郭 立



平舒煤业回采巷道支护技术设计

郭 立

(山西平舒煤业有限公司，山西 寿阳县 045400)

针对平舒煤业回采巷道支护问题，按照悬吊梁理论、组合梁理论以及平衡拱理论3种理论方法对回采巷道支护参数进行计算时所得支护参数结果相差比较大，故同时进行了工程类比设计，该方法所得的计算结果处于以上3个理论值之间，通过综合分析研究，最终决定采用工程类比法所得的支护参数，并在实际支护当中起到了良好的支护效果。

回采巷道；理论计算；巷道支护

在我国煤矿开采当中，巷道支护的形式虽然多种多样，但是锚杆支护是最主要的支护方式，其支护的效果对于矿井的生产和安全有着重要的影响。一般情况锚杆支护的设计方式主要有理论计算、工程类比以及数值模拟3种方式[1−5]。由于理论计算当中依据实际地质情况所采用的理论不同，计算的结果也将有所差异；工程类比的方法则是依据实际经验为基础，并没有相关理论作为依靠；数值模拟则是一种辅助验证的手段，在没有以上2种方式的支撑下，一般不会采 用[6−9]。本文依据28807工作面的实际地质条件，通过悬吊梁理论、自然平衡拱理论以及组合梁理论3种理论并结合工程类比的方式，最终确定了回采巷道支护的设计参数。

1 回采巷道支护设计

平舒煤业处于山西寿阳的东部，主要开采煤层为8#煤层，其中28807工作面处于八采区，煤层厚度为3.8~5.82 m，属于中厚煤层，煤层的倾角大致为3°。煤层结构并不复杂，夹矸层数较少；综采工作面的走向长度为1200 m，倾向长度为230 m；直接顶为3 m灰岩，直接底为5 m厚的泥岩，回采巷道断面为矩形，宽为5.4 m，高为4.2 m，通过现场地质条件，针对锚杆支护进行相关参数计算。

1.1 悬吊理论

悬吊理论提出，锚杆的支护作用为将不稳定岩层悬吊于上部稳定岩层当中[9−12]。

1.1.1 锚杆长度

锚杆长度依据悬吊理论可用下式表示：

=1+2+3

式中，为锚杆的全长，m；1为锚杆的外露长度，取0.2 m；2锚杆的锚固长度，取0.5 m；3锚杆的有效长度，依据围岩的松动圈范围进行取值，表达式为：

通过以上计算可知锚杆的全长=0.2+0.288+0.5= 0.988 m。

1.1.2 锚杆的直径

锚杆直径：

1.1.3 锚杆的排距

锚杆的排距可用下式表示：

式中，12为支护锚杆的排距；为安全系数，取值为2；代入上式可得排距为1.3 m。

1.2 平衡拱理论

锚杆长度的计算公式为：

l=+

式中，为巷道直接顶的厚度，取值3 m；为锚杆的锚固和外露长度，取值为0.6 m。代入公式可得l为3.6 m。但是围岩的松动深度较小，固不需要进行长锚杆支护。

1.3 组合梁理论

1.3.1 锚杆的长度

依据前面的计算结果可知，巷道顶板厚度为3 m；组合梁受到上部载荷可用下式表示：

从而得出巷道受到的水平方向应力为：

锚杆的长度：

1.3.2 锚杆间排距计算

若锚杆直径采用22 mm，则间排距为：

1.4 工程类比法

平舒煤业的相邻矿西曲矿，8#煤层的工作面28403煤层厚度为4.3 m，地质结构条件和本工作面基本 一致。

其回采巷道的支护情况为：巷道顶锚杆采用长度为1.8 m，直径为22 mm的螺纹锚杆，通过矩形布置5根顶板锚杆，间排距为1 m×1 m。巷道两帮锚杆长度为1.6 m，直径选取为20 mm，上部锚杆至顶板距离为0.5 m，间排距和顶锚杆一致。

2 支护方案的对比选择

通过以上计算，回采巷道的锚杆参数如表1所示。

表1 锚杆支护参数对比

从表1可以得出，由支护锚杆的理论计算得出的相关锚杆参数长度有着明显的差异性，工程类比法所得到的支护参数相对处于适中的水平；锚杆的直径基本保持一致，考虑到安全，锚杆直径取值为22 mm；锚杆的间排距计算结果可知组合梁理论的锚杆间排距最小，综合考虑理论方法并结合实际地质条件，选择工程类比法的支护方案。

3 结 论

通过平舒煤业的煤层构造情况，依据3种理论计算和工程类比的方式分别对回采巷道的支护进行了设计，最终得出如下结论：

(1)3种理论计算得出的相关锚杆参数相差较大，工程类比法的支护参数较为适中；

(2) 将4种支护设计参数和矿山实际条件结合分析，确定采用工程类比所得支护参数；

(3) 由于巷道围岩松动圈的范围较小，不超过0.3 m，理论计算不需要支护，但是煤层采高较大，为了防止片帮和保证安全，工程类比法所得支护方案在实际巷道支护当中，支护效果明显。

[1] 康红普,王金华,林 健.煤矿巷道锚杆支护应用实例分析[J].岩石力学与工程学报,2010,29(4):649−664.

[2] 何满潮,苏永华,孙晓明,等.锚杆支护煤巷稳定性可靠度分析[J].岩石力学与工程学报,2002(12):1810−1814.

[3] 徐长磊,郭相参.矿山巷道锚杆支护参数的设计方法[J].中国矿业,2012,21(S1):381−383.

[4] 高建军,张忠温.平朔矿区近距离煤层采空区下巷道支护技术研究[J].煤炭科学技术,2014,42(5):1−4,8.

[5] 许梦国,王明旭,王 平,等.不同巷道支护方式的数值模拟分析[J].矿冶工程,2013,33(6):19−23,27.

[6] 辛亚军,勾攀峰,贠东风,等.大倾角软岩回采巷道围岩失稳特征及支护分析[J].采矿与安全工程学报,2012,29(5):637−643.

[7] 陆银龙,王连国,张 蓓,等.软岩巷道锚注支护时机优化研究[J].岩土力学,2012,33(5):1395−1401.

[8] 张国锋,于世波,李国峰,等.巨厚煤层三软回采巷道恒阻让压互补支护研究[J].岩石力学与工程学报,2011,30(8):1619−1626.

[9] 康红普,王金华,林 健.煤矿巷道锚杆支护应用实例分析[J].岩石力学与工程学报,2010,29(4):649−664.

[10] 李为腾,杨 宁,李廷春,等.FLAC(3D)中锚杆破断失效的实现及应用[J].岩石力学与工程学报,2016,35(4):753−767.

[11] 王 成,杜泽生,李志兵.锚杆初始支护阻力的计算及预测[J].煤炭学报,2012,37(12):1982−1986.

[12] 康红普,吴拥政,李建波.锚杆支护组合构件的力学性能与支护效果分析[J].煤炭学报,2010,35(7):1057−1065.

(2018−08−15)

郭 立(1988—)，男，辽宁盖州人，助理工程师，主要从事井下煤矿开采工作。