13220带式输送机巷锚网索联合支护设计

申虎强

（陕西华电榆横煤电有限责任公司，陕西 榆林 719000）

1 概况

小纪汗煤矿位于陕西榆林，13220带式输送机巷北起13盘区三条大巷，南至井田13盘区南部边界。13220带式输送机巷设计长度4638m，断面为5.5m×3.8m（宽×高），当煤层厚度小于4.5m时沿煤层顶板掘进，当煤层厚度大于4.5m时，保证底煤厚度不小于500mm前提下可留顶煤掘进。因此，13220带式输送机巷局部地段出现托顶煤支护情况，为了保证机巷在大采高强动压作用下围岩稳定，对该机巷进行了支护设计。

13220开采2#煤层，煤层厚度在4.7～5.5m之间，倾角1°～3°，煤层底板标高在804～823m，地面标高1242～1243m，煤层节理和层理发育，普氏系数1～3，煤层直接底为3.1～1.01m的粉砂质泥岩。直接顶为2.52～4.17m的粉砂质泥岩，属不稳定—较稳定（Ⅱ-Ⅲ类）。

2 工程类比法确定支护参数

根据已有的锚网支护经验和13220带式输送机巷生产地质条件，首先采用工程类比法，确定13220带式输送机巷锚网索联合支护技术参数如下：

（1）巷道顶板采用锚网索联合支护。采用Φ20×2300mmⅡ级螺纹钢锚杆，间排距为1000mm×1000mm，每排6根；每根锚杆使用1根MSCK23/60型树脂药卷，锚杆锚固力不小于100kN，扭矩力不小于100N·m；托盘采用规格为150×150×10mm的Q235蝶形锚杆托盘。顶网采用直径4.5mm钢筋网，网格120×120mm，网片搭接宽度120mm，使用14#铁丝双股绑扎，绑扎间距不大于300mm。顶板锚索采用规格为Φ21.6mm×6000mm预应力钢绞线，间排距3000×3000mm， 每 根 锚 索3根MSCK23/60型树脂药卷；锚索托盘采用Q235钢板制作的300×300×14mm蝶形锚索托盘；锚索锚固力不小于180kN，预紧力不小于120kN。

（2）非回采帮采用BHRB335号螺纹钢锚杆，规格Φ18×1800mm，托盘采用规格为150×150×10mm的Q235蝶形锚杆托盘，锚杆锚固力不小于100kN，扭矩不小于100 N·m，间排距为1000×1000mm。非回采帮帮网选用钢筋网和8#菱形铁丝网支护。

（3）回采帮采用全螺纹玻璃钢复合材料锚杆，杆体、螺母及托盘均为玻璃钢材质，杆体为全螺纹结构，螺母及托盘为承插式结构，规格为Φ22×2200mm，间排距为1000×1000mm，锚杆锚固力不小于50kN，锚杆扭矩不低于50N·m，每排4根。回采帮帮网选用矿用阻燃塑料网。

3 支护参数校验

3.1 锚杆支护设计验算

（1）锚杆长度。顶锚杆通过悬吊作用，帮锚杆通过加固帮体作用，达到支护效果的条件，应满足：

式中：

L-锚杆总长度，mm；

L1-锚杆外露长度（10～40mm），取40mm；

L2-有效长度（顶锚杆取围岩松动圈冒落高度b；帮锚杆取帮破碎深度c，按照下式（2）计算），mm；

L3-锚入岩（煤）层内深度，取1000mm。

式中：

B-巷道掘进宽度，取最大5500mm；

H-巷道掘进高度，取3800mm；

f顶-顶板普氏系数，取5；

ω-两帮围岩的内摩擦角，

因此，计算可得顶锚杆长度L顶≥40+645+1000=1685mm，考虑一定安全系数，顶锚杆长度取2300mm；帮锚杆长度L帮≥40+408+1000=1408mm，考虑一定安全系数，回采帮锚杆长度取2200mm，非回采帮锚杆长度取1800mm。

（2）锚杆直径。锚杆杆体直径通常根据下式（3）计算：

式中：

Q-锚杆锚固力，顶锚杆和非回采帮锚杆均取100kN，回采帮取50kN；

σt-杆体材料抗拉强度，取335MPa。

（3）锚杆间、排距。锚杆间、排距根据下式（4）计算：

式中：

M-锚杆间、排距，mm；

K-安全系数，取2；

γ-被悬吊岩层的容重，取2.56×9.8kN/m³。

计算可得，顶锚杆间、排距M≤顶锚杆间、排距取1000×1000mm；同理，帮锚杆间、排距取1000×1000mm。

综上所述，采用工程类比法确定支护参数能够满足计算的最高要求。

3.2 锚索支护设计验算

（1）锚索长度。锚索长度按照下式（5）计算：

式中：

L-锚索总长度，mm；

La-锚索深入到较稳定岩层的锚固长度，mm；

K-安全系数，取2；

d1-锚索直径，取17.8mm；

fa-锚索抗拉强度，取1860N/mm2；

fc-锚索与锚固剂的粘合强度，取16N/mm2；

Lb-需要悬吊的不稳定岩层厚度，mm；

Lc-托盘及锚具的厚度，mm；

Ld-外露张拉长度，mm。

计算可得La=1035mm，根据《13220带式输送机巷辅助运输巷掘进地质说明书》，需要悬吊的不稳定岩层厚度Lb为4230mm，Lc=34+50=84mm，Ld根据验收规范最大取300mm，因此，锚索总长度带入计算=1035+3140+84+300=4559m，考虑一定安全系数锚索长度取6000mm。

（2）锚索间、排距。锚索间排距应结合锚索预紧力选取，以求与锚杆形成骨架网状预应力结构。但是，锚索支护密度不宜过大，否则会显著增加巷道支护成本，影响成巷速度。其间排距L可以按照下式计算。

式中：

L-锚索排距，m；

B-巷道最大冒落宽度，取5500mm；

H-巷道最大冒落高度，最大取锚杆长度2300mm；

L1-锚杆排距，取1000mm；

F2-锚索极限承载力，取210kN；

θ-角锚杆与巷道顶板的夹角，取75°；

n-锚索排数，取2。

因此，计算可得锚索间、排距L不大于3.38m，取3.0m。

综上所述，根据顶板实际情况，锚索采用Φ21.6mm的钢绞线，长度6000mm，间排距为3000×3000mm，符合公式验算要求。

4 支护效果

在13220带式输送机巷掘进期间和回采期间进行了矿压观测，结果表明：掘进期间巷道顶底板移近量和两帮移近量均不超过50mm，顶板离层基本为0；回采期间顶底板移近量不超过100mm，局部出现片帮但未影响工作面正常回采。