魏海军

（山西汾西正善煤业公司，山西 孝义 032300）

引言

近些年，伴随着开采深度的持续提升，巷道支护变得越发困难，原本选择金属支架进行产煤的国家在20 世纪末期开始选择锚杆技术进行掘进支护[1]。综合现阶段巷道支护方式，比较普遍采用的主要有锚杆支护、喷射混凝土支护、棚子支护、锚索支护、锚喷支护、联合支护等方式。本文根据某矿2301 综采工作面巷道支护设计研究确定对材料巷采用锚网索支护。

1 工作面基本情况

2301 工作面位于某矿井二采区南翼，所采煤层为3 号煤，该工作面上覆2201 工作面（已采），北部为工业广场保安煤柱，东部为2303 工作面3 号煤实体，上覆2203 工作面（已采），西部为一采区3 号煤实体，南至井田边界。本工作面沿3 号煤层掘进，煤层总厚度为1.10 m，属简单结构，煤层稳定。煤层顶底板情况如表1 所示。

表1 3 号煤层顶底板情况

2 支护计算说明

2301 材料巷正巷矩形断面锚杆支护计算说明如下：

2.1 锚杆

整合相关经验数据以及规定，针对跨度不足10 m的巷道和硐室，按照以下经验公式确认系数。

2.1.1 经验公式

锚杆长度

式中：W 为巷道或硐室宽度，4.2 m；N 为围岩稳固的影响系数，Ⅱ类围岩（稳定性较好）N=0.9，Ⅲ类围岩（中等稳定）N=1.0，Ⅳ类围岩（稳定性较差）N=1.1，Ⅴ类围岩（不稳定，包括煤）N=1.2；dz为岩石节理之间的距离。

2.1.2 计算

N=1.2（Ⅴ类围岩），W=4.2 m，dz=0.35 m。

则Lg=1.2×（0.9+4.2/10）=1.584 m。Lg>2×0.35=0.7 m，取Lg=2 200 mm，dg=Lg/100=2 200/100=22 mm，取dg=22 mm。

D≤0.5×2.2=1.1 m，取间距D=950 mm。

G<3×0.35=1.05 m，取排距G=1 000 mm。

按照上述计算，矩形断面顶板需要选择型号为Φ22 mm×2 200 mm的螺纹钢锚杆，锚杆之间的间距为950 mm、排距为1 000 mm，符合要求。

2.2 W 钢带

2301 材料巷正巷采用WX-300-4.5×3950mm的W 钢带。

2.3 锚索

式中：Ls为锚索整体长度，m；La为锚索深入至一个相对稳定岩层的锚固长度，m；Lb为要求悬吊其不稳定的岩层厚度，取4 350 mm；Lc为托板及锚具的厚度，取65 mm；Ld为外露的张拉长度，取300 mm。

式（6）中La的计算公式为：

式（7）中：k 为安全系数，k=1.5；ds为锚索钢绞线直径，取21.8 mm；fa为钢绞线抗拉强度，取1 860 MPa；fc为锚索和锚固剂的设计黏结强度，树脂锚固剂fc=10 MPa。代入数值计算得La≥1.5×21.8×1 860/（4×10）=1 520.55 mm。

故Ls=1520.55+4 350+65+300=5 885.55 mm，选用Φ21.8 mm×6 000 mm的钢绞线锚索，符合要求。

根据锚索支护间排距≤L/2 公式计算：

锚索支护间排距≤6 000 mm/2，故锚索支护间距取1 500 mm，排距取2 000 mm，符合设计要求。

3 断面支护参数（见表2）

表2 2301 材料巷矩形断面每米材料消耗量表

4 支护工艺

4.1 支护材料（见表3）

表3 支护材料明细表

4.2 锚杆、锚索安装工艺

4.2.1 选择钻具

1）顶部锚杆眼钻具：MQT-130/3.0 锚杆钻机配合B19 mm×1 000 mm、B19 mm×1 200 mm 钻杆、Φ30 mm 金刚石钻头进行施工。

2）两帮煤层中锚杆眼钻具：采用ZQHS-35/2.2型气动手持式钻机，配合2.2 m 长麻花钻杆、Φ30 mm Y型钻头打锚杆眼。

3）锚索眼钻具：MQT-130/3.0 锚杆钻机配合B19 mm×1 000 mm、B19 mm×1 200 mm 钻杆、Φ30 mm金刚石钻头进行施工。

4.2.2 打锚杆、锚索眼

打眼之前，需要依照中线对巷道断面尺寸进行检查，在与作业规程要求相悖时需要对其给予事先处置，并且需要敲帮问顶寻找迎头，仔细对顶帮和迎头围岩当前的情况进行检查，去除活矸和危岩，在确认其处于安全状态之后才能够进行后续工作。保持锚杆眼当前所处位置精准，眼位误差不能够超出100 mm；保持锚索眼所处位置精准，眼位误差不能够超出100 mm；保持眼角度当前误差不能够超出15°。保持锚杆和锚索眼的深度与锚杆和锚索的长度一致，在打眼的过程中需要在钎子上标志，顶部锚杆眼深2.1 m，帮部锚杆眼深小于帮锚长度0.1 m，顶部锚索眼深度为5.8 m，同时一定要在前探梁的掩护下完成相关操作。在打好锚杆眼之后，需要快速清理眼中存在的岩渣和积水。打眼的顺序为，从外朝里、先顶后帮。

4.2.3 安装锚杆、锚索

4.2.3.1 安装锚杆

在顶部打眼之后需要完成锚杆的安装。按照要求的数量将树脂锚固剂送进眼中，然后将锚杆插入锚杆眼中，使锚杆能够将树脂锚固剂顶住，使用专门的套筒锚杆机将锚杆螺帽卡紧，先提升锚杆机再把锚固剂添加到眼底，在外露锚杆保留1 m 左右的时候需要将锚杆机打开，使锚杆机能够推动杆体旋转并且把锚杆旋入到树脂的锚固剂中，同时适当搅拌锚固剂，直到锚杆满足设计的深度为止。搅拌30 s、等待60 s 后，打开锚杆机拧紧螺帽，使锚杆托盘与煤面保持贴合，为锚杆添加适当的预紧力，使顶部锚杆预紧力矩≥300 N·m。

帮部打眼之后集中安装锚杆。安装锚杆前，使用吹眼器吹扫帮部下俯的金属锚杆眼孔中的积水和煤粉，吹眼时，操作人员一定要在孔口一侧。在进行锚杆安装时，需要先将规定数量的树脂锚固剂放置在眼中，并将锚杆插入到锚杆眼中，顶住树脂锚固剂，在锚杆的外露程度为1 m 左右时需要使用专用套筒帮部锚杆机将螺锚杆帽卡住，然后开启帮部锚杆机，使锚杆机能够推动杆体旋转并且使锚杆能够完成树脂锚固剂的放置，同时搅拌锚固剂，直到锚杆被提升到设计深度，在搅拌20 s、等待40 s 后，需要启动锚杆机拧紧螺帽使其能够为锚杆添加预紧力，使帮部锚杆安装预紧力矩≥300 N·m。

4.2.3.2 安装锚索

安装锚索前，应将眼孔内的积水、煤、岩粉冲净，把树脂锚固剂慢慢送到眼底，将锚索插入到锚索眼中，使锚索能够将树脂锚固剂顶住，使用锚杆机将搅拌器卡紧，先开启锚杆机上升阀，在锚索顶紧锚固剂时用锚杆机旋转阀带动杆体旋转并且把锚索旋入到树脂的锚固剂中，同时有效搅拌锚固剂，搅拌时间为30 s，使锚索能够提升到设计的深度，在锚索保持60 s的凝固之后，方能撤除锚杆机和搅拌器，等待15 min后，先安装托盘，后安装锚头并用张拉机具压紧锚索，预紧力为200 kN。

5 结语

从目前工作面的实际情况和巷道支护现状来看，支护方式已经基本满足巷道围岩控制的需要，具体采用哪种方式比较合理，需要结合具体地质条件和生产条件来综合确定。