袁店一井1004風(fēng)巷支護(hù)錨索參數(shù)的確定及實(shí)踐效果分析

朱成行

摘 要：基于袁店一井煤礦1004工作面風(fēng)巷的具體地質(zhì)條件，通過理論分析及現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，提出了專門針對(duì)1004風(fēng)巷的錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)技術(shù)，并對(duì)支護(hù)效果進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)了巷道順利掘進(jìn)及有效支護(hù)，且減少了材料的消耗，取得了較好的技術(shù)及經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：巷道支護(hù) 錨索參數(shù) 礦壓

中圖分類號(hào)：TE2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）05（a）-0094-02

1 工程地質(zhì)概述

1004工作面所處煤層較穩(wěn)定，煤層厚度2.86～3.27 m，平均3.0 m。煤層傾角近水平。煤層直接底板為黑色砂質(zhì)泥巖，厚度為5.1 m，上部含較多植物跟部化石，下部含羊齒等植物化石、夾煤線。老底為褐灰色中粒砂巖（S9）厚8.8 m，以石英、長(zhǎng)石為主，含暗黑色礦物和黑色泥巖包裹體，鈣質(zhì)膠結(jié)，間夾0.1 m菱鐵質(zhì)泥巖。再向下為石炭系太原群上部巖層，主要為砂巖、砂質(zhì)泥巖、石灰?guī)r及薄煤層。所要掘進(jìn)的1004風(fēng)巷總長(zhǎng)度約為1000 m，巷道設(shè)計(jì)寬度為4000 mm，高度為2700 mm，呈矩形斷面，總斷面面積為10.8 m2。

2 錨索參數(shù)取值研究

2.1 錨索間排距

通過試驗(yàn)錨具效率系數(shù)應(yīng)滿足：

（1）

由式（1）得鋼絞線與錨具組裝件在靜載作用下的抗拉強(qiáng)度應(yīng)滿足：

（2）

式中：為鋼絞線協(xié)同作用系數(shù)，在此取0.99。

綜合考慮上述因素和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)資料，實(shí)際工程中錨索抗拉強(qiáng)度Fms應(yīng)滿足：

（3）

式中：為工程條件影響系數(shù)，取值0.90。從而得出錨索的破斷力應(yīng)滿足：

（4）

直徑為15.24 mm和17.8 mm鋼絞線的按國(guó)標(biāo)GB/T5224-2003的要求取值分別為260 kN和353 kN，從而得出兩種錨索破斷力分別為220 kN和299 kN。

普氏理論方法是我國(guó)計(jì)算巷道松動(dòng)壓力普遍采用的方法。根據(jù)普氏理論有：

（5）

（6）

式中：b0為冒落拱最大高度，m；a1為冒落拱最大跨度的一半，m；a為巷道寬度的一半，m；H為巷道高度，m；f為圍巖堅(jiān)固性系數(shù)，根據(jù)袁店一礦1004工作面實(shí)際地質(zhì)資料，確定f值取0.9；為圍巖內(nèi)摩擦角，取30°。

普氏拱軸線方程[2]為：

（7）

通過積分求得巷道頂板的冒落拱面積：

m2 （8）

從而冒落拱巖體載荷：

kN/m

直徑為17.8 mm錨索沿巷道頂板每米承受載荷見表1，表中“—”表示直徑17.8 mm錨索沿巷道頂板每米承受載荷小于冒落拱巖體載荷。

由表1可知，B、D、E三種方案富余承載空間很大，錨索存在很大浪費(fèi)。因此較優(yōu)的方案為A、C和F，其中A方案錨索布置在巷道中部，沿巷道走向錨索預(yù)應(yīng)力擴(kuò)散較好，但沿巷道橫向預(yù)應(yīng)力作用范圍有限；F方案沿巷道橫向錨索預(yù)應(yīng)力擴(kuò)散較好，但沿巷道走向預(yù)應(yīng)力作用范圍有限，而C方案，預(yù)應(yīng)力沿巷道橫向相互疊加，與錨桿預(yù)應(yīng)力相互作用，形成網(wǎng)絡(luò)骨架結(jié)構(gòu)，并在巷道走向方向預(yù)應(yīng)力擴(kuò)散較好。因此，錨索直徑為17.8 mm時(shí)，合理的錨索布置為每排兩根，排距為1.8 m。

2.2 錨索長(zhǎng)度

確定錨索長(zhǎng)度及位置時(shí)主要應(yīng)考慮載荷高度和穩(wěn)定巖層的賦存情況，載荷高度根據(jù)冒落拱高度進(jìn)行計(jì)算，則錨索長(zhǎng)度：

2+3.95+0.2 +0.25=6.4 m （9）

式中：Lm為錨索總長(zhǎng)度，m；La為錨索超出冒落拱長(zhǎng)度，2 m；Lb為冒落拱高度，3.95 m；Lc為錨索托盤及索具的厚度，取0.2 m；Ld為需要外露的張拉長(zhǎng)度，取0.25 m。為確保安全，在此確定錨索長(zhǎng)度為6.5 m。

3 支護(hù)方案的確定

根據(jù)以上理論分析，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，得出1004風(fēng)巷如下初步支護(hù)方案：

頂部網(wǎng)片采用菱形金屬網(wǎng)，采用10#鐵絲機(jī)械編制，網(wǎng)孔50×50 mm，幫部采用1×50 m礦用高強(qiáng)護(hù)幫塑網(wǎng)；錨桿選用Ф20×2000 mm等強(qiáng)樹脂錨桿，M型錨桿托盤140×140×8 mm；頂部M型鋼帶長(zhǎng)4500 mm，幫部使用梯子梁，長(zhǎng)1878 mm，978 mm，每排布置兩根，壓茬連接；頂部錨索選用Φ17.8×6500 mm，錨索托盤300×300×14 mm，選用Z2550、K2550型樹脂錨固劑。

頂板布置5根錨桿，間排距為900×900 mm，兩幫各4根錨桿，間排距800×900 mm，使用兩根Z2550樹脂錨固劑，錨索間排距為2000×1800 mm，每根錨索用一根K2550和兩根Z2550樹脂藥卷，沿巷道中頂向左、右各偏1000布置一列。錨桿預(yù)緊力矩不小于200 Nm，錨索預(yù)緊力應(yīng)不小于150 kN。

4 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)

為了掌握1004風(fēng)巷巷掘進(jìn)期間在支護(hù)方案下的巷道圍巖變形規(guī)律，并驗(yàn)證錨桿支護(hù)初始設(shè)計(jì)的合理性[3]，在巷道掘進(jìn)段布置兩個(gè)監(jiān)測(cè)站，間隔100 m，開始每天檢測(cè)次，一周后每?jī)商鞕z測(cè)一次，檢測(cè)60天。

從圖2可以看出，隨著掘進(jìn)工作面的不斷推進(jìn)，兩幫及頂?shù)装逡平吭谟^測(cè)初期變化較快，20 d左右時(shí)兩幫位移變化開始減小，到50 d時(shí)趨于穩(wěn)定，頂?shù)装逦灰谱兓?1 d時(shí)開始減小，45 d之后漸漸趨于穩(wěn)定。到60 d時(shí)頂?shù)装逡平窟_(dá)到180 mm，兩幫移近量約為190 mm左右。在檢測(cè)初期，頂?shù)装逡平俾手饾u變大，到第10 d左右達(dá)到最大，之后逐漸變小。兩幫移近速率波動(dòng)不大，呈逐步減小趨勢(shì)。

從以上分析可以看出，通過對(duì)錨索的專門設(shè)計(jì)可以很好的控制圍巖的變形情況，無論是頂?shù)装暹€是左右兩幫的移近量都在可控范圍之內(nèi)，從而說明此支護(hù)參數(shù)合理可用，起到了參數(shù)優(yōu)化的效果。

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