锚网索联合支护技术在杜儿坪矿的应用

白根伟

(西山煤电集团公司杜儿坪矿，山西太原030022)

锚网索联合支护技术在杜儿坪矿的应用

白根伟

(西山煤电集团公司杜儿坪矿，山西太原030022)

矿井生产中，合理的巷道支护在保证支护质量的同时降低了支护成本。现阶段，锚网索联合支护技术是回采巷道支护的主要形式之一。本文以杜儿坪矿62711工作面回风巷道为例，通过确定支护参数，采用锚网索联合支护的方式，并应用数值模拟技术对支护方案进行评价，得出巷道掘进速度完全满足采掘比要求，支护质量较好且取得了一定的经济效益，可为其他矿井在类似地质条件下提供借鉴。

回采巷道;锚网索联合支护;支护参数;数值模拟

据不完全统计，巷道支护成本一直以来都是影响矿井效益的一个重要因素，随着开采深度的不断增加，巷道支护成本也在不断增加，主要原因是深部围岩应力的急剧增加，其为巷道掘进和支护工作面增加了难度。目前，深部巷道掘进成本大约在1万元/m，如果支护不合理，巷道还面临返修的问题，支护成本将会增加。目前，煤炭产业正处于低迷时期，如何保证巷道的支护质量，降低巷道的支护成本就显得尤为重要。

1 锚网索联合支护

锚网索联合支护包括锚杆、锚索、锚网及喷浆等支护技术，其中锚杆和锚索起到主要作用。锚杆、锚索的支护机理和特点如下:

1)锚杆支护的优势为能够快速、主动地对松软岩层进行支护(示意图见图1)，利用悬吊理论增强了围岩的稳定性。锚杆的锚固端固定于稳定岩层中，充分利用岩层自身的承载力。锚杆支护虽然没有提高围岩极限强度，但提高了围岩破坏之后的残余强度，而且使集中应力向深部转移［1］．

2)锚索为柔软索体，长度较大(一般为5～8 m)，且承载力较大，可达150 kN以上。其主要起着悬吊和组合加固作用，该作用使巷道上部岩层的应力向煤帮及围岩深部转移，降低了巷道周边的应力分布。预紧力是锚索支护的一个重要参数，施加得当则组合作用明显，施加不够则只能发挥锚索的悬吊作用［2］．

图1 锚杆支护示意图

随着巷道掘进和支护工作机械化水平的提高，目前锚网索联合支护基本达到了全程机械化作业，施工速度快，质量较高，已被广泛应用于煤矿的巷道支护工作。

2 工程概况

杜儿坪矿隶属于西山煤电集团，位于吕梁山脉中麓、太原市以西20 km处的西山煤田东北部，北接西铭矿，南通官地矿、白家庄矿业公司，西邻东曲矿。1956年1月1日建矿，经过5次改扩建，矿井年设计生产能力为500万t．采、掘全部机械化，通风、机电、运输、采掘装备、提升、选矸等主要环节能力均达到国内同类矿井先进水平。杜儿坪矿62711工作面回风巷位于北七盘区，工作面沿2#煤顶板施工。煤层平均厚度1.90 m，煤层平均倾角2°，节理发育明显。地面标高:1 500～1 740 m;井下工作面标高:1 045～1 065 m;盖山厚度435～687 m，平均561 m．该工作面巷道主要采用矩形断面设计，净宽4 200 mm，净高2 800 mm．

3 锚网索联合支护在回采巷道中的应用

杜儿坪矿62711工作面的直接顶为5.12 m厚的灰细砂岩，富含植物碎屑化石及白云母片裂隙发育，容易在巷道掘进过程中出现不同程度破碎。煤层基本上处于近水平赋存，埋深属于中深部煤层。结合现阶段杜儿坪矿井生产的主要支护形式及该工作面的地质条件，为保证工作面正常衔接，不出现工作面交替间接紧张的状况，对比各种支护形式，决定在该巷道采用锚网索联合支护。

3.1 支护参数的确定

1)锚杆杆体参数的确定。

该巷道锚杆杆体采用d20 mm×L2 000 mm螺纹钢锚杆，托盘采用150 mm×150 mm×10 mm+调心球垫+减磨垫圈(见图2)．锚固方式为树脂端部锚固，锚固长度按照常规设计为1 326 mm，所以，每根锚杆需3个树脂药卷。锚杆长度是杆体的最重要参数，长度太小，不能发挥锚杆的支护作用;杆体太长，会造成支护材料的浪费，增加成本，且杆体抗剪切能力减弱。其中顶锚杆的计算见式(1)、(2)、(3)［3－4］，因为顶板破坏高度在0.2～1.6 m，经计算顶板破碎平均高度0.88 m，所以，可按下列方法确定支护参数:

锚杆长度Lbr:

式中:

Δ—锚杆外露长度与锚固段长度之和，m，取1.0．

锚杆杆体直径d:

式中:

d—锚杆杆体直径，mm;

Q—锚固力，由拉拔试验确定，kN，取90;

σt—杆体材料抗拉强度，MPa，取500．

得:d=16.27 mm

经计算，巷道采用d=20 mm螺纹钢锚杆。锚杆排距Dr:

式中:

Dr—锚杆排距，m;

Pr—锚杆拉拔力，螺纹钢锚杆，kN，取90;

K—安全系数，取3．

计算得:Dr=1.28 m，但根据实际情况取1 m，结合临区支护经验每排布置5根锚杆。

图2 左旋无纵筋螺纹钢锚杆图

经过计算得出，杜儿坪矿该工作面巷道顶锚杆顶部布置5根，间排距为875 mm×1 000 mm;两帮布置3根锚杆，间排距800 mm×1 000 mm．

2)锚索参数的确定。

锚索索体选择单根钢绞线，直径为21.6 mm，只布置在顶板中。锚索按照顶板情况选择长度为5 300 mm，经过实践证明，该长度完全满足实际需要。金属托盘规格为250 mm×250 mm×16 mm(孔d22 mm)．锚索间排距的确定是发挥锚索作用的重要参数，一般按照等间距布置。按照式(4)进行理论计算［5］:

式中:

K1—安全系数，取1.5;

T—锚索额定破断载荷，kN，取450;

Q—沿巷道走向每米潜在冒落拱内岩体重量，kN，取210．

经计算得出，杜儿坪矿该工作面回风巷道锚索间排距为2 000 mm，即顶板上方采用锚索布置为矩形布置，间排距为2 400 mm×2 000 mm，锚索锚固端长度为1 326 mm．

综上所述，最终确定杜儿坪矿62711工作面回采巷道支护参数，布置示意图见图3．另外，为防止碎矸和裂隙等造成的安全隐患，保证支护质量，在顶板铺设d4 mm×2 100 mm×1 100 mm钢筋网，两帮布置2 000 mm×2 400 mm菱形金属网，每隔200 mm用10#铁丝捆绑严实，有效保证了巷道的支护质量［6］．

图3 62711工作面回采巷道支护布置示意图

3.2 支护效果

在支护设计完成后，应用FLAC3D数值模拟技术对该支护方案进行评价，模拟图见图4，图5．从图4可以看出，巷道的垂直应力主要分布于两帮位置，水平应力主要分布在巷道顶板中．从图5看出，垂直位移最大的位置在顶板，水平位移最大量在巷道靠近采空区一侧的煤帮中。在该方案的支护下，巷道围岩位移量很小。在施工完成28 d后对巷道围岩进行测量，两帮移近量为30～50 mm;顶底板移近量约为100 mm，完全满足支护要求。

图4 巷道垂直应力和水平应力分布图

图5 巷道垂直位移和水平位移分布图

4 结束语

锚网索联合支护技术具有施工速度快、机械化程度高、支护效果好等优点，已经成为煤矿各类巷道的主要支护方法。杜儿坪矿62711工作面回风巷道应用该技术后，巷道掘进速度完全满足采掘比要求，支护质量较好，几乎不需要后期维护，节省了时间，取得了一定的经济效益。

［1］李伟，白光超．锚网索联合支护在大断面托顶煤切眼中的应用［J］．煤炭科学技术，2010，02(25):35－36.

［2］秦广鹏，蒋金泉．大变形软岩顶底板煤巷锚网索联合支护研究［J］．采矿与安全工程学报，2012，3(15):66－68.

［3］李书民，孙小岩．深部回采巷道锚网索联合支护技术实践［J］．煤炭科学技术，2012，1(12):25－26.

［4］侯运炳，高振亮．屯兰矿软岩巷道锚网索联合支护技术研究［J］．中国矿业，2014，11(15):21－22.

［5］唐建新，邓月华．锚网索联合支护沿空留巷顶板离层分析［J］．煤炭学报，2010，11(15):46－47.

［6］陈杨．焦家寨矿全煤巷道锚网索联合支护技术研究［D］．北京:煤炭科学研究总院，2014.

Application of Bolt－mesh－anchor Combined Support Technology in Du＇erping Coal Mine

Bai Genwei

Itensures the supportquality and reduces the support costs of reasonable roadway support in production of coalmine．At the present stage，bolt－mesh－anchor combined support is one of the main form of mining roadway supporting．Takes Du＇erping coalmine 62711 working facemining roadway as the example，adopts the form of bolt－mesh－anchor combined support by ensuring supporting parameters，and using numerical simulation technique to evaluate the supporting scheme．It obtains that the rate of roadway advance is completely satisfied the requirement ofmining and excavation ratio，the support quality isbetter and has a certain economic benefits．It can provide reference for other coalmine in the similar geological condition．

Mining roadway;bolt－mesh－anchor combined support;Support parameter;Numerical simulation

TD353

B

1672－0652(2015)09－0024－03

2015－07－30

白根伟(1981—)，男，山西五台人，2010年毕业于中国矿业大学，工程师，主要从事矿井安全生产管理工作(E－mail)66307191@qq．com