薄煤层工作面回采巷道围岩锚杆支护技术研究 -全讯官网

1  工作面巷道布置概况

　　某煤矿工作面位于六采 区北部 ，正南北走 向，两区段平巷均沿 2 煤挑顶破底布置 ，两区段平巷外段均布置联络巷与六采区北部轨道上 山、回风上山连接；工作面上区段平巷为工作面轨道平巷 ，靠工作面回采侧布置移动电站；下区段平巷为工作面运输平巷，靠工作面回采侧布置胶带输送机；在停采线外 ，轨道平巷与运输平巷之间布置 6212消火道 。工作面开切眼位于六采区北部边界附近 ，工作面设计停采线距北部皮带上山40 m 。

工作面两区段平巷均为实体巷道，正南北向平行布置，矩形断面，锚网支护。根据综采设备安装 、运输 、生产检修及施工的要求 ，两 区段平巷设计净 宽均为 4．1 m ，轨 道平 巷净高 2．6 m ，运输平巷净高 2．2～2．6 m 。

　　该工作面整体布置于小南湖向斜中，该向斜为宽缓向斜，向斜核部位于工作面中部偏北，轴向近东西；受小南湖向斜影响，工作面总体趋势南北高、中间低，西高东低；工作面煤层起伏变化较大，南部及向斜核部相对平缓，北部倾角较大，最大19。；煤层总体走向大致为 135。～o～32。，倾向为45。～90。～122。，煤层倾角 3。～19。，平均 7。。低洼处易积水 ，对 回采有一定影响⋯。

　　该工作面内小断层发育，巷道掘进过程中共揭露 43 条断层 ，断层 向面内延伸长度不详 。其 中落差小于 1 m 的断层 30 条 ，对回采有一定影响 ；1 2 m 之间的断层 7 条 ，对 回采有较大影响 ；大于2 m 的断层 6 条，对回采有很大影响。

2 工作面巷道支护方案

2．1  区段平巷锚杆支护参数

2．1．1 锚杆长度

锚杆长度计算式为：l =l 1 l 2 l 3式 中， 为锚杆长度 ，m ；l。为锚杆外露长度 ，一般取 o．1 m ；l 为锚杆的有效长度 ，取直接顶 的厚度 1．5 m ；l，为锚杆锚 固段长度 ，取 o．5 m 。经计算，锚杆的长度为2．1 m ，取 2．2 m 。2．1．2 锚杆 的直径根据杆体承载力与锚固力等强度原则，锚杆直径计算式为 ：

d=35．52n／q／~ ,式 中 ，d 为锚 杆截 面 直径 ，m m ；q 为锚 杆 紧固力大小 ，取 90 kn ； 为锚杆径 向抗拉强度 ，取345 m p a。经计算，锚杆截面直径为 20 m m ，为了更好地固定顶板 ，取 d=22 m m 。

2．1-3 锚杆间排距

　　每根锚杆对应一定的悬 吊的岩石重量 ，悬 吊重量即为每根锚杆的锚 固力 。由于岩石密度变化均匀，通常锚杆按等距排列，锚杆间排距计算式为：

式 中 ，口为锚 杆间排距 ，m ；q 为锚 杆抗拉 强度，一般取 520 m pa；k 为锚杆安全系数 ，一般取1.5 2．0，因为钢筋的直径取得较大，k 取 1.5； 为岩石的体积力，由实验确定为 26.0 kn／m ； 为巷道顶板岩体破碎带厚度 ，m 。经计算，锚杆间排距为 1.2 m，结合现场底板条件并考虑一定的安全系数，暂取 a=0.8 m

2．1．4 锚杆锚固方式锚杆采用加长锚固方式 ，其中顶板锚杆采用3 支规格为ck 2360 快速树脂药卷 ，两帮采用 1 支规格为 ck2360 快速树脂药卷，以此来保证锚固的质量。

2．1．5 金属 网及钢筋梯子梁 的使用

　　金属网 ：顶板 采 用钢 丝经 纬 网 ，长 ×宽 =4 100 m m x l 100 m m ，搭接 长度为 100 m m ，网孔

50 m m x50 m m ；两帮网采用钢丝经纬网或钢笆网，长×宽=2 400 m m x l 100 m m ，搭接长度为 100 m m 。在巷道顶板和两帮采用钢筋梯子梁 ，顶板梯子梁长度为 4．1 m ，两帮梯子梁长度为 2．4 m 。钢筋梯一般采用“一 ”字形布置 ，顶板泥岩厚度较大且破碎时顶板采用“十”字形布置。

2．1．6 工字钢棚

　　对于运输顺槽 ，考虑到顶板是软弱、易变形的泥岩 ，且巷道断面较大，故增加工字钢棚加强支护。而轨道顺槽则不需增加工字钢棚加强支护，对于开切眼则要增加单体液压支柱加强支护。

2．1．7 补强锚索参数的选择

(1) 锚索 间距 的确定 。考虑悬 吊直接顶的全部重量 ，锚索的悬吊力 q 计算式为：q =sya式中，0 为锚索间距，m m ；s 为冒落拱面积，假定直接顶全部冒落，取直接顶厚度 1．8 m ，则冒落拱面积为 7．8 m ； 为岩石的容重 ，取 25 kn ／cm 。。经计算 ，q = 195 ⅱ选择锚索直径为 1524 mm ，破断力p 为 300 kn的钢绞线 ，应满足 ：

p ≥q由 p ≥q 可求得 0≤1 583 m m则取锚索间距 a= l 500 m m锚索长度计算式为：l 3= 1 6十 2

式 中， ，为锚索长度 ，m ；l 。为锚索外露长度 ，取0．3 m ；l：为锚索锚固长度 ，使用 ck2360 型锚

固剂 2 卷 。经计算，锚索长度为 6 500 mm 。为加强支护 ，设计每 3 排锚杆布置 l根锚索，锚索布置在顶板中间，外露 300 m m 。锚索采用2 支 ck2360 的快速树脂药卷锚固，锚索的预拉力为 100 kn 。

2．1．8 工作面切 眼的支护

　　考虑到切眼 的断面是宽×高=6 500 mm ×2 200 m m ，断面 比较 大 ，所 以采用二次成巷 的施

工方法。先开掘宽×高=3 500 m m x2 200 m m 的导硐 ，然后再扩成所要求的断面。

2．2 锚杆支护初步设计方案

　　以轨道平巷为例，巷道锚杆支护示意图如图1所示，具体参数如下：巷道顶板 ：选用 6 根  22 ×2 200 m m 螺纹钢锚杆。顶板锚杆间距为 800 m m ，中间 4 根锚杆垂直顶板布置 ，靠边锚杆倾斜布置，角度为 25。。两帮：各选用 2 根 20 ×1 800 mm 螺纹钢锚杆，上部 1根锚杆布置角度为 25。，下部 1根锚杆垂直煤帮布置。

3 支护方案围岩控制效果的数值模拟采矿过程 中围岩活动规律及巷道围岩稳定性问题涉及到岩体力学特性、围岩压力、支护围岩相互作用关系及巷道与工作 面的时空关系等一系列复杂的力学问题。模拟采用 flac 数值计算软件进行模拟分析。flac 是一种功能强大的模拟土壤、岩石和结构行为的二维显函数程序，主要模拟连续材料的力学行为 ，是基于有限差分法 的快速拉格朗 日分析 ，是采矿工程、土工技术或 民用工程的通用分析和设计工具e2]。

3．1  模型 的建立及参数选取根据现场的地质状况，结合模拟的目的，建立的数值分析模型如图2 所示。

图 2 数值模拟的物理模型需要模拟的巷道尺寸为 4 100 m m ×2 600 m m的矩形巷道 ，巷道沿 2 煤层底板掘进。根据实验室岩石的抗压力学试验，得到巷道围岩的体积模量和剪切模量 ；根据岩石抗剪试验得到试样 的内摩擦角和粘聚力 ；由岩石抗拉试验得到岩石试样 的抗拉强度。最终得到巷道围岩的物理力学参数如表 1 所示。

3．2 模拟结果分析

3．2．1 应力场计算分析

　　模拟结果显示 ，巷道顶底部及两帮 方 向应力达到 5～8 m pa，4 个角点有应力集中带，面积不大。y 方向没有出现应力集 中现象 ，两帮应力为 6 m pa，顶板压力 4 m pa 左右。巷道 围岩受到剪屈服情况的岩石大多出现在巷道岩体边角处，并且巷道围岩的受剪屈服范围较小，底部岩体受拉屈服区域较前明显缩小，底鼓量得到了明显 的减小。因此可看出，巷道 围岩大部分处于弹性状态 ，岩体性能较好 ，围岩和锚杆共 同组成 的支护系发挥了很好的效果 ，是支护成功的关键 。

3．2．2 位移量的计算分析

在支护条件下 ，掘进期间巷道表面位移情况如 图3 所示 。

　　从模拟的结果可以看 出，在巷道采掘开始阶段巷道 围岩变形较快 ，后逐渐稳定下来。顶板最大下沉量达 29．1 m m ，底鼓量约为 16 m m ，左右两帮靠上 (直接顶泥岩 )各移 近量约 16．8 m m ，左 右两帮靠下(煤层)各移近量达 23．7 m m 。通过数值模拟可以看 出，当锚杆间距 800 m m时 ，巷道 围岩受力合理 ，变形量较小 ，说 明该支护方案科学合理。

4 结 论

　　根据某矿多年煤巷锚杆支护经验 ，结合该矿工作面地质与生产技术条件 ，提出了巷道支护方案；采用 flac 数值模拟软件，模拟计算分析了该支护方案下巷道围岩应力场分布特征和表面位移量，论证了采用提出的巷道支护方案时，巷道围岩受力合理 ，变形量较小 ，说明该支护方案科学合理 ，能够取得 良好的围岩控制效果 。