39202輔運(yùn)順槽掘進(jìn)工作面支護(hù)設(shè)計(jì)

解 政

（中煤平朔集團(tuán)有限公司井工三礦，山西 朔州 036000）

1 概況

中煤平朔集團(tuán)有限公司井工三礦39202輔運(yùn)順槽埋深500m，掘進(jìn)斷面為矩形斷面，寬×高=5.2m×3.5m。其中，A-C段斷面寬×高=5.2m×3.5m；C-F段斷面寬×高=4.2m×3.5m；39202輔運(yùn)順槽設(shè)計(jì)采用“錨、網(wǎng)、索、鋼帶”聯(lián)合支護(hù)，如遇地質(zhì)變化時(shí)(過(guò)斷層、遇破碎帶、風(fēng)氧化煤等)，需及時(shí)改變支護(hù)方式。

2 支護(hù)設(shè)計(jì)

2.1 支護(hù)材料

頂錨桿型號(hào)：MSGLW-335，左旋無(wú)縱肋螺紋鋼錨桿；左幫錨桿型號(hào)：MSGM-235，圓鋼桿體；左幫錨桿規(guī)格和尺寸：錨桿為Φ18mm，L=1700mm；右?guī)湾^桿型號(hào)：MSGSL18/1800F，玻璃鋼桿體，桿體表面有螺紋狀，頂端呈斜切狀。錨索鋼絞線材質(zhì)、型號(hào)：七芯鋼絞線，SKP18-1/1860；錨索鋼絞線規(guī)格：Φ17.8mm，L=7300mm。錨索托盤規(guī)格：250mm×250mm×12mm正方形托盤，孔徑22mm；加掛14#槽鋼鋼梁時(shí)錨索托盤規(guī)格：90mm×90mm×14mm正方形托盤，孔徑22mm。頂板鋼網(wǎng)規(guī)格：5800mm×1200mm；左幫鋼網(wǎng)規(guī)格：3000mm×1300mm；鋼板網(wǎng)材質(zhì)：Q198Cr-Mo；鋼板網(wǎng)梗徑：3.0mm×3.0mm；鋼板網(wǎng)截距：155mm×75mm；右?guī)退芰暇W(wǎng)規(guī)格和尺寸：30000mm×1500mm。鋼筋鋼帶材質(zhì)：Φ12mm鋼筋；鋼筋鋼帶規(guī)格：L=4600mm，寬=80mm。

2.2 三孔直徑及深度

頂錨桿直徑Ф22mm，錨固劑直徑Ф23mm，釬頭直徑Ф30mm；幫錨桿直徑Ф18mm，錨固劑直徑Ф23mm，釬頭直徑Ф28mm；錨索直徑Ф17.8mm，錨固劑直徑Ф23mm，釬頭直徑Ф28mm。頂錨桿孔深2350mm，幫錨桿孔深1650mm，錨索孔深7100mm。39202輔運(yùn)順槽支護(hù)斷面圖如圖1所示。

2.3 支護(hù)參數(shù)驗(yàn)算

2.3.1 錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)與校核

巷幫破壞深度：

式中：

k-應(yīng)力集中系數(shù)；

r-巖層容重；

H-巷道埋藏深度；

B-采動(dòng)影響無(wú)固定次數(shù)；

δm-煤的平均抗壓強(qiáng)度；

h-巷道高度；

Φ-煤的內(nèi)摩擦角。

則C=1.48m。

頂板巖石松動(dòng)高度：b=10(a+c)/k'dr

式中：

a-巷道半跨距；

k' -巖石穩(wěn)定性系數(shù)；

dr-錨固巖石的平均強(qiáng)度，dr=40MPa。

則：b=0.76m。

頂板錨桿長(zhǎng)度：L=b+L1+L2

式中：

L1-錨固長(zhǎng)度，L1=0.95m；

L2-考慮托盤螺母需要長(zhǎng)度，L2=0.15m。

故L=b+L1+L2=0.76+0.95+0.15=1.86m，取2.4m。

2.3.2 錨索支護(hù)設(shè)計(jì)與校核

錨索錨固長(zhǎng)度計(jì)算：La=k（d1×fs）/4fc

式中：

La-錨索深入到穩(wěn)定巖層中的錨固長(zhǎng)度；

k-安全系數(shù)；

d1-錨索直徑；

fs-錨索抗拉強(qiáng)度；

fc-錨索與樹脂錨固劑的設(shè)計(jì)粘度。

則：錨固長(zhǎng)度La=1417.32mm，取1550mm。

錨索長(zhǎng)度：L=La+Lb+Lc+Ld

式中：

L-錨索長(zhǎng)度，m；

Lb-需要懸吊的不穩(wěn)定巖層厚度，巷道施工中根據(jù)頂板完整情況需留0.5～1m底煤，頂板煤層平均厚度為5.04～5.54m；

Lc-上托盤及錨具的厚度，m；

Ld-需要外露的張拉長(zhǎng)度，m。

則：L=1.41+(5.04～5.54)+0.1+0.2=6.75～7.25m。

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，為進(jìn)一步提高頂板支護(hù)質(zhì)量，應(yīng)根據(jù)掘進(jìn)生產(chǎn)過(guò)程中頂煤厚度變化及地質(zhì)條件變化的具體情況，及時(shí)調(diào)整錨索支護(hù)長(zhǎng)度。錨索長(zhǎng)度范圍為7300～13300mm，錨索預(yù)應(yīng)力要滿足設(shè)計(jì)要求，并確保錨索錨固到穩(wěn)定的煤巖層中。

圖1 39202輔運(yùn)順槽支護(hù)斷面圖

3 支護(hù)效果分析

為分析39202輔運(yùn)順槽支護(hù)效果，在大型有限元軟件FLAC3D軟件中建立了有限元模型，對(duì)支護(hù)后其塑性區(qū)分布以及位移分布進(jìn)行了模擬，其結(jié)果如圖2、3所示。

圖3 巷道位移分布

由圖2分析可知，巷道頂板塑性區(qū)范圍得到了有效控制，頂板塑性區(qū)分布范圍較小。由圖3（a）分析可知，巷道頂板最大下沉量約為45.2mm，底板底鼓量約為50mm左右，可見(jiàn)巷道頂?shù)装遄冃瘟枯^小。由圖3（b）可知，巷道左幫最大位移值為61.9mm，右?guī)妥畲笪灰浦禐?5.6mm，可見(jiàn)巷道兩幫變形量也較小。綜合以上分析，可見(jiàn)采用的支護(hù)方法可有效控制圍巖變形。

4 結(jié)論

（1）根據(jù)39202輔運(yùn)順槽掘進(jìn)工作面的條件，設(shè)計(jì)了39202輔助運(yùn)輸順槽的支護(hù)，對(duì)支護(hù)參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)驗(yàn)算。

（2）利用FLAC3D有限元軟件對(duì)支護(hù)效果進(jìn)行了模擬分析，結(jié)果表明，巷道圍巖塑性區(qū)范圍較小，頂?shù)装?、兩幫位移均較小，巷道圍巖變形得到了有效控制。