48700 進風順槽工作面支護技術研究

李小龍

（西山煤電股份有限公司西銘礦， 山西 太原 030052）

1 48700 進風順槽工作面概況

井上位置：工作面地表位于婁煩灘進風井以北，隨老母村西南，蓮葉塔村西北，王家溝村以東。工作面地表有馬矢山村（已搬遷）。工作面蓋山厚度256～385 m，平均蓋山厚度324 m。

井下位置：工作面井下位于北七采區(qū)右翼。北鄰隨老母斷層，間距10～50 m；南鄰北七右翼集中巷道；西部為實煤區(qū)；東鄰48702 工作面，間距34 m。工作面上覆2 號煤、3 號煤均已回采，北部上覆2 號煤為小窯所采，2 號煤與8 號煤層間距86 m，3 號煤與8 號煤層間距73 m。

1.1 煤（巖）層賦存特征

8 號煤層頂?shù)装迩闆r如表1 所示。其普氏硬度如表2 所示。

表1 8 號煤層頂?shù)装迩闆r表

表2 巷道主要支護材料規(guī)格尺寸

表2 煤層頂?shù)装迤帐嫌捕?/p>

1.2 巷道斷面設計

1.2.1 巷道寬度

巷道寬度計算公式如下：

式中：B 為巷道的寬度；Bb為系列車內移變的寬度，取1.3 m；Bc為皮帶架子的寬度，取1.8 m；C1為皮帶架子距巷道幫安全間隙，取0.5 m；C2為行人側安全間隙（礦車與皮帶的安全間隙），取1.0 m；C3為礦車距巷道幫安全間隙，取0.5 m；b 為巷道預計變形量，取0.2 m；d為兩幫錨桿最大外露長度之和，取0.2 m。

將相關數(shù)值代入式（1）得B＝5.5 m。巷道寬度取5.8 m 可以滿足運煤、運料的要求。

1.2.2 巷道高度

巷道高度計算公式如下：

式中：H 為巷道的高度；h設為支架運輸?shù)母叨?，?.0 m；a 為起吊梁底部至巷道頂部高度，取1.2 m；S 為設備底部至巷道底部高度，取0.3 m。

將相關數(shù)值代入式（2）得H＝3.7 m。巷道高度取3.8 m 可以滿足運料、安裝要求。

進風順槽為回采期間進風、運煤及運料的巷道，結合西銘礦工作面回采經驗，選用矩形斷面，寬度5.8m、高度3.8 m[1]。

2 支護設計

2.1 巷道支護

2.1.1 支護理論

本工作面根據(jù)懸吊原則理論支護參數(shù)。

2.1.2 進風順槽沿石灰?guī)r頂板支護計算

2.1.2.1 頂錨桿長度

頂錨桿長度計算公式如下：

式中：L 為錨桿全長，m；K 為安全系數(shù)，一般取2；h 為軟弱巖層厚度（或普氏免壓拱高），m；L1為錨桿錨入穩(wěn)定巖層的深度，取1.0 m；L2為錨桿外露長度，一般取0.1 m。

利用普氏免壓拱高理論確定h 軟弱巖層厚度：

式中：f 為頂板巖層的普氏系數(shù)，取6；B 為巷道跨度，取5.6 m。

將相關數(shù)值代入式（3）、式（4）得：h=0.47 m，L=2.04 m。

根據(jù)以上計算得錨桿長度≥2.04 m，錨桿規(guī)格長度取2.2 m，符合要求。

2.1.2.2 頂錨桿直徑

按桿體強度和錨固力相匹配的原則確定桿體直徑，本礦錨桿采用MG335 螺紋鋼錨桿，則其直徑應滿足：

式中：D 為錨桿桿體直徑，mm；Q 為頂錨桿設計錨固力，取90 kN；σt為桿體抗拉強度（屈服強度），取335 MPa。

將相關數(shù)據(jù)代入式（5）得：D=18.41 mm。

根據(jù)以上計算，確定錨桿直徑取20 mm，符合要求。

2.1.2.3 頂錨桿間排距

頂錨桿間排距計算公式如下：

式中：r 為錨桿間距，mm；D 為錨桿桿體直徑，取20 mm；L'2為巷道頂板巖體破碎帶高度，L'2=KH=0.94 m；γ 為巖體容重，頁巖密度被懸吊巖石的密度，取25kN/m3；K 為安全系數(shù)，取1.6[2]。

將相關數(shù)據(jù)代入式（6）得：r=1 674 mm。

根據(jù)以上計算得頂錨桿間排距≤1 674 mm，頂錨桿間距取1 300 mm、排距取1 500 mm，符合要求。

2.1.2.4 幫錨桿參數(shù)的確定

式中：L 為錨桿全長，m；L1為錨桿錨入穩(wěn)定巖層的深度，一般≥0.3 m，取0.5 m；L2為錨桿外露長度，一般為0.1 m；L3為煤幫破碎深度，m；H 為巷道掘進高度，取3.8 m；ω幫為兩幫圍巖的內摩擦角，取56°。

將相關數(shù)據(jù)代入式（7）、式（8）得L3=1.16m，L=1.76m。

根據(jù)以上計算得錨桿長度≥1.76 m，幫錨桿規(guī)格長度取1.8 m，符合要求。

2.1.2.5 幫錨桿直徑

按桿體強度和錨固力相匹配的原則確定桿體直徑，本礦錨桿采用MG335 螺紋鋼錨桿，則其直徑應滿足式（5），此處Q 取50 kN，經過計算得幫錨桿直徑D'=13.72 mm。

根據(jù)以上計算，確定幫錨桿直徑取20mm，符合要求。

2.1.2.6 幫錨桿間、排距的確定（根據(jù)兩幫側壓力確定）

式中：qc為兩幫側壓力；rc為8 號煤的容重，取1.38 t/m2；H 為掘進巷道高度，取3.8 m；h0為錨桿錨入煤巷深度，取1.7 m；δc為兩幫似內磨擦角，取56°。

將相關數(shù)值代入式（9）得qc=1.76 t/m。

通過以上計算及該礦錨桿使用的經驗，進風順槽幫錨桿間、排距確定為1.4 m×1.5 m，三排矩形布置。幫錨桿的設計錨固力為5 t/根，巷幫實際支護數(shù)量1.5 m 為3 根，實際支護強度為10 t/m＞1.76 t/m，能滿足支護的要求。

2.2 錨索補強計算

2.2.1 錨索間排距

錨索補強支護中錨索的排距計算如下：

式中：L' 為錨索的排距；B' 為巷道最大冒落寬度，取4.8 m；H'為巷道最大冒落高度，取2.4 m；γ 為巖體的容重，取2.35 t/m3，取23.5 kN/m3；L'1為錨桿排距，取1.5 m；F1為錨桿設計錨固力，取70 kN；F2為單根錨索極限破斷力規(guī)格Φ17.8 mm 錨索取355 kN；θ 為角錨桿與巷道的夾角，取75°；n 為錨桿排數(shù)，取2 排。

將數(shù)據(jù)代入式（10）得：L'=3.93 m。

該工作面錨索間排距3.0 m，單排矩形布置，滿足支護要求。

2.2.2 錨索長度

錨索長度計算如下：

式中：l 為錨索總長度，m；l1為錨索的深入到較穩(wěn)定巖層的錨固長度，一般1.5～2.0 m，取2 m；l2為潛在冒落高度，巷道頂板至廟溝灰?guī)r的厚度，取2.7 m；l3為外露的長度，取0.25 m。

將相關數(shù)據(jù)代入式（11）得：l=4.95 m。

通過上述計算，結合西銘礦工作面支護經驗，錨索取5.4 m，能夠滿足支護要求。

3 支護形式

48700 工作面采用沿8 號煤石灰?guī)r頂板掘進方式。工作面頂板采用錨桿+六角編織金屬網(wǎng)支護，矩型布置，間、排距1 300 mm、1 500 mm。兩幫護幫采用錨桿+六角編織網(wǎng)+鋼筋托架聯(lián)合支護，幫錨桿矩形三排布置，間、排距1 400 mm、1 500 mm，上排距頂300 mm。具體參數(shù)如表3 所示。

4 結語

錨桿、錨索和金屬網(wǎng)聯(lián)合支護在回采結束后能夠長期保持支護狀態(tài)，提高回采工人的工作效率，減少支護成本，提高工作面斷面的利用效率，增加煤礦企業(yè)收益，為礦井安全生產作出貢獻。