巷道支護(hù)設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)礦壓監(jiān)測(cè)檢驗(yàn)

郝旭崗

（陽(yáng)煤集團(tuán)和順新大地煤業(yè)有限公司， 山西 晉中 032700）

引言

如何檢驗(yàn)支護(hù)設(shè)計(jì)的支護(hù)效果，需對(duì)巷道進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)礦壓監(jiān)測(cè)，可以直觀地看到巷道變形量和離層量。本文主要針對(duì)某礦8106工作面5100回采巷道實(shí)際地質(zhì)情況，利用理論計(jì)算方法進(jìn)行錨桿參數(shù)計(jì)算，最終確定運(yùn)輸順槽合理的支護(hù)方案。且通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)礦壓監(jiān)測(cè)，對(duì)設(shè)計(jì)的巷道支護(hù)參數(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)。

1 工程背景

某煤礦三盤(pán)區(qū)處于山西大同西南方向25 km的位置，在大同煤田的東北方向。該礦8106工作面處于3號(hào)—5號(hào)煤層北部一盤(pán)區(qū)，西側(cè)為三盤(pán)區(qū)巷道保護(hù)煤柱，北側(cè)為另一工作面回采巷道保護(hù)煤柱。8106工作面傾向長(zhǎng)度190 m，5100回采巷道長(zhǎng)度為1 690 m。頂、底板及夾矸巖性一般為石灰?guī)r，高嶺巖、砂質(zhì)泥巖、砂質(zhì)泥巖和炭質(zhì)泥巖，局部為粉砂巖或細(xì)粒砂巖，為穩(wěn)定煤層。其中，老頂以粗砂巖為主，厚度最大為8.3 m，最小為2.1 m；直接頂以炭質(zhì)泥巖和砂質(zhì)泥巖為主，厚度最大為6.5 m，最小為1.0 m；工作面直接頂以粉砂巖為主，厚度最大為5 m，最小為0.4 m[1]。

2 錨桿支護(hù)參數(shù)理論計(jì)算

2.1 巷道斷面尺寸

綜合考慮施工中機(jī)械設(shè)備的體積大小，通風(fēng)風(fēng)量大小以及巷道圍巖變形預(yù)留量，最終確定5100巷道掘進(jìn)斷面參數(shù)：5100巷斷面為矩形斷面，寬4.7 m，高 3 m，斷面面積為 14.1 m2。

2.2 錨桿參數(shù)理論計(jì)算

運(yùn)用懸吊理論以及施工方法綜合確定工作面順槽的支護(hù)參數(shù)，由懸吊巖層的質(zhì)量確定錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)。

2.2.1 錨桿長(zhǎng)度

考慮受到煤層內(nèi)裂隙影響3號(hào)—5號(hào)煤層的普氏系數(shù)fm取值1.25，內(nèi)摩擦角為θm=tan-1fm=51.23°。

巷道覆巖冒落拱高度：

式中：b1為巷道一半的跨度，2.35 m；h0為巷道高度，3 m；θm為巖體內(nèi)摩擦角，51.23°；f為巖體堅(jiān)固系數(shù)，2。

將數(shù)值代入式（1）計(jì)算得平衡拱高度h=1.7 m。

采用懸吊理論，在計(jì)算錨桿的有效長(zhǎng)度時(shí)，首先應(yīng)該計(jì)算自然平衡拱的拱高，用等式表示為l2=h。

錨桿的長(zhǎng)度若按照式（2）進(jìn)行確定：

式中：l1為錨桿的外露長(zhǎng)度，0.1 m；l2為錨桿的支護(hù)長(zhǎng)度，1.7 m；l3為錨桿的錨固長(zhǎng)度，0.3 m，代入式（2）得l=2.1 m。

2.2.2 錨桿間排距

按照懸吊理論工作面順槽頂錨桿的線性長(zhǎng)度應(yīng)該大于2.1 m。而現(xiàn)有錨桿長(zhǎng)度為2.4 m，為了使壓縮拱具有一定厚度，能夠起到承載作用，需要充分發(fā)揮錨桿組合和加固的性能。所以選取頂錨桿間的排距為1.2 m，并采用錨索補(bǔ)強(qiáng)[2-3]。

按照每根幫錨桿抵抗的側(cè)壓荷載計(jì)算幫錨桿的間距a以及排距b，取a=b即側(cè)壓荷載等于幫錨桿的錨固力大小Q?？紤]到安全系數(shù)K：

式中：a為錨桿間距，m；Q為表示幫錨桿的錨固力大小，取值為80 kN；錨桿安全系數(shù)K=2.0，計(jì)算得a=

由上面的式子得出，幫錨桿間距不得大于1.5m，取值為間距a=1.2m、排距b=1.2m，它的安全系數(shù)為2。

幫錨桿的有效長(zhǎng)度按照巷道兩幫的最大片幫深度1.1m進(jìn)行確定，則幫錨桿的有效長(zhǎng)度應(yīng)大于1.5m。

但根據(jù)錨桿群對(duì)圍巖的作用機(jī)理，為了在巷道圍巖中形成一定厚度的壓縮拱，需要充分發(fā)揮錨桿的組合和加固性能。故幫錨桿選取間距a=1.2 m，排距b=1.2 m時(shí)，幫錨桿的長(zhǎng)度需大于2.4 m，選取長(zhǎng)度為2.4 m的幫錨桿。

3 巷道錨桿支護(hù)確定

3.1 頂板支護(hù)

3.1.1 頂錨桿

錨桿選用桿體為Φ20的高強(qiáng)度鋼筋錨桿，長(zhǎng)度為2 400 mm。每排布置4根錨桿，錨桿排距1 200 mm，間距1 200 mm。接近幫上的一根頂錨桿距巷幫550 mm。若頂板有明顯離層和裂隙，每排5根錨桿，錨桿排距1 200 mm，間距1 000 mm。接近幫上的一根頂錨桿距巷幫350 mm[4]。

3.1.2 頂錨索

錨索選用Φ15.24 mm的低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，長(zhǎng)度為5 400 mm。采用對(duì)二布置，排距為20 000 mm（即每10排錨桿打1根錨索），錨索間距為2 400 mm，距巷幫1 150 mm，垂直頂板中部。

3.2 巷幫支護(hù)

錨桿選用桿體為Φ20 mm普通圓鋼錨桿，長(zhǎng)度為2 400 mm。錨桿間排距均為1 200 m，每排3根。錨桿起錨高度300 mm，靠近頂板的一根幫錨桿距頂板300 mm?？拷?、底板的幫錨桿以及水平線呈15°，其余垂直巷幫布置。

4 現(xiàn)場(chǎng)礦壓監(jiān)測(cè)檢驗(yàn)

4.1 巷道表面位移

為了準(zhǔn)確掌握設(shè)計(jì)方案應(yīng)用于井下之后巷道的變形情況，在8106工作面的5100巷設(shè)置了兩組綜合測(cè)站，包括頂板離層和巷道表面位移監(jiān)測(cè)。經(jīng)5100巷120 m和240 m兩組測(cè)站的監(jiān)測(cè)結(jié)果表明頂板基本沒(méi)有下沉量，兩幫移近量也很小，巷道基本上保持穩(wěn)定，從實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)來(lái)看，頂?shù)装遄畲笠平繛?00 mm，兩幫最大位移量為220 mm，巷道變形量相對(duì)較小，可見(jiàn)巷道支護(hù)設(shè)計(jì)起到了作用。圖1為現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)曲線圖。

4.2 頂板離層監(jiān)測(cè)

順槽巷道總共安裝頂板離層儀40多個(gè)。從離層儀監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示分析，離層儀顯示離層值絕大部分為0，有很少一部分的離層儀顯示離層值為1～5 mm。由此可得，錨桿支護(hù)對(duì)2條順槽巷頂板的穩(wěn)定起到了重要的作用，覆巖離層現(xiàn)象較弱，僅在很小的范圍內(nèi)巖體完整性較低，裂隙發(fā)育較多，但采用錨索錨桿聯(lián)合支護(hù)以及減小支護(hù)結(jié)構(gòu)間排距的方式來(lái)合理高效控制圍巖穩(wěn)態(tài)[5]。

圖1 5100巷兩測(cè)點(diǎn)表面位移曲線

4.3 檢驗(yàn)結(jié)果

從頂板離層監(jiān)測(cè)和巷道表面位移監(jiān)測(cè)結(jié)果兩方面都表明，該礦3號(hào)—5號(hào)煤8106工作面順槽巷道支護(hù)方案取得了不錯(cuò)的效果，有效控制了巷道圍巖的穩(wěn)定，是一個(gè)科學(xué)的、有效的支護(hù)設(shè)計(jì)。

5 結(jié)論

以某礦8106工作面的5100回采巷道為研究背景，采用理論計(jì)算確定巷道錨桿支護(hù)參數(shù)，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)礦壓監(jiān)測(cè)檢驗(yàn)，主要結(jié)論如下：

1）參數(shù)為頂錨桿選用桿體為Φ20的高強(qiáng)度鋼筋錨桿，長(zhǎng)度為2 400 mm。每排布置4根錨桿，錨桿排距1 200 mm，間距1 200 mm。接近幫上的一根頂錨桿距巷幫550 mm。若頂板有明顯離層和裂隙，每排5根錨桿，錨桿排距1200 mm，間距1 000 mm。接近幫上的一根頂錨桿距巷幫350 mm，皆垂直于頂板布置。頂錨索選用Φ15.24 mm的低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，長(zhǎng)度為5 400 mm。采用對(duì)二布置，排距為20 000 mm（即每10排錨桿打1根錨索），錨索間距為2 400 mm，距巷幫1 150 mm，垂直頂板中部。巷幫錨桿選用桿體為Φ20 mm普通圓鋼錨桿，長(zhǎng)度為2 400 mm。錨桿間排距均為1 200 m，每排3根。錨桿起錨高度300 mm，靠近頂板的一根幫錨桿距頂板300 mm。靠近頂、底板的幫錨桿以及水平線呈15°，其余垂直巷幫布置。

2）在5100巷120 m和240 m兩組設(shè)置測(cè)站，對(duì)該巷道表面位移和頂板離層進(jìn)行監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，頂?shù)装遄畲笠平繛?00 mm，兩幫最大位移量為220 mm，巷道變形量相對(duì)較?。浑x層儀顯示離層值絕大部分為0，有很少一部分的離層儀顯示離層值為1～5 mm。由此可見(jiàn)，確定的錨桿支護(hù)參數(shù)支護(hù)效果顯著。