祁南煤矿切眼支护设计

摘 要：本文首先介绍了支护设计中的邻近巷道支护变形情况和断面形状，其次对支护参数进行设计，包括锚网索支护参数设计和锚索支护参数设计，最后提出了矿压监测方案和其他要求，以供参考。

关键词：煤矿；支护；巷道；设计

1 概述

地质构造情况：根据三维地震勘探及巷道揭露资料分析，该区域为单斜构造，地层走向近南北，倾向东，倾角8～15°，平均约12°，局部有一定的起伏变化。

2.支护设计

2.1邻近巷道支护变形情况

机巷变形观测点帮顶收缩量最大值分别为：G13测点顶板下沉量最大为26mm，底鼓量最大为33mm，左帮收缩量最大为34mm，右帮收缩量最大为29mm，其中G13点变形量最大，距切眼距离460m；液压枕变化最大值15MPa，6#离层仪浅孔变化最大值28mm，7#深孔变化最大值16mm。

（1）巷道支护方式设计，在一般情况下，顶板较完整，围岩稳定时，优先采用锚带网索支护。设计依据：34下6工作面顶底板岩性及围岩特征；34下6工作面机巷锚杆支护变形特点；

（2）依据34下5工作面顶底板条件，结合34下6机巷采用锚带网索支护效果、能很好的达到支护要求。

2.2断面形状

根据设计巷道的支护条件、支护方式以及巷道断面要求、巷道矿压显现特点等，采用矩形断面。导硐侧断面规格：净宽×净高=5.0×3.0m；刷大侧断面规格：净宽×净高=2.2m×3.0m；切眼总断面规格净宽×净高=7.2m×3.0m。

3 支护参数设计

3.1 锚网索支护参数设计

3.1.1 锚杆参数设计

（1）锚杆长度

依据公式：L顶=L1+D+L2；L帮=L1+Z+L3；L3 =[（1+f煤）/（1+2f煤）]+[B-1/B+1]。式中：L1—锚杆外露（煤岩体）长度，取0.15m； L2—锚杆伸入松动圈外的长度，取0.6m；D—取围岩的松动圈D，取1.3m；Z—两帮锚杆的最小锚固长度，取0.5m；L3—两帮在有效承载区的锚固长度；F煤—煤层的普氏系数，取3；B—巷道宽度。

公式计算得顶锚杆长度为2.05m，帮锚杆长度1.83m。 考虑钻孔、锚杆打按角度等因素，顶锚杆设计长度选取2.4m，帮锚杆设计长度2.0m。

（2）锚杆直径

依据公式：φ=（KQ/0.25πσcosα）1/2。式中：K—围岩动压等影响系数，取1.2；Q—顶锚杆锚固力取100KN，帮锚杆锚固力取80KN；σ—顶锚杆抗拉强度取490MPa，帮锚杆抗拉强度取420MPa；α—顶板岩层倾角，取20°；

由公式计算结果，φ顶=18.2mm，φ帮=17.6mm，综合分析34下6工作面切眼围岩特性及工程实例，取顶锚杆选用φ22mm，帮锚杆选用φ20mm。

（3）锚杆锚固长度

依据公式：L= Q/πdp。式中：Q—锚杆锚固力；d—锚杆孔径；p—树脂药卷与钻孔之间的摩擦力，顶板为岩石取5MPa，两帮为煤层取2MPa。

由公式计算，可得顶锚杆锚固长度为227mm，两帮锚杆锚固长度为398mm；采用加长锚固方式，每根锚杆采用两节Z2550型中速树脂药卷加长锚固。

（4）支护密度及间排距

依据公式：Ps=K2Dγd/Q。式中：Ps—支护密度；K2—采动等影响系数，取3.5；D—松动圈厚度，取1.3m；γd — 岩石容重，25.7KN/m3。

由公式计算，Ps顶=1.26根/㎡，Ps帮=1.46根/㎡。综合考虑巷道宽度、围岩岩性等因素，设计锚杆间排距为800×800mm，Ps=1.56根/㎡，大于帮顶理论支护密度，满足支护强度要求。

3.1.2 锚索支护参数设计

锚索的主要作用是把冒落拱中的岩石悬吊起来，在锚杆支护失稳时能悬吊冒落拱中岩石的重量，继续起作用，提高巷道维护的可靠性。

（1）锚索的排距机长度确定：

依据公式：X=X1+X2+X3=0.2+1.8+2.5=4.5m。式中：X1—锚索外露长度，取0.2m；X2—锚索锚固长度；X3—潜在不稳定岩层高度，m；锚索长度取6.5m。

（2）锚索的密度确定

依据公式：Ps=kDγd/Q。式中：K—安全系数取1.3；D—松动圈厚度，取1.3m；γd—岩层的容重，25.7KN/m3；Q—锚索的设计锚固力，350KN。

根据上述公式计算，顶板锚索的密度Ps=0.124根/m2，1/PS顶=8.06m2/根。考虑安全起见，全切眼锚索布置方式为“三·三”布置，锚索间排距确定为2000×1600mm，锚索密度3.52m2/根，锚索布置方式：全切眼巷中布置一根，分中2m各布置一根，锚索配合大托盘400×400mm。

其它要求：一是刷大时还要采取单体铰接梁加强支护，一梁一柱，挑棚长度不小于7.0m。二是在异常地段支护，在断层破碎带附近及遇到顶板淋水等地质构造情况，适当缩小间锚杆支护排距、增加锚索支护密度或补架工字钢棚，并辅助挑棚支护。

4 矿压监测方案

4.1 观测目的

通过对34下6工作面切眼的围岩变形、锚杆及锚索受力等参数进行矿压观测，判断原支护方式及支护参数的合理性。

4.2 观测内容

一是观测巷道表面收敛、深部位移；二是巷道顶板离层；三是顶、帮锚杆（索）锚固力、受力。

4.3 观测方案

在切眼分别布置两个测点，切眼上下三岔门各布置一个测点，测点间隔30～50m，在每一个测点进行上述四项观测内容的观测。分别进行掘进阶段矿压观测。

（1）巷道表面收敛

其测量包括巷道两帮收敛、顶板下沉及底臌等。一个测站布置3个观测断面，间距不大于20m。其测量包括巷道两帮收敛、顶板下沉及底臌等。

（2）巷道顶板离层

利用顶板离层指示仪监测顶板锚固范围内及锚固范围外离层值，顶板围岩离层一个测站布置1个观测断面。

（3）頂、帮锚杆（索）锚固力

锚杆锚固力采用锚杆拉力计进行拉拔试验测定，锚索锚固力采用锚索张拉千斤顶测定。使用锚杆（索）测力计检测锚杆（索）的受力。一个测站布置1个观测断面，布置四个点测试，将测力计安设在1根锚索上，三根锚杆上（顶、两帮各1根）。

4.4 观测所需仪器

5 设计说明及其它要求

本设计为初始设计，要在施工中进行验证，根据矿压观测和施工反馈信息，及时修改、补充，进一步完善设计方案与参数。巷道施工后，及时观测巷道顶板变形情况应加密到5m一组观测点，如顶板下沉超过60mm，及时采用液压单体+铰接梁补强。切眼内除支护外当顶板下沉量超过100mm时在巷道中另增加2趟单体+铰接梁进行补强。液压单体初撑力不小于70KN。

参考文献：

[1]李中超，田奇伟.大断面切眼一次成巷联合支护技术的应用[J].中州煤炭. 2015（11）

[2]贺天才.切眼大断面锚杆支护技术的应用[J].山西煤炭. 2002（04）

[3]崔智勇，郭灵飞.大断面综放开切眼锚杆支护设计与围岩稳定性研究[J].煤炭技术. 2011（10）

作者简介：

赵洋，男，汉族，1985年出生，黑龙江省大兴安岭地区加格达奇区人，毕业于黑龙江科技学院，采矿工程专业，工程师，主要从事煤矿技术管理工作。endprint