1207材料巷錨網(wǎng)索支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

麻龍斗

（山西汾西礦業(yè)南關(guān)煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 靈石 031304）

我國煤礦一直以井工開采為主，需要掘進(jìn)大量的地下巷道。針對(duì)如何穩(wěn)定控制巷道圍巖的問題[1-2]，國內(nèi)外專家提出了一系列的理論假說和支護(hù)技術(shù)，如懸吊理論、組合梁理論與壓縮拱理論等理論假說以及錨網(wǎng)支護(hù)、型鋼支護(hù)等支護(hù)技術(shù)。目前在煤礦中應(yīng)用最為廣泛的是錨桿支護(hù)，其具有支護(hù)效果好、施工速度快、成本低等優(yōu)點(diǎn)[3-5]。

1 工程概況

南關(guān)煤業(yè)1207 工作面開采二疊系下統(tǒng)山西組2#煤，埋深258～316 m，煤層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，厚度2.1～2.4 m，平均厚度2.3 m。1207 材料巷沿2#煤層頂板掘進(jìn)，所在區(qū)域處于背斜構(gòu)造的北翼，1207 材料巷東距1209 工作面（已回采）20 m，西距1205 工作面（已回采）100 m，北距井田邊界30 m，南臨一采區(qū)回風(fēng)巷，1207 材料巷采掘工程平面見圖1。1207材料巷巷道設(shè)計(jì)寬4.4 m，高2.8 m，2#煤層頂?shù)装鍘r性特征，見表1。

圖1 試驗(yàn)巷道采掘工程平面

表1 2#煤層頂?shù)装鍘r性特征

3 錨桿（索）支護(hù)設(shè)計(jì)與現(xiàn)場試驗(yàn)

3.1 錨桿（索）支護(hù)參數(shù)計(jì)算

（1）錨桿長度計(jì)算[6]

式中：L為錨桿長度，m；K為安全系數(shù)，取2；L1為錨桿錨入穩(wěn)定巖層的深度，取0.5 m；L2為錨桿外露長度，取0.1 m；H為自然平衡拱高度，取0.65 m，則：L=2×0.65+0.5+0.1=2.0 m，整體取安全系數(shù)1.2，錨桿長度確定為2.4 m。

（2）錨桿直徑計(jì)算[6]

式中：d為錨桿桿體直徑，mm；Q為錨桿抗拔力，查表得到230 kN；σt為錨桿桿體材料抗拉強(qiáng)度，查表得到630 MPa；計(jì)算得到d=21.3 mm，錨桿直徑確定為22 mm。

（3）錨桿間距、排距計(jì)算[6]

式中：α為錨桿間排距，m；Q為錨桿設(shè)計(jì)錨固重量，取10 t/根；H為自然平衡拱高度，取0.65 m；K為安全系數(shù)，取2；γ為被懸吊巖層容重，取2.58 t/m3。則：α=（Q/KHγ）1/2=[10/（2×0.65×2.58）]1/2=1.73 m，整體取安全系數(shù)2，錨桿間距確定為850 mm、排距確定為800 mm（最大值取900 mm）。

（4）錨索長度計(jì)算[6]

錨索長度計(jì)算按照下式計(jì)算：

式中：L為錨索總長度，m；La為錨索自由段長度，取5.0 m；Lb為錨索錨固長度。

由公式Lb=kNt/（nξπdqs）計(jì)算。式中：Nt為錨索軸向拉力設(shè)計(jì)值，取100 kN；k為安全系數(shù)，取2.2；d為單股鋼絞線直徑取7 mm；n為單根錨索內(nèi)鋼絞線股數(shù)，取7；qs為錨固體與錨索之間的粘結(jié)強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，取3.2 MPa；ξ為采用2根及以上錨索時(shí)，界面粘結(jié)強(qiáng)度降低系數(shù)，取0.6，經(jīng)上式計(jì)算可得出Lb，取1.043 m。確定錨索長度為6.3 m。

（5）錨索直徑計(jì)算[6]

式中：d為錨索直徑，mm；Nt為錨索軸向拉力設(shè)計(jì)值，取100 kN；fptk為錨索抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，取1 770 N/mm2；k為錨索鋼絞線界面設(shè)計(jì)安全系數(shù)，取1.8。

計(jì)算得到d=11.4 mm，整體取安全系數(shù)1.5，結(jié)合常用錨索規(guī)格，最終確定錨索直徑為21.8 mm。

（6）錨索間排距計(jì)算

錨索間排距根據(jù)錨索所承擔(dān)的巖層質(zhì)量確定。假設(shè)每排布置一根錨索，其排距為[6]

式中：Sa為錨索排距，m；n為錨索數(shù)量，取1；h為錨索所懸吊巖層厚度，取2.4 m；B為巷道寬度，取4.4 m；γ為所懸吊巖層平均體積質(zhì)量，取25.8 kN/m3；K 為安全系數(shù)，本巷道取2.1；σa為單根錨索極限破斷力，錨索直徑為21.8 mm時(shí)，破斷力為504 kN，計(jì)算得到單根布置錨索排距不大于0.88 m。

所以，1207材料巷頂板錨索每排1根布置時(shí)排距不應(yīng)大于0.88 m；每排2根布置時(shí)，排距不應(yīng)大于1.76 m；每排3根布置時(shí)，排距不應(yīng)大于2.64 m。綜合考慮確定錨索成三花眼布置，兩排布置3根，間排距為1 000 mm×1 600 mm。

3.2 現(xiàn)場試驗(yàn)

經(jīng)過錨桿（索）支護(hù)設(shè)計(jì)計(jì)算，確定了南關(guān)煤業(yè)1207 材料巷支護(hù)參數(shù)，巷道采用“錨桿+錨索+鋼帶+六邊形網(wǎng)”聯(lián)合支護(hù)，支護(hù)斷面見圖2，具體支護(hù)參數(shù)見表2。

表2 巷道支護(hù)參數(shù)

圖2 巷道支護(hù)斷面圖

4 應(yīng)用效果監(jiān)測與分析

1207 材料巷按上述設(shè)計(jì)參數(shù)支護(hù)后，其巷道移近量監(jiān)測結(jié)果見圖3。由圖2可知，巷道圍巖變形主要在巷道掘出65 d內(nèi)，該范圍內(nèi)巷道受掘進(jìn)擾動(dòng)影響，頂?shù)装搴蛢蓭蛧鷰r快速變形，巷道頂?shù)装鍘r層平均移近速度為1.73 mm/d，兩幫圍巖平均移近速度約為1.21 mm/d，此時(shí)巷道頂?shù)装鍘r層移近量為113 mm，兩幫圍巖移近量為79 mm；在此之后，巷道圍巖變形逐漸趨于穩(wěn)定，圍巖整體變形速度均小于0.2 mm/d。

圖3 巷道圍巖變形曲線

5 結(jié)語

本文采用理論計(jì)算方法確定了南關(guān)煤業(yè)1207材料巷支護(hù)錨桿長度、直徑、間排距以及錨索長度、直徑、間排距，設(shè)計(jì)了錨網(wǎng)索支護(hù)技術(shù)方案?，F(xiàn)場使用后，巷道移近量監(jiān)測結(jié)果顯示，巷道圍巖變形主要在巷道掘出65 d內(nèi)，該范圍內(nèi)巷道頂?shù)装鍘r層平均移近速度為1.73 mm/d，兩幫圍巖平均移近速度約為1.21 mm/d，巷道頂?shù)装搴蛢蓭鸵平糠謩e為113 mm、79 mm。綜上所述，采用設(shè)計(jì)的支護(hù)技術(shù)參數(shù)實(shí)現(xiàn)了南關(guān)煤業(yè)1207 材料巷圍巖的穩(wěn)定控制。