庄旺煤矿30103 运输巷支护技术应用与实践

郑 麒

（山西宁武大运华盛庄旺煤业有限公司，山西 宁武 036700）

1 工程概况

30103 工作面煤（岩）走向西东，倾向北南，倾角3°～10°，邻近已采掘巷道及钻孔资料显示，顶板岩层稳定，富水性弱。煤层顶板为泥岩、砂岩，底板为泥岩及细、粉砂岩。顶板抗压强度60～67.5 MPa，抗拉强度3.8～4.7 MPa，属坚硬岩类。其底板为细砂岩，抗压强度62.4～72.4 MPa，抗拉强度4.0～5.0 MPa，属坚硬岩类。

30103 运输巷为半煤巷，设计为矩形断面。巷道掘进尺寸为：宽4.3 m、高2.6 m、断面积为11.18 m2，支护后：宽4.1 m、高2.6 m，采用全断面一次开挖。

2 巷道支护设计

2.1 方案确定

采用工程类比法确定，类比对象为3#煤层开采中的巷道及硐室，见表1。

表1 3#煤层巷道工程类比法情况表

通过类比发现，在3#煤层开采过程中掘进的巷道和硐室开挖条件均在中等以上，均采用锚网索的支护方式，支护后期未出现片帮以及大变形。因此，运输顺槽依然采取该支护方式。

2.2 锚网索支护论证

采用计算校核支护参数。

（1）支护效果的实现主要是通过顶部悬吊及帮部加固，在施工时应满足[1]：

式中：L 为锚杆总长度，m；L1为锚杆外露长（钢带厚度+托片厚度+螺母厚度+最大外露长度，顶锚杆取150 mm，帮锚杆取100 mm）；L2为有效长度（取值情况，顶部：冒落高度b，帮部：破碎深度c），m；L3为锚入层深度（顶部：800 mm，帮部：600 mm）。

由于未测定围岩松动圈，在施工时采用普式自然平衡拱理论确定L2。

巷道顶锚杆有效长度L2的确定：

式中： K 为安全系数，一般取2。

帮锚杆长度有效值L2的确定：

ω帮为 两 帮 围 岩 的 内 摩 擦 角，79.21 °。c=2800×tan（45°～79.21°/2）≈260 mm。

式中：f 为普氏系数，顶板取5.32；B 为巷道跨度，取4.5m。

得出：顶锚杆长L顶≥1795 mm；帮锚杆长L帮≥960 m。

本着经济合理的原则，设计选用1800～2200 mm、Ф18 mm 金属锚杆，树脂锚固剂，单根锚杆锚固力要求大于50 kN。

（2）顶锚索长度校核

顶锚索的支护效果是通过其悬吊作用实现，应满足[2-3]：

式中：L 为锚索总长度，mm；La为锚入稳固岩层的长度，mm；Lb为不稳定岩层厚度，取值为845 mm；Lc为托片及锚具的厚度，取80 mm；LΦ为外露张拉长度，取250 mm。

式中：K 为安全系数，取2；d1为锚索直径，取17.8 mm；fa为锚索抗拉强度，取1860 N/mm2；fc为锚固剂的粘合强度，取10 N/mm2。

L=845+1655+80+250=2830 mm，设计锚索长度5300 mm ＞2830 mm 符合要求。

（3）悬吊理论校核锚索间（排）距

为防止顶板异常，用Ф17.8 mm、L=5300 mm的钢绞线，将锚杆加固的“组合梁”锚入稳定岩层；校核锚索间（排）距，冒落方式按最严重冒落情况考虑。此时，巷帮的锚杆与顶部锚索同时进行作用，在忽略岩体粘结力和内摩擦力的条件下，取垂直方向力的平衡，可用下式计算锚索间(排)距：

式中：L 为锚索间排距，m；B 为巷道最大冒落宽度，取4.5 m；H 为巷道冒落高度，取3 m；γ 为岩体容重，2.6 t/m³；L1为锚杆排距，0.8 m；F1为锚杆锚固力，取50 kN；F2为锚索极限承载力，取355 kN；θ 为角锚杆与巷道顶板夹角，75°；n 为每排锚索数，取2。

通 过 上 式 计 算，L=2×355÷[4.5×3×26-（2×50×sin75°÷0.8）] =710÷(351-120.7)=3.083 m。

经计算，排距L=3.083 m 大于2.4 m，所选锚索参数满足设计要求。顶板破碎时锚索五花布置符合设计要求。

综上：选用Φ18、L2200 mm 全螺纹钢锚杆，顶部2 卷/根，帮部1 卷/根，锚固剂型号K2360；锚索为Φ17.8、 L6300 mm，2 卷/根，顶部金属网Φ4.8 mm、网片2500（2000） mm×1000 mm，网格100 mm×100 mm，帮部勾花网Φ2.8 mm、网片3800 mm×1100 mm，网格100 mm×100 mm。支护布置如图1 ～图3 所示。

图1 巷道断面主视图

3 围岩变形观测

为了及时掌握支护完成后巷道的变形及位移情况，及时对险情进行预警，对巷道进行了地质观察和位移量监测，监测结果如下：

（1）根据每日观察，巷道支护完成后洞璧未见裂纹、裂缝、剥落现象。

（2）巷道掘进100 m 后，开始在巷道中部布置测点，十字法进行观测，连续15 d 对巷道两帮及顶板位移进行监测。

由曲线图可知，巷道顶板在前5 d 内位移处于剧烈变化阶段，位移速率大于1 mm；第6 d 到第11 d 位移变化处于缓慢变形阶段，在0.2～1.0 mm 范围内；第12 d 到第15 d 位移变化处于稳定阶段，均小于0.2 mm。

巷道左帮在前4 d 内位移处于剧烈变化阶段，位移速率大于1 mm；第5 d 到第11d 位移变化处于缓慢变形阶段，在0.2～1.0 mm 范围内；第12 d 到第15 d 位移变化处于稳定阶段，均小于0.2 mm。

巷道右帮在前6 d 内位移处于剧烈变化阶段，位移速率大于1 mm；第6 d 到第10 d 位移变化处于缓慢变形阶段，在0.2～1.0 mm 范围内；第10 d 到第15 d 位移变化处于稳定阶段，均小于0.2 mm。位移监测曲线如图4～图6 所示。

图2 巷道支护左视图

图3 巷道支护俯视图

图4 巷道顶板位移变化

图5 巷道左帮位移变化

图6 巷道右帮位移变化

根据分析可知，顶板及两帮位移在监测时间内由剧烈变化阶段过渡到了稳定变化阶段，顶板及两帮围岩位移有明显的收敛态势，岩体稳定[4]。

4 结语

30103 运输顺槽采用锚杆+金属网+锚索支护方案后，围岩支护稳定性得到保证，保证了施工安全，达到预期效果，可以为类似地质条件巷道施工提供借鉴。