莊旺煤礦30103 運輸巷支護技術應用與實踐

鄭 麒

（山西寧武大運華盛莊旺煤業(yè)有限公司，山西 寧武 036700）

1 工程概況

30103 工作面煤（巖）走向西東，傾向北南，傾角3°～10°，鄰近已采掘巷道及鉆孔資料顯示，頂板巖層穩(wěn)定，富水性弱。煤層頂板為泥巖、砂巖，底板為泥巖及細、粉砂巖。頂板抗壓強度60～67.5 MPa，抗拉強度3.8～4.7 MPa，屬堅硬巖類。其底板為細砂巖，抗壓強度62.4～72.4 MPa，抗拉強度4.0～5.0 MPa，屬堅硬巖類。

30103 運輸巷為半煤巷，設計為矩形斷面。巷道掘進尺寸為：寬4.3 m、高2.6 m、斷面積為11.18 m2，支護后：寬4.1 m、高2.6 m，采用全斷面一次開挖。

2 巷道支護設計

2.1 方案確定

采用工程類比法確定，類比對象為3#煤層開采中的巷道及硐室，見表1。

表1 3#煤層巷道工程類比法情況表

通過類比發(fā)現(xiàn)，在3#煤層開采過程中掘進的巷道和硐室開挖條件均在中等以上，均采用錨網(wǎng)索的支護方式，支護后期未出現(xiàn)片幫以及大變形。因此，運輸順槽依然采取該支護方式。

2.2 錨網(wǎng)索支護論證

采用計算校核支護參數(shù)。

（1）支護效果的實現(xiàn)主要是通過頂部懸吊及幫部加固，在施工時應滿足[1]：

式中：L 為錨桿總長度，m；L1為錨桿外露長（鋼帶厚度+托片厚度+螺母厚度+最大外露長度，頂錨桿取150 mm，幫錨桿取100 mm）；L2為有效長度（取值情況，頂部：冒落高度b，幫部：破碎深度c），m；L3為錨入層深度（頂部：800 mm，幫部：600 mm）。

由于未測定圍巖松動圈，在施工時采用普式自然平衡拱理論確定L2。

巷道頂錨桿有效長度L2的確定：

式中： K 為安全系數(shù)，一般取2。

幫錨桿長度有效值L2的確定：

ω幫為 兩 幫 圍 巖 的 內 摩 擦 角，79.21 °。c=2800×tan（45°～79.21°/2）≈260 mm。

式中：f 為普氏系數(shù)，頂板取5.32；B 為巷道跨度，取4.5m。

得出：頂錨桿長L頂≥1795 mm；幫錨桿長L幫≥960 m。

本著經(jīng)濟合理的原則，設計選用1800～2200 mm、Ф18 mm 金屬錨桿，樹脂錨固劑，單根錨桿錨固力要求大于50 kN。

（2）頂錨索長度校核

頂錨索的支護效果是通過其懸吊作用實現(xiàn)，應滿足[2-3]：

式中：L 為錨索總長度，mm；La為錨入穩(wěn)固巖層的長度，mm；Lb為不穩(wěn)定巖層厚度，取值為845 mm；Lc為托片及錨具的厚度，取80 mm；LΦ為外露張拉長度，取250 mm。

式中：K 為安全系數(shù)，取2；d1為錨索直徑，取17.8 mm；fa為錨索抗拉強度，取1860 N/mm2；fc為錨固劑的粘合強度，取10 N/mm2。

L=845+1655+80+250=2830 mm，設計錨索長度5300 mm ＞2830 mm 符合要求。

（3）懸吊理論校核錨索間（排）距

為防止頂板異常，用Ф17.8 mm、L=5300 mm的鋼絞線，將錨桿加固的“組合梁”錨入穩(wěn)定巖層；校核錨索間（排）距，冒落方式按最嚴重冒落情況考慮。此時，巷幫的錨桿與頂部錨索同時進行作用，在忽略巖體粘結力和內摩擦力的條件下，取垂直方向力的平衡，可用下式計算錨索間(排)距：

式中：L 為錨索間排距，m；B 為巷道最大冒落寬度，取4.5 m；H 為巷道冒落高度，取3 m；γ 為巖體容重，2.6 t/m3；L1為錨桿排距，0.8 m；F1為錨桿錨固力，取50 kN；F2為錨索極限承載力，取355 kN；θ 為角錨桿與巷道頂板夾角，75°；n 為每排錨索數(shù)，取2。

通 過 上 式 計 算，L=2×355÷[4.5×3×26-（2×50×sin75°÷0.8）] =710÷(351-120.7)=3.083 m。

經(jīng)計算，排距L=3.083 m 大于2.4 m，所選錨索參數(shù)滿足設計要求。頂板破碎時錨索五花布置符合設計要求。

綜上：選用Φ18、L2200 mm 全螺紋鋼錨桿，頂部2 卷/根，幫部1 卷/根，錨固劑型號K2360；錨索為Φ17.8、 L6300 mm，2 卷/根，頂部金屬網(wǎng)Φ4.8 mm、網(wǎng)片2500（2000） mm×1000 mm，網(wǎng)格100 mm×100 mm，幫部勾花網(wǎng)Φ2.8 mm、網(wǎng)片3800 mm×1100 mm，網(wǎng)格100 mm×100 mm。支護布置如圖1 ～圖3 所示。

圖1 巷道斷面主視圖

3 圍巖變形觀測

為了及時掌握支護完成后巷道的變形及位移情況，及時對險情進行預警，對巷道進行了地質觀察和位移量監(jiān)測，監(jiān)測結果如下：

（1）根據(jù)每日觀察，巷道支護完成后洞璧未見裂紋、裂縫、剝落現(xiàn)象。

（2）巷道掘進100 m 后，開始在巷道中部布置測點，十字法進行觀測，連續(xù)15 d 對巷道兩幫及頂板位移進行監(jiān)測。

由曲線圖可知，巷道頂板在前5 d 內位移處于劇烈變化階段，位移速率大于1 mm；第6 d 到第11 d 位移變化處于緩慢變形階段，在0.2～1.0 mm 范圍內；第12 d 到第15 d 位移變化處于穩(wěn)定階段，均小于0.2 mm。

巷道左幫在前4 d 內位移處于劇烈變化階段，位移速率大于1 mm；第5 d 到第11d 位移變化處于緩慢變形階段，在0.2～1.0 mm 范圍內；第12 d 到第15 d 位移變化處于穩(wěn)定階段，均小于0.2 mm。

巷道右?guī)驮谇? d 內位移處于劇烈變化階段，位移速率大于1 mm；第6 d 到第10 d 位移變化處于緩慢變形階段，在0.2～1.0 mm 范圍內；第10 d 到第15 d 位移變化處于穩(wěn)定階段，均小于0.2 mm。位移監(jiān)測曲線如圖4～圖6 所示。

圖2 巷道支護左視圖

圖3 巷道支護俯視圖

圖4 巷道頂板位移變化

圖5 巷道左幫位移變化

圖6 巷道右?guī)臀灰谱兓?/p>

根據(jù)分析可知，頂板及兩幫位移在監(jiān)測時間內由劇烈變化階段過渡到了穩(wěn)定變化階段，頂板及兩幫圍巖位移有明顯的收斂態(tài)勢，巖體穩(wěn)定[4]。

4 結語

30103 運輸順槽采用錨桿+金屬網(wǎng)+錨索支護方案后，圍巖支護穩(wěn)定性得到保證，保證了施工安全，達到預期效果，可以為類似地質條件巷道施工提供借鑒。