如下：

1）基于高應力煤巷讓壓支護原理，結合經驗公式、生產需要、現場實際綜合分析，優(yōu)化了錨桿支護參數和支護方式，給出了巷道支護方案；

2）經過測量點選擇與實地取值獲取現場數據，并經過數據分析得到了井下巷道掘進過程中錨桿、錨索受力參數，對今后的舊巷道維護、新巷道建設提供寶貴依據；

3）掘進速度由每月275 m 提升至320 m，助力企業(yè)日常生產與提質增收。