大斷面15106 切眼巷道錨網聯(lián)合支護技術實踐

宋鴻波

（山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司望云煤礦分公司，山西 晉城 048400）

1 工程概況

山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司望云煤礦生產能力90 萬t/a。15106 切眼位于井田一采區(qū)西翼，東接15106 回風順槽掘進工作面，西部、北部、南部均為實體煤，設計掘進長度約180 m（平距），工作面沿15#煤層頂板掘進，煤層傾角約-2°，煤層厚度5.33 m，硬度系數(shù)f=1.0，裂隙發(fā)育。煤層直接頂板為K2 灰?guī)r，平均厚度5.72 m，硬度系數(shù)f=8.9；直接底為鋁土質泥巖，平均厚度7.15 m，硬度系數(shù)f=1.8。機頭、機尾5 m 段（以工作面內幫為基準）及兩端頭為矩形斷面，巷道寬10 m，高4.9 m，斷面積49 m2；中間段巷道為矩形斷面，巷道寬9 m，高4.9 m，斷面積44.1 m2。

15106 切眼斷面大、跨度大，以往采用常規(guī)29U 支架支護，支護強度較低，巷道損壞變形非常嚴重，切眼的套修量非常大，嚴重影響安裝進度。

2 切眼支護技術方案

15106 切眼巷道采用錨網聯(lián)合支護[1-6]。

2.1 兩巷超前段起吊錨索布置

錨 索 規(guī) 格Φ17.8 mm×4300 mm，排 距2000～6000 mm，靠近幫部錨索距幫300 mm，用錨具配合300 mm×300 mm×16 mm 的鋼托板和長250 mm 的14#槽鋼梁進行固定。錨固方式為加長錨固，錨固劑型號MSCKa2335/MSZ2360，一支超快速，兩支中速，錨固長度為1550 mm。

2.2 巷道支護技術方案

（1）頂錨索布置

錨 索 規(guī) 格Φ17.8 mm×6300 mm，間 距1500～2000 mm，排距2000 mm，采用“4-0-4”布置，用錨具配合300 mm×300 mm×16 mm 的鋼托板和長250 mm 的14#槽鋼梁進行固定。錨索使用一支MSCKa2335 和二支MSZ2360 樹脂錨固劑錨固。

頂錨桿間距900～1000 mm，排距1000 mm，每排11 根，采用鋼筋梁和托盤固定。鋼筋梁為Φ14 mm 的圓鋼焊接，規(guī)格60 mm×4900 mm；托盤為蝶形托盤，規(guī)格為120 mm×120 mm×8 mm。錨桿采用高強螺紋鋼錨桿Φ20 mm×2100 mm，使用一支MSCKa2335 和一支MSZ2360 樹脂錨固劑錨固。采用12#鐵絲編制菱形金屬網，孔徑50 mm×50 mm，網 片5400 mm×1200 mm、4200 mm×1200 mm，搭接方式聯(lián)網，搭接長度為200 mm，用14#鉛絲雙絲雙扣，雙排隔孔相聯(lián)，扭結三圈以上。

（2）幫錨桿布置

錨桿間、排距均為1000 mm，巷道兩幫及擴刷幫每排都是5 根。鋼筋梁和托盤固定，鋼筋梁為Φ14 mm 的圓鋼焊接，規(guī)格60 mm×1400 mm；托盤為蝶形托盤，規(guī)格為120 mm×120 mm×8 mm。開采幫及擴刷幫為Φ20 mm×2100 mm 玻璃鋼錨桿，非開采幫為Φ20 mm×2100 mm 螺紋鋼錨桿。錨桿使用一支MSCKa2335和一支樹脂錨固劑錨固。幫網：巷道兩幫采用12#鐵絲編制菱形金屬網，孔徑50 mm×50 mm，網片4900 mm×1200 mm；擴刷幫采用JD PET250×200MS 型柔性網，孔徑40 mm×40 mm，網片4900 mm×5000 mm，采用搭接方式聯(lián)網，搭接長度為200 mm，用14#鉛絲雙絲雙扣，雙排隔孔相聯(lián)，扭結三圈以上。

3 采用計算法校核支護參數(shù)

3.1 巷道頂部錨固參數(shù)理論計算

3.1.1 頂板支護載荷集度

q={ ∑h+［Htan(45°-Φ/2）+b］/f}γ

=［1.6+（4.9×0.62+4.5）/8.2］×27=68 kPa （1）

式中：q為頂板支護載荷集度，kPa ；H為巷道高度，4.9 m；Φ 為煤巖體內摩擦角，26°；f為巖體普氏系數(shù)，8.20；b為巷道寬度的一半，4.5 m；γ為直接頂容重，27 kN/m3；h為直接頂損壞厚度，1.6 m。

3.1.2 頂板錨桿布置密度

n=K·K'·q/F=（1.2×1.1×68）/100=0.89 （2）

式中：n為頂板錨桿布置密度；q為載荷集度，61 kPa；K為安全系數(shù)，取1.2；K'為變形載荷系數(shù)，取1.1；F 為錨桿設計錨固力，取100 kN。

頂錨桿布置間、排距a：

根據巷道斷面參數(shù)及實際經驗，取頂錨桿間距為0.9～1 m，排距為1 m，每排11～12 根錨桿，靠近兩幫的錨桿距離巷幫0.25～0.35 m。

3.1.3 錨桿長度的確定

頂板錨桿長度計算：

式中：l為頂板錨桿長度，m；l1為錨桿外露長度，取0.1 m；l2為錨桿有效長度，m；l3為錨桿錨固長度，m。因此，頂板錨桿長度確定為2.1 m。

3.1.4 錨桿直徑的確定

根據頂板巖層條件，選取螺紋鋼錨桿，該錨桿的屈服強度為335 MPa。錨桿直徑為：

式中：Q為設計錨桿錨固力，100 kN；σt為錨桿屈服強度，335 MPa。因此，錨桿的直徑選取為20 mm。

3.1.5 錨桿錨固劑的選取

藥卷長度的計算：

式中：L藥為樹脂藥卷總長度；R錨為錨桿半徑，10 mm；R藥為樹脂藥卷半徑，11.5 mm；K為錨固劑損耗系數(shù)，取K=1.1～1.15，在此取1.13；R為鉆孔半徑，14 mm。

根據計算結果，應該選取樹脂藥卷MSCKa2335和MSZ2360 各一支。

綜上理論分析可以初步得出，巷道頂板支護采用的錨桿型號為Φ20 mm×2100 mm 的左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，錨桿間排距為900 mm×1000 mm、1000 mm×1000 mm，錨桿使用一支MSCKa2335 和一支MSZ2360 樹脂藥卷。

3.2 幫部錨固參數(shù)理論計算

3.2.1 兩幫所需要的錨固強度

其中：P為兩幫所需要的錨固強度，kPa；q為兩幫可承載錨固體所受載荷集度，計算為197.6 kPa；Φ 為兩幫煤巖體內摩擦角，為26°。因此，兩幫所需要的錨固強度為77.2 kPa。

3.2.2 錨桿布置密度

幫錨桿布置間、排距a：

根據巷道斷面參數(shù)并結合實際經驗，取幫錨桿間、排距均為1 m；兩幫及擴刷幫每排各5 根錨桿，最上部錨桿距頂0.3 m，最下部錨桿距底0.6 m。

綜上理論分析可以初步得出，若選用的錨桿設計錨固力為100 kN，則兩幫及擴刷幫錨固參數(shù)可確定為：錨固強度77.2 kPa；巷道幫部采用Φ20 mm×2100 mm 的左旋無縱筋螺紋鋼錨桿或Φ20 mm×2100 mm 玻璃鋼錨桿，間、排距均為1000 mm；錨桿使用一支MSCKa2335 和一支MSZ2360樹脂藥卷。

4 效果分析

對15106 切眼掘進面進行礦壓監(jiān)測，主要有GWL150 礦用本安型位移傳感器觀測、十字測線位移觀測、錨桿索測力計的監(jiān)測。十字布線圍巖觀測的間距為50 m，頂板離層儀間距為50 m。共布設有5 個監(jiān)測站，離層儀深部13.5 m 和淺部2.1 m 的頂板移近量最大值為5 mm；平均表面位移兩幫最大值為10 mm，頂?shù)鬃畲笾禐?.2 mm；錨索測力計的最大讀數(shù)為250 kN，錨桿測力計最大讀數(shù)為98 kN。從監(jiān)測數(shù)據可知，支架安裝前，切眼斷面維護較為理想，錨桿和錨索支護效果較好，能有效控制巷道圍巖的變形量。