立井大型设备换装硐室掘进支护设计

吕成义

(霍州煤电集团有限责任公司 李雅庄煤矿，山西 霍州 031400)

随着特大型矿井高产高效的发展需要，井下辅助运输系统逐渐采用无轨胶轮车。立井生产建设中需要掘进大型设备换装硐室以满足大型设备组装、调换、运输接替的需要，及无轨胶轮车使用的需要。大型设备换装硐室施工断面大，掘进过程中支护效果成为保证硐室使用效果的关键环节，深井地压大，巷道围岩变形明显，因此需要对深井大型设备换装硐室掘进支护设计进行深入研究。

1 工程概况

西部某矿井，设计生产能力1 500万t/a，首采煤层埋深约680 m，采用立井提升系统，井下大型设备换装硐室开口与副井井筒距离76 m，硐室长度为40 m，与附近巷道距离较近，断面设计为直墙三心拱形，掘进宽度9.1 m，掘进高度12.133 m，掘进断面105 m2.

硐室顶底板为粉砂岩，硬度不高，根据已施工段地质情况，巷道顶板及两帮岩石不稳定，有片帮现象，掘进过程中需及时加强支护。

2 硐室大断面掘进支护设计

2.1 顶板及帮部支护设计

根据中国矿业大学支护专家系统软件支护设计，并结合矿井掘进支护管理经验，顶板采用d22 mm×2 400 mm左旋无纵筋螺纹钢筋，配高强度螺母，间排距1 000 mm×1 000 mm，锚杆预紧力300 N·m，锚杆锚固力为80 kN；采用d18.9 mm×8 300 mm锚索，间排距1 000 m×1 000 mm，锚索预紧力250 kN. 锚杆、锚索交叉布置，即锚索安装在两排顶锚杆中部，且所有锚杆(索)配以W型钢护板，厚度5 mm，宽280 mm，长度450 mm，巷道断面布置图见图1，顶、帮支护图分别见图2，3.

图1 巷道断面布置图

图2 顶部支护图

2.2 底板支护设计

底板全部采用锚索支护，鸟笼状布置，以提高底板支护的整体性。锚索规格为d18.9 mm×8 300 mm，间距2 000 m，排距2 000 mm，均匀布置在硐室底板。使用d56 mm地质钻机钻孔，孔深全部(8 000±50)mm. 使用全长预应力锚固，首先采用灌注水泥锚固，锚固长度1 200 mm，水泥固化后施加预紧力，然后灌水泥浆实现全场锚固，预紧力180～250 kN，底板支护见图4.

图4 底板支护图

支护结束后顶板及两帮喷射混凝土，厚度为150 mm，分两次喷，喷层强度C25；底板进行硬化，硬化厚度300 mm.

3 支护效果分析

随着施工进程，在设备换装硐室拱部安装锚杆锚索测力计和顶板离层仪，其中4个锚索测力计和5个锚杆测力计，左右两帮各3个锚杆测力计和3个锚索测力计，进行锚杆(索)受力情况观测分析，见图5.

图5 锚杆(索)测力计布置图

3.1 锚杆受力分析

硐室拱部、帮部锚杆受力图分别见图6,7.

图6 硐室拱部锚杆受力图

图7 硐室帮部锚杆受力图

由图6和图7可知：

1) 硐室拱部左下位置锚杆初始预紧应力较大，随着硐室施工，锚杆受力基本稳定在110 kN；拱部其它位置锚杆初始预紧力在60 kN左右，随着硐室施工，锚杆受力逐渐增加，最终稳定在100 kN左右。

2) 除左帮上部测试锚杆因螺母与杆体螺纹联接处失效外，硐室帮部锚杆在安装后受力总体基本稳定，随着时间推移波动较小。

3) 硐室帮部锚杆受力相对于拱部锚杆受力较小，但是锚杆受力稳定时间较快。根据锚杆最终受力可知，拱部锚杆所需初始预紧力较大，预紧力达到100 kN以上时，锚杆受力一直处于稳定状态；帮部锚杆受力达到60 kN以上即可保证巷道围岩的稳定性。

3.2 锚索受力分析

硐室拱部、帮部锚索受力图分别见图8,9.

图8 硐室拱部锚索受力图

图9 硐室帮部锚索受力图

由图8和图9可知：

1) 除硐室拱部左上锚索失锚外，其他锚索安装后受力基本稳定，且随硐室施工受力波动较小。

2) 硐室帮部锚索受力较稳定，锚索预紧力在180 kN左右，随掘进影响，锚索受力有一定增加，最终稳定在200 kN左右。

3) 根据硐室锚索最终稳定受力可知，帮部锚索受力稳定在200 kN左右，拱部锚索受力稳定在150 kN左右，帮部锚索受力相对于拱部锚索受力较大。

4 结 论

对深井大型设备换装硐室掘进支护设计进行研究，得出硐室采用锚杆(索)全断面加强支护，在此支护设计下锚杆能够保证硐室浅部范围内围岩的完整性，与锚索共同作用能够保证硐室围岩的稳定性，为该矿大断面硐室掘进支护积累了经验。