淺談煤礦錨桿支護(hù)間排距的應(yīng)用

折亮峰

(陜煤蒲白礦業(yè)公司白水煤礦，陜西 渭南 715604）

1 概況

白水煤礦為百年老礦，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力105 萬t，礦區(qū)位于鄂爾多斯拗陷區(qū)南緣、渭北褶斷束中部，褶曲、斷裂較發(fā)育。含煤地層為上石炭系太原群及下二迭系山西組,地質(zhì)條件復(fù)雜，且斷層發(fā)育較多。本井田基本為一軸向NE 向SW 傾伏為主，東部轉(zhuǎn)SEE 并同向傾伏的背斜構(gòu)造。因被新井等正斷層切割，呈NE的條狀單斜斷塊，斷塊間具有緩波狀起伏及局部凹坑，煤層傾角一般為8°至15°。井田內(nèi)斷裂較多，以高角度正斷層為主，斷裂之間形成地塹式塊段。

礦井巖層基本情況：下二疊系山西組（p1Sh）：上部灰色，下部灰黑色中細(xì)粒石英砂巖，泥巖及砂質(zhì)泥巖；中、下部夾1～3 層薄煤（局部可采）；底部為一層含鈣質(zhì)的石英細(xì)砂巖（K4），偶夾1～2 層灰?guī)r透鏡體及黑色頁巖礫塊，層面富集大量定向排列的云母片，是劃分山西組和太原群的重要標(biāo)志。本組厚約58m，與上覆地層整合接觸。

上石炭系太原群（c3t）:為本區(qū)主要含煤地層，以灰黑色泥巖為主，次為鋁土頁巖，細(xì)砂巖及薄層泥灰?guī)r，含煤3～4 層，本組厚度30m，與上覆地層局部假整合接觸。下奧陶系馬家溝群（Q1＋2m）：為本區(qū)煤系地層沉積底盤，以灰色及淺灰色灰?guī)r為主，夾薄層燧石，鈣質(zhì)頁巖。厚度不詳，與上覆地層假整合接觸。

掘進(jìn)所施工的煤巷錨桿支護(hù)從無到有，種類有管縫錨桿、等強(qiáng)錨桿、高強(qiáng)錨桿等。但支護(hù)參數(shù)一直沿用借鑒臨近相似礦井的錨桿支護(hù)參數(shù)，錨桿問排距均為700mm×800mm。但該間排距偏小，工序較多，制約著施工進(jìn)度，造成材料、人員、工時(shí)浪費(fèi)。因此，合理確定及適當(dāng)增大錨桿問排距，對(duì)減少材料費(fèi)投入，減少施工工序，提高施工進(jìn)度和單進(jìn)水平，保證接替正常、提高礦井產(chǎn)量，保證安全生產(chǎn)有著重要意義。

2 錨桿支護(hù)作用原理

錨桿支護(hù)在支護(hù)原理上符合現(xiàn)代巖石力學(xué)和圍巖控制理論。錨桿與被錨固圍巖共同承載，屬主動(dòng)支護(hù)，因而能夠調(diào)動(dòng)和利用圍巖自身的穩(wěn)定性，充分發(fā)揮圍巖的自身承載能力，有效地控制巷道圍巖變形，所以錨桿支護(hù)更有利于保護(hù)巷道圍巖的穩(wěn)定，改善巷道維護(hù)狀況。

3 錨桿支護(hù)的組合作用

平頂巷道的層狀頂板，可看作是以巷道兩幫為支點(diǎn)的疊合梁。疊合梁層間抗剪力不足，在荷載作用下，將發(fā)生較大的彎曲變形和層間錯(cuò)動(dòng)。若用錨桿穿過并緊固，各層之間便互相擠壓，層間摩擦阻力增加，在外荷載作用下，層間不再發(fā)生離層錯(cuò)動(dòng)，抗彎抗剪強(qiáng)度增強(qiáng)，頂板便由“疊合梁”變成了“組合梁”。這樣大大提高了頂板巖層的承載能力，錨桿本身還起到抗剪銷釘?shù)淖饔?，能更加有效地阻止巖層的層間錯(cuò)動(dòng)。錨桿支護(hù)的作用并非各個(gè)獨(dú)立，一般是同時(shí)并存綜合作用，只是在不同的地質(zhì)條件下某種作用占主導(dǎo)地位。

4 錨桿支護(hù)參數(shù)的確定

以白水煤礦二四采區(qū)軌道運(yùn)輸巷為例，按懸吊理論計(jì)算錨桿參數(shù)（斷面為下寬：4.2m；高3.7m）。

（1）錨桿長度計(jì)算

L=KH＋L1＋L2

L——錨桿長度，m；H——冒落拱高度，m；K——安全系數(shù)，一般取K=2；L1——錨桿錨入穩(wěn)定巖層的深度，一般按經(jīng)驗(yàn)取0.6m；L2——錨桿在巷道中的外露長度，一般取0.2m；其中：H=B／2f=4.44／(2×4)＝0.555m。

式中：B——巷道開掘?qū)挾龋?.44m；f——巖石堅(jiān)固系數(shù)，砂巖取4。

則：L=2×0.555＋0.6＋0.2=1.91m

（2）錨桿間距、排距計(jì)算，間排距擬定相等，取A

式中：A——錨桿間排距，m；Q——錨桿設(shè)計(jì)錨固力，50KN/根；H——冒落拱高度，取0.555m；R——被懸吊砂巖的重力密度，取25.48KN/m3；K——安全系數(shù)，一般取K=2。

通過計(jì)算，選用直徑20mm，長度2200mm 螺紋鋼錨桿，間距采用800mm，排距采用900mm 能夠滿足要求。

5 支護(hù)設(shè)計(jì)

（1）該巷道斷面為半圓拱形巷道，斷面尺寸為：掘進(jìn)斷面，寬4.44m，高3.82m，S 掘=14.8m2，凈斷面，凈寬4.20m，凈高3.70m,S 凈=13.64m2。

附：巷道支護(hù)斷面圖1，斷面支護(hù)布置展開圖2。

圖1 巷道支護(hù)斷面圖

圖2 斷面支護(hù)布置展開圖

（2）支護(hù)形式為錨網(wǎng)錨索支護(hù)。

（3）支護(hù)材料：1）錨桿：拱部采用Ф20×2200mm 型螺紋鋼錨桿，兩幫采用Ф20×2200mm 型螺紋鋼錨桿，錨桿間排距為800×900mm，布置形式為矩形布置。2）錨固劑： 拱頂部采用K2360 樹脂藥卷，錨固長度1200mm，錨固劑使用數(shù)量為2 節(jié)/根。幫部采用K2360 樹脂藥卷，錨固長度600mm 錨固劑使用數(shù)量為1 節(jié)/根。3）托板采用鐵托板規(guī)格為150×150×5mm；鋼板。4）錨索采用Ф18mm×5300mm 型錨索，布置形式為1－0－2－0－1方形布置，間排距為1600×1800mm，錨固劑用量為3 節(jié)/根。5）鋼筋網(wǎng)采用規(guī)格為： 直徑×寬×長 （6×1100×2000）mm，網(wǎng)孔為100×100mm 型焊接式金屬網(wǎng)。

6 結(jié)論

以改變錨桿的間排距，從原來的700mm×800mm 的間排距改變成現(xiàn)在的800mm×900mm，在白水煤礦二四采區(qū)軌道運(yùn)輸巷進(jìn)行試驗(yàn)后，減少了材料費(fèi)投入，減少了施工工序，提高施工進(jìn)度和單進(jìn)水平，保證了生產(chǎn)接續(xù)正常，提高了礦井的整體產(chǎn)量，掘進(jìn)進(jìn)尺由原來的60 米/月提高到81 米/月，掘進(jìn)速度提高了35%以上，初步實(shí)現(xiàn)了高效、安全、改善工序的目標(biāo)。