煤矿采区巷道支护设计方案研究

摘要：随着煤炭开采量的不断增加，煤矿开采深度不断加深，开采时遇到的地质情况也是越来越复杂，对煤矿开采安全尤其是巷道支护的要求更是　越来越高。目前，在煤巷支护工程中用到的最多的支护技术是锚杆支护。本文结合某煤矿巷道支护设计实例，探讨了悬吊理论设计方法，希望对类　似工程的设计和建设提供借鉴作用。　关键词：回风巷；悬吊理论；支护　１、引言　量粗砂质，ｆ＝８￣１０。　近年来煤矿开采水平向深度发展，出现　巷道断面为半圆拱形断面，巷道净宽为　的软岩工程问题越来越多。软岩巷道变形量　５０００ｍｍ，巷道净高度为４１００ｍｍ，半圆拱巷　大，支护受力大，一般采用可缩性Ｕ型钢支　道净断面积１７．８ｌ　ｍ２。　架，但是其不但成本高、劳动强度大，而且　有时还容易发生破坏。自从围岩松动圈支护　理论提出，在随后的巷道支护研究中确定主　要研究对象为松动圈发展过程中的碎胀变　形　人们逐渐开始用锚喷支护代替Ｕ型钢支　架来解决软岩支护问题，不仅支护效果好，　而且经济技术效益显著。本文结合工程实例，　探讨了锚杆的悬吊作用机理，并介绍了其支　护设计方法的应用。　２、锚杆的悬吊作用机理　图２西部回风巷断面示意图　１９５２￣１９６２年，ＬｏｕｉｓＡ、Ｐａｎｅ　Ｋ经过理　３．２按悬吊作用理论锚杆支护参数计算　论分析及实验室和现场测试，提出锚杆作用　１）锚杆长度　机理是将直接顶板悬吊到坚硬岩层上。例如，　Ｌ：Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３　在缓倾斜岩层中锚杆的悬吊作用就是锚杆将　下部不稳定的岩层（直接顶或块状结构中不稳　Ｌ　ｋｈ　固的岩块）悬吊在上部稳固的岩层上、阻止岩　块或岩层的垮落。锚杆所受的拉力来自被悬　式中：　吊的岩层重量，并据此设计锚杆支护参数。　Ｌ一锚杆长度，ｍ；　Ｌ１一锚杆在巷道中的外露长度，Ｌ１　幽　垫板厚度＋螺母厚度＋（０．０２～Ｏ．０３）ｍ，其值　主要取决于锚杆类型，对于端锚锚杆，一般　取０．１５ｍ；　Ｌ２一锚杆有效长度，ｍ；　“’　｛ｂ　Ｌ３一锚杆锚入稳定岩层的锚固长度，　悬吊软弱岩层顶板　悬吊危岩　应由拉拔试验确定，一般按经验取０．５ｍ；　１一锚杆　２一不稳定岩层　ｋ一安全系数，一般取ｋ＝２；　３一危岩４一坚固围岩　ｈ一冒落拱高度，ｎｌ；　图１锚杆悬吊作用示意图　在解析法中，常用普氏自然平衡拱理论　这一理论应用具有局限性，我国应用的　确定ｈ的大小，　锚杆长度一般为１．６～２．０ｍ之间，当破碎带较　大时，采用该理论无法设计支护参数，而且　＾：　大量工程实践证明，即使巷道上部没有稳固　２ｆ　的岩层，锚杆也可以发挥其作用。例如在全　煤巷道中，锚杆锚固在煤层中也能起到支护　当ｆ　３时，　作用。　３、工程实例　３．１工程概况　＋胁ｆｇ（４ｓｏ＋争Ｉ　某煤矿西部回风巷井下位于井田西翼，　当，　２时，　位于七采区北部、八采区南部，相对地面位　曰　置位于南阳湖。巷道用途为满足西部采区的　即：ｈ＝百：０．４４（ｍ）　辅助运输、回风、行人、管线敷设等需要，全　长约１６８３ｍ。　式中：Ｂ一巷道开掘宽度，取５．３ｍ；　巷道煤（岩）层赋存情况如下：　ｆ一岩石坚固性系数，取６；　煤３下：黑色，块状，以亮煤为主，暗　煤次之，沥青光泽，条痕为褐黄色。３下煤最　Ｈ一巷道掘进高度，ｍ；　大厚度４．０３ｍ，最小０ｍ，平均３．５ｍ，ｆ＝ｌ～２。　一岩体内摩擦角，（。）；　泥岩：灰黑色泥岩，质纯，局部发育大　量滑面构造，深灰色，　ｆ＝２￣４。　则：Ｌ＝Ｏ．１５＋２ｘ０．４４＋ｏ．５＝１．５３ｍ　粉砂岩：深灰色，富含炭化植物碎屑化　２）锚杆杆体直径　石，波状及水平层理，层面含大量炭化物，　根据杆体承载力与锚固力等强度原则确　局部夹有薄煤线，ｆ＝４￣６。　定，则　细砂岩：浅灰色，成份以石英为主，长　石次之，含少量暗色矿物。粘土质胶结，较　ｄ＝３５．３５√Ｑ／　ｔ　坚实。裂隙发育，充填有方解石脉，ｆ＝６￣８。　式中：ｄ—锚杆杆体直径，ｍｎｌ　中砂岩：灰白色，略带绿色。成份以石　Ｑ一设计锚固力，由拉拔试验确定，取　英为主，长石次之，含少量暗色矿物，含少　ｌ００ｋＮ：　１１６　ｗｗｗ．ｓｐｙｚ￣ｚ．ｃｏｍ商品与质量・学术观察　ｔ一杆体材料抗拉强度，取３１５ＭＰａ。　则：ｄ＝３５．３５×　而　：２ｏｍｍ　３）锚杆间、排距　根据每跟锚杆悬吊岩石荷载大小确定锚　杆间距（ａ）与排距（ｂ）（通常ａ＝ｂ），即锚杆　悬吊岩石荷载（Ｇ＝－ａ　Ｌ　２　Ｙ）等于锚杆的锚　固力（Ｑ）。在考虑了安全系数ｋ的情况下：　ａ＝ＪＱ／（ｋｈｒｌ　式中：ａ一锚杆间距，ｍ；　Ｑ一锚杆设计锚固力，１００ｋＮ：　ｋ一安全系数，一般取ｋ＝２；　ｈ－－冒落拱高度，取０．４４ｍ：　ｒ一被悬吊岩石的容重，取ｌ２．７４　ｋＮ／ｍ３：　、』１Ｏ　（２×Ｑ４叙１２７４｝＝２．９９　ａ一－　Ⅱｌ　通过以上计算，选用直径２０ｍｍ、长度　２０００ｍｍ的左旋无纵筋螺纹钢锚杆，锚固剂选　用直径２３ｍｍ、长度４００　ｍｍ的Ｋ２３４０型及　ＣＫ２３４０型树脂锚固剂，每孔各一支；锚杆间、　排距为８００ｘ８ＯＯｍｍ（￣５０ｍｍ）矩型布置，采　用锚杆紧跟迎头方式支护，锚杆设计锚固力　为１００ｋＮ。　／　／　／Ｊ，，，　，　一　，ｒ＿¨嵋　一　一一　一【　≤．　图３西部回风巷断面支护示意图　４、结束语　我国煤矿锚杆支护经过多年的发展，应　用范围已扩展到受动压影响的回采巷道、软　岩巷道、破碎或复合顶板巷道及工作面开切　眼和大断面硐室，锚杆支护的种类、结构形　式及规格层出不穷，而锚杆支护设计方法却　比较单一，即普遍采用工程类比法，因而不可　避免地带有一定的盲目性。因此，在设计过程　中应分析不同种类锚杆结构的作用原理，考察　不同设计方法的特点，探讨影响支护效果的主　要因素。明确锚杆支护技术与设计方法。本文　详细介绍了悬吊理论在工程实例中的应用，　希望能对类似工程问题提供借鉴。　参考文献：　［１］董方庭，姚玉煌，黄初，等．井巷设计与　施工［Ｈ］．徐州：中国矿业大学出版社，２００４　［２］蒋顺勋，宋广太，库明欣．煤巷锚杆支护　施工指南［　．北京：煤炭工业出版社，１９９９　［３］袁和生，煤矿巷道锚杆支护技术［Ｈ］．北　京：煤炭工业出版社，１９９７　［４］赵兴东，井巷工程［Ｈ］．北京：冶金工业出　版社。２０１０　［５３周华强，巷道支护与稳定作用理论及　其应用［卜１］．徐州：中国矿业大学出版社，２００６