麻龙斗

（山西汾西矿业南关煤业有限责任公司，山西 灵石 031304）

我国煤矿一直以井工开采为主，需要掘进大量的地下巷道。针对如何稳定控制巷道围岩的问题[1-2]，国内外专家提出了一系列的理论假说和支护技术，如悬吊理论、组合梁理论与压缩拱理论等理论假说以及锚网支护、型钢支护等支护技术。目前在煤矿中应用最为广泛的是锚杆支护，其具有支护效果好、施工速度快、成本低等优点[3-5]。

1 工程概况

南关煤业1207 工作面开采二叠系下统山西组2#煤，埋深258～316 m，煤层结构稳定，厚度2.1～2.4 m，平均厚度2.3 m。1207 材料巷沿2#煤层顶板掘进，所在区域处于背斜构造的北翼，1207 材料巷东距1209 工作面（已回采）20 m，西距1205 工作面（已回采）100 m，北距井田边界30 m，南临一采区回风巷，1207 材料巷采掘工程平面见图1。1207材料巷巷道设计宽4.4 m，高2.8 m，2#煤层顶底板岩性特征，见表1。

图1 试验巷道采掘工程平面

表1 2#煤层顶底板岩性特征

3 锚杆（索）支护设计与现场试验

3.1 锚杆（索）支护参数计算

（1）锚杆长度计算[6]

式中：L为锚杆长度，m；K为安全系数，取2；L1为锚杆锚入稳定岩层的深度，取0.5 m；L2为锚杆外露长度，取0.1 m；H为自然平衡拱高度，取0.65 m，则：L=2×0.65+0.5+0.1=2.0 m，整体取安全系数1.2，锚杆长度确定为2.4 m。

（2）锚杆直径计算[6]

式中：d为锚杆杆体直径，mm；Q为锚杆抗拔力，查表得到230 kN；σt为锚杆杆体材料抗拉强度，查表得到630 MPa；计算得到d=21.3 mm，锚杆直径确定为22 mm。

（3）锚杆间距、排距计算[6]

式中：α为锚杆间排距，m；Q为锚杆设计锚固重量，取10 t/根；H为自然平衡拱高度，取0.65 m；K为安全系数，取2；γ为被悬吊岩层容重，取2.58 t/m3。则：α=（Q/KHγ）1/2=[10/（2×0.65×2.58）]1/2=1.73 m，整体取安全系数2，锚杆间距确定为850 mm、排距确定为800 mm（最大值取900 mm）。

（4）锚索长度计算[6]

锚索长度计算按照下式计算：

式中：L为锚索总长度，m；La为锚索自由段长度，取5.0 m；Lb为锚索锚固长度。

由公式Lb=kNt/（nξπdqs）计算。式中：Nt为锚索轴向拉力设计值，取100 kN；k为安全系数，取2.2；d为单股钢绞线直径取7 mm；n为单根锚索内钢绞线股数，取7；qs为锚固体与锚索之间的粘结强度设计值，取3.2 MPa；ξ为采用2根及以上锚索时，界面粘结强度降低系数，取0.6，经上式计算可得出Lb，取1.043 m。确定锚索长度为6.3 m。

（5）锚索直径计算[6]

式中：d为锚索直径，mm；Nt为锚索轴向拉力设计值，取100 kN；fptk为锚索抗拉强度标准值，取1 770 N/mm2；k为锚索钢绞线界面设计安全系数，取1.8。

计算得到d=11.4 mm，整体取安全系数1.5，结合常用锚索规格，最终确定锚索直径为21.8 mm。

（6）锚索间排距计算

锚索间排距根据锚索所承担的岩层质量确定。假设每排布置一根锚索，其排距为[6]

式中：Sa为锚索排距，m；n为锚索数量，取1；h为锚索所悬吊岩层厚度，取2.4 m；B为巷道宽度，取4.4 m；γ为所悬吊岩层平均体积质量，取25.8 kN/m3；K 为安全系数，本巷道取2.1；σa为单根锚索极限破断力，锚索直径为21.8 mm时，破断力为504 kN，计算得到单根布置锚索排距不大于0.88 m。

所以，1207材料巷顶板锚索每排1根布置时排距不应大于0.88 m；每排2根布置时，排距不应大于1.76 m；每排3根布置时，排距不应大于2.64 m。综合考虑确定锚索成三花眼布置，两排布置3根，间排距为1 000 mm×1 600 mm。

3.2 现场试验

经过锚杆（索）支护设计计算，确定了南关煤业1207 材料巷支护参数，巷道采用“锚杆+锚索+钢带+六边形网”联合支护，支护断面见图2，具体支护参数见表2。

表2 巷道支护参数

图2 巷道支护断面图

4 应用效果监测与分析

1207 材料巷按上述设计参数支护后，其巷道移近量监测结果见图3。由图2可知，巷道围岩变形主要在巷道掘出65 d内，该范围内巷道受掘进扰动影响，顶底板和两帮围岩快速变形，巷道顶底板岩层平均移近速度为1.73 mm/d，两帮围岩平均移近速度约为1.21 mm/d，此时巷道顶底板岩层移近量为113 mm，两帮围岩移近量为79 mm；在此之后，巷道围岩变形逐渐趋于稳定，围岩整体变形速度均小于0.2 mm/d。

图3 巷道围岩变形曲线

5 结语

本文采用理论计算方法确定了南关煤业1207材料巷支护锚杆长度、直径、间排距以及锚索长度、直径、间排距，设计了锚网索支护技术方案。现场使用后，巷道移近量监测结果显示，巷道围岩变形主要在巷道掘出65 d内，该范围内巷道顶底板岩层平均移近速度为1.73 mm/d，两帮围岩平均移近速度约为1.21 mm/d，巷道顶底板和两帮移近量分别为113 mm、79 mm。综上所述，采用设计的支护技术参数实现了南关煤业1207 材料巷围岩的稳定控制。