陳 旋

(山西省長(zhǎng)治經(jīng)坊煤業(yè)有限公司， 山西 長(zhǎng)治 047100)

1 前言

3#煤層位于經(jīng)坊煤業(yè)七采區(qū)，3- 邊角082工作面所掘煤層屬沁水煤田3#煤層，為二疊系下統(tǒng)山西組，煤層賦存穩(wěn)定，平均厚度6.3m，煤層傾角為2°～6°，屬貧瘦煤，普氏硬度系數(shù)f=1.5。地面標(biāo)高+950～+956m，煤層底板標(biāo)高+680～+700m。

3- 邊角082運(yùn)輸巷道施工采用綜合機(jī)械化工藝；硐室施工及過地質(zhì)構(gòu)造帶施工時(shí)，采用鉆爆法工藝。3- 邊角082運(yùn)輸巷道總長(zhǎng)度為1 038.33m，其中利用原3- 7051運(yùn)輸巷道長(zhǎng)度為620.58m，新掘進(jìn)巷道長(zhǎng)度為417.75m。運(yùn)輸巷道掘進(jìn)中需布置臨時(shí)水倉(cāng)2個(gè)，無軌膠輪車掉頭硐室2個(gè)，材料、油脂硐室各4個(gè)。

依據(jù)3- 邊角082運(yùn)輸巷道支護(hù)設(shè)計(jì)，3- 邊角082運(yùn)輸巷道為矩形斷面，巷道寬為5.2m，高為3.1m，沿3#煤層底板掘進(jìn)。開口處坐標(biāo)X為3996979.613，Y為19683924.230,掘進(jìn)方位角為88°13′9″。

2 巷道支護(hù)設(shè)計(jì)

本巷道支護(hù)設(shè)計(jì)參照采礦工程設(shè)計(jì)手冊(cè)圍巖分類標(biāo)準(zhǔn)、掘進(jìn)斷面選擇及支護(hù)參數(shù)選取，利用工程類比法確定本運(yùn)輸巷道支護(hù)形式及支護(hù)參數(shù)。根據(jù)鄰近工作面兩運(yùn)輸巷道礦壓觀察數(shù)據(jù)及支護(hù)經(jīng)驗(yàn)，確定3- 邊角082運(yùn)輸巷道采用矩形斷面，錨桿+網(wǎng)+錨索聯(lián)合支護(hù)。

2.1 采用類比法合理選擇支護(hù)參數(shù)

根據(jù)鄰近工作面兩巷礦壓觀測(cè)資料和同煤層鄰近巷道的支護(hù)經(jīng)驗(yàn)，3- 邊角082運(yùn)輸巷道頂錨桿、幫錨桿均采用φ22mm×2 400mm左旋螺紋鋼錨桿，頂錨桿間排距為800mm×800mm，幫錨桿間排距為850mm×800mm；錨索采用φ22mm×9 000mm的19股高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，每排2根，錨索間距為2 400mm，排距為1 600mm。

頂錨桿預(yù)緊力矩不低于320N·m,錨固力不小于150kN。幫錨桿預(yù)緊力矩不低于320N·m,錨固力不小于100kN。錨索預(yù)應(yīng)力不低于150kN，錨固力為300kN。

2.2 校核支護(hù)參數(shù)

1) 錨桿長(zhǎng)度參數(shù)計(jì)算

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。錨桿長(zhǎng)度應(yīng)滿足

L≥L1+L2+L3

(1)

式中：L——錨桿總長(zhǎng)，m；

L1——錨桿外露長(zhǎng)，取0.1m；

L2——有效長(zhǎng)度(頂錨桿取免壓拱高b，幫錨桿取煤幫破碎深度c)，m；

L3——錨桿錨固長(zhǎng)度(取值0.3～0.4m)，m。

普氏免壓拱高b為

b=[B/2+Htan(45°-ω幫/2)]/f頂

(2)

式中：B、H——巷道掘進(jìn)寬度和高度，B=5.2m，H=3.1m；

f頂——頂板巖石普氏系數(shù)，取2；

ω幫——兩幫圍巖的內(nèi)摩擦角，取63.43°。

b=[5.2/2+3.1×tan(45°-63.43/2)]/2=1.67m

依據(jù)上述公式計(jì)算得出：錨桿總長(zhǎng)L≥L1+L2+L3=0.1+1.67+0.4=2.17m，所選錨桿長(zhǎng)度均能滿足計(jì)算要求。

2) 錨桿直徑參數(shù)計(jì)算

按桿體承載力與錨固力等強(qiáng)度原則，頂錨桿直徑為

(3)

式中：Q——錨桿錨固力,取現(xiàn)場(chǎng)拉拔力試驗(yàn)數(shù)據(jù)的平均值或經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),0.15MN；

σt——桿體材料的設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度，Pa，材質(zhì)為HRB335鋼筋的左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，其值為455MPa。

因此，錨桿直徑取值應(yīng)不小于20.52mm，所選錨桿為φ22mm，滿足計(jì)算要求。

3) 按錨桿所能懸吊的重量校核錨桿的排距

以按單體錨桿懸吊作用計(jì)算，每根錨桿的錨固力等于錨桿所控制的上覆巖層的重量，并令錨桿間距等于排距，可得錨桿間排距計(jì)算公式為

(4)

式中：Q——錨桿的錨固力，取值為0.15MN；

k——安全系數(shù)，取值為2；

γ——覆巖層的平均體積力，取值為0.0141MN/m3；

L2——上覆不穩(wěn)定巖層的厚度，根據(jù)前文計(jì)算取值1.7m。

考慮礦井實(shí)際情況，結(jié)合我國(guó)《煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)規(guī)范》規(guī)定：錨桿間距不易大于錨桿長(zhǎng)度的1/2；Ⅳ、Ⅲ類圍巖的錨桿間距宜為0.5～1.0m，不得大于1.25m。根據(jù)我國(guó)煤炭系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)，巖石較穩(wěn)定時(shí)，通常取0.8～1.0m，松軟巖層時(shí)，通常取0.6～0.7m。

結(jié)合巷道斷面，故3- 邊角082運(yùn)輸巷道頂錨桿間排距為800mm×800mm，幫錨桿間排距為850mm×800mm。

4) 錨索長(zhǎng)度計(jì)算

錨索的長(zhǎng)度應(yīng)滿足[1]

L=La+Lb+Lc+Ld

(5)

式中：L——錨索的總長(zhǎng)度，m；

La——錨索深入到較穩(wěn)定巖層的錨固長(zhǎng)度，m。

式中：d1——錨索直徑，取22mm；

fa——錨索抗拉強(qiáng)度，取1 860N/m2；

fc——錨索與錨固劑的黏結(jié)強(qiáng)度，10N/m2；

Lb——需要懸吊的不穩(wěn)定巖層厚度，取兩倍采高6.2m；

Lc——托板及錨具的厚度，0.07m；

Ld——外露張拉長(zhǎng)度，0.25m。

L=1.0+6.2+0.07+0.25=7.52m

結(jié)合以上計(jì)算取錨索長(zhǎng)度應(yīng)不小于7.52m，3- 邊角082運(yùn)輸巷道選用φ22mm×9 000mm高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼絞線，滿足計(jì)算要求。

3 支護(hù)施工工藝

3.1 支護(hù)形式及材料規(guī)格

1)支護(hù)形式

(1)頂板采用錨桿、錨索、鋼梁、經(jīng)緯金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)。

(2)兩幫采用錨桿、鋼梁、經(jīng)緯金屬網(wǎng)支護(hù)。

(3)頂板錨索支護(hù)采用φ22mm×9 000mm的19股高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，每排2根，錨索間距為2 400mm，排距為1 600mm。

(4)運(yùn)輸巷道每掘進(jìn)50m全斷面鋪設(shè)一排絕緣網(wǎng)，聯(lián)網(wǎng)要求與金屬網(wǎng)相同。

絕緣網(wǎng)參數(shù)：?jiǎn)胃瓟嗔Υ笥? 400N，拉斷伸長(zhǎng)率小于25%，拉伸強(qiáng)度大于180MPa，上下表面電阻值均小于1.0×109Ω。

2)安裝錨桿要求

(1)頂錨桿間排距為800mm×800mm，幫錨桿間排距850mm×800mm。

錨桿外露長(zhǎng)度從錨桿螺母算起不小于10mm、不大于50mm。

(2)錨固力：頂錨桿不小于150kN，幫錨桿不小于100kN。

螺母扭力矩：頂錨桿不低于320N·m，幫錨桿不低于320N·m。

(3)頂錨桿角度垂直于頂板，遇裂隙時(shí)，錨桿要盡量垂直于裂隙面；幫錨桿垂直巷幫布置，托板垂直于頂?shù)装濉?/p>

(4)頂幫錨桿孔深均為2 350mm，打設(shè)頂錨桿使用MQT- 130/3.0S錨桿鉆機(jī)鉆頂眼，鉆頭使用φ32mm的合金鋼鉆頭。先用1.2m中空六方短鉆桿鉆進(jìn)，然后更換為2.4m鉆桿。鉆眼時(shí)，嚴(yán)格按錨桿間、排距設(shè)計(jì)進(jìn)行，鉆機(jī)升起使鉆頭插入相應(yīng)的鋼筋梁孔中，然后開動(dòng)鉆機(jī)進(jìn)行鉆眼。頂錨桿眼深為2 350mm，誤差0～+30mm。

(5)錨桿支護(hù)工序：由外向里、先頂后幫、先中間后兩邊。

3)鋪聯(lián)網(wǎng)要求

金屬網(wǎng)之間長(zhǎng)邊搭接100mm,短邊搭接200mm，聯(lián)網(wǎng)時(shí)用16#鉛絲雙邊雙聯(lián)、雙絲雙扣、孔孔相連，必須連接牢固，保證聯(lián)網(wǎng)質(zhì)量。

4)錨索支護(hù)要求

(1)錨索支護(hù)形式為配金屬托板支護(hù)。

(2)打設(shè)錨索使用MQT- 130/3.0S型氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)鉆頂眼，三人一組進(jìn)行操作。鉆機(jī)必須支設(shè)牢固。采用B19中空六方接長(zhǎng)鉆桿和φ32mm鉆頭按設(shè)計(jì)位置鉆孔，孔深8 700mm,誤差0～+100mm。

(3)利用錨索將樹脂藥卷(1支K2335型、2支Z2360型)輕輕推送至孔底，錨索下端用攪拌器與錨桿鉆機(jī)相連，開機(jī)攪拌同時(shí)向上推進(jìn)錨索。先慢后快，待錨索推至眼底后，采用全速攪拌30s，停止攪拌，等待30s后下縮錨桿鉆機(jī)，卸下攪拌器。錨索外露為鎖具外150～250mm之間[2]。

(4)張拉錨索：待錨索凝固1h后，方可安裝托板、鎖具，并用張拉千斤頂張拉錨索到設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力150kN之后卸下千斤頂。

(5)錨索預(yù)緊時(shí)，必須用錨索專用張拉器拉緊，達(dá)到預(yù)緊力矩。

5)循環(huán)進(jìn)尺

循環(huán)進(jìn)尺可根據(jù)工作面幫頂情況而定：

(1)在頂板完整，煤層層理、節(jié)理都不太發(fā)育時(shí)，循環(huán)進(jìn)尺可定為1.6m，最大空頂距為1.8m,最小空頂距為0.2m。

(2)在頂板有淋水或煤層層理、節(jié)理都比較發(fā)育，煤層松軟時(shí)，循環(huán)進(jìn)尺為0.8m，最大空頂距為1m,最小空頂距為0.2m。

3.2 支護(hù)工藝及要求

1)臨時(shí)支護(hù)

敲幫問頂：人員進(jìn)入工作面前，由班長(zhǎng)利用長(zhǎng)度不小于2.5m的長(zhǎng)柄工具站在有效支護(hù)安全區(qū)認(rèn)真進(jìn)行敲幫問頂并及時(shí)處理活矸、活炭；有頂板離層等異常情況時(shí)，要及時(shí)采取措施；確認(rèn)安全后，方可進(jìn)入工作面作業(yè)。

(1)吊環(huán)式前探梁臨時(shí)支護(hù)。臨時(shí)支護(hù)采用3根φ75mm鋼管作為前探梁，臨時(shí)支護(hù)中前探梁分別用兩個(gè)吊環(huán)固定在工作面頂錨桿上，前后吊環(huán)間距為兩排錨桿支護(hù)間距(即1.6m)，前探梁上用背板接頂，背緊背牢，背板數(shù)量需滿足臨時(shí)支護(hù)要求。臨時(shí)支護(hù)距工作面煤壁300mm，距工作面兩側(cè)煤壁為350mm。

背板：采用優(yōu)質(zhì)松木，規(guī)格為4 500mm×350mm×50mm。

前探梁：采用φ75mm，長(zhǎng)4m，厚度不小于5mm的鋼管制作。

吊環(huán)：用厚度為10mm鋼板制作的專用吊環(huán)，用錨桿螺帽固定在合格有效的錨桿上，螺母必須擰緊、牢固，嚴(yán)禁有失效和脫扣現(xiàn)象。

工作面地質(zhì)條件穩(wěn)定時(shí)臨時(shí)支護(hù)采用ZLJ- 5.5機(jī)載臨時(shí)支護(hù)裝置，額定工作壓力為16MPa，初撐力不低于16kN，額定工作阻力為20kN，支護(hù)強(qiáng)度為5.5kN/m2，掘進(jìn)中必須及時(shí)跟進(jìn)接頂，確保臨時(shí)支護(hù)安全有效。工作面頂板及圍巖破碎或揭露構(gòu)造帶時(shí)采用吊環(huán)式前探梁臨時(shí)支護(hù)。

(2)超前錨桿臨時(shí)支護(hù)。當(dāng)掘進(jìn)工作面揭露斷層、陷落柱及圍巖破碎頂板壓力較大時(shí)，在使用吊環(huán)式前探梁臨時(shí)支護(hù)的同時(shí)采用超前錨桿加強(qiáng)支護(hù)，具體要求如下：

掘進(jìn)前，在永久支護(hù)區(qū)將超前錨桿以水平向上70°夾角打入掘進(jìn)前方穩(wěn)定煤巖層內(nèi)，超前錨桿間排距1 000mm×800mm，距兩幫不大于500mm，使其起到支護(hù)掘進(jìn)進(jìn)尺范圍內(nèi)頂板，有效地約束圍巖在掘進(jìn)后的一定時(shí)間內(nèi)不發(fā)生松弛坍塌，確保安全施工。

超前錨桿采用φ22mm×2 400mm左旋螺紋鋼錨桿，使用K2335和Z2360型樹脂錨固劑各一支，頂錨桿預(yù)緊力矩不低于320N·m,錨固力為150kN，錨桿外露為螺母絲扣外10～40mm之間。

掘進(jìn)后，及時(shí)推進(jìn)前探梁臨時(shí)支護(hù)，然后進(jìn)行永久支護(hù)作業(yè)。

2)加強(qiáng)支護(hù)工藝及要求

(1)錨網(wǎng)+木棚聯(lián)合支護(hù)。當(dāng)巷道穿越斷層、陷落柱及圍巖破碎帶時(shí)，及時(shí)縮短錨索間排距，采用錨網(wǎng)+木棚聯(lián)合支護(hù)。

木棚：選用直徑不小于160mm的圓木架棚，木棚與巷幫之間用背板接幫，背緊背牢，在梁腿接口處與頂幫圍巖之間，需用四個(gè)角楔楔緊。木棚排距800mm，圍巖較破碎時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況縮短木棚排距。

(2)錨網(wǎng)+單體液壓支柱與π型鋼梁聯(lián)合支護(hù)。當(dāng)巷道穿越斷層、陷落柱及圍巖破碎帶，受相鄰工作面采動(dòng)影響較大，頂板壓力大時(shí)，及時(shí)縮短錨索間排距，可采用錨網(wǎng)+單體液壓支柱與π型梁聯(lián)合支護(hù)。

采用4.8m的π型梁與單體液壓支柱進(jìn)行支護(hù)，支護(hù)方式為一梁兩柱，棚距800mm，兩幫單體液壓支柱距梁頭150mm，柱頭須用防倒繩與頂板鋼梁進(jìn)行連接，單體液壓支柱初撐力符合要求(不得小于90kN)；當(dāng)巷道帶有坡度時(shí)，迎山角合格。

4 結(jié)論

通過對(duì)巷道進(jìn)行了支護(hù)設(shè)計(jì)，3- 邊角082運(yùn)輸巷道頂錨桿、幫錨桿均采用φ22mm×2 400mm左旋螺紋鋼錨桿，頂錨桿間排距為800mm×800mm，幫錨桿間排距為850mm×800mm；錨索采用φ22mm×9 000mm的19股高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線。