18106 工作面支护技术研究

张妙生

（西山煤电建筑工程集团有限公司矿建分公司， 山西 太原 030024）

1 18106 工作面概况

18106 工作面井上西南侧有白家塔村（已搬迁），地表起伏较大，山梁多为黄土覆盖，地表有两条石佛子沟支沟。盖山厚度为188～327 m。18106 工作面东侧和南侧均为实煤区，18104 采空区在其西侧。煤田地质勘探钻孔1406、ZK27-2、1804、2003 及2204 位于18106 皮带巷东侧50 m 范围外，井上下关系对照如表1 所示。

表1 井上下关系对照

1.1 煤（岩）层赋存特征

18106 工作面煤层厚度为4.14～6.83 m，平均为6.14 m，煤层倾角约8.9°，煤层普氏硬度f=2～3。煤层顶底板情况如表2 所示。

表2 煤层顶底板情况表

1.2 水文地质

工作面直接充水水源为上覆砂岩裂隙含水层，该含水层富水性弱，补给条件差，掘进时主要有顶板裂隙滴水、渗水，打顶锚杆和锚索孔时孔内会有淋水出现，个别孔内淋水较大，但随时间推移淋水逐渐减小，最终干涸。该含水层对掘进影响小。工作面上覆地表有2 条石佛子沟支沟，雨季有水流入沟内，沟底盖山厚度由北向南依次为244 m、224 m；预计地表水对掘进无影响。矿区奥灰水水位标高为+850～+854 m，预计工作面标高为+821～+827 m，工作面带压掘进，工作面煤层底板距奥灰顶界面约126 m，煤层底板带压最大0.33 MPa，经计算工作面安全隔水层厚度为0.00～2.45 m，底板突水系数为0～0.013 MPa/m，小于非完整块段突水系数临界值0.06 MPa/m，结合附近工作面的采掘资料，预计奥灰水对工作面掘进无影响。煤田地质勘探钻孔2204 位于18106 皮带巷东侧112 m 外，封孔质量合格，且距掘巷较远，预计对掘进无影响[1-2]。

2 巷道支护设计

2.1 锚杆长度的确定

式中：L 为锚杆长度，mm；L1为锚杆外露长度，取50 mm；L2为有效长度，mm（顶锚杆取普氏免压拱高b，帮锚杆取煤帮破碎深度c）；L3为锚入稳定岩层内深度，mm（顶锚杆取800 mm，帮锚杆取600 mm）。

普氏免压拱高：

式中：B、H 分别代表巷道掘进宽度和高度，分别取5 800 mm、3 800 mm；f顶为顶板岩石普氏系数，取6.0；ω帮为两帮围岩的内摩擦角，取63.26°（查表得）[3]。

将数值带入公式得出：b=633 mm。

破碎深度：

式中：H 为巷道掘进高度，取3 800 mm；ω帮为两帮围岩的内摩擦角，取63.26°。

将数值带入公式得出：c=903 mm。

根据计算结果并结合工作面实际情况，巷道顶锚杆选取长度为2 600 mm，帮锚杆选取长度为2 100 mm。

2.2 锚杆直径的确定

顶、帮锚杆直径按下列公式计算：

式中：Q 为锚杆锚固力，取Q顶＝150×103N，Q帮＝50×103N；R 为锚杆的抗拉强度，取R顶＝540×106Pa；R帮＝680×106Pa。

将数值带入公式得：d顶=17.4 mm，d帮=9.7 mm。

根据计算结果和工作面实际情况，顶锚杆选用MSGLW-400/22×2600 无纵肋螺纹钢式树脂锚杆，直径为22 mm；帮锚杆选用Φ20 mm×2 100 mm 玻璃钢锚杆，直径为20 mm。

2.3 锚杆的间、排距计算

悬吊岩体重量公式G=KrL2a2。

锚固力Q 应能承担G 的重量，即Q＞G。

式中：a 为锚杆间排距；b 为锚杆的排距（通常b＝a）；Q 为锚杆锚固力，取150 kN；r 为岩体容重，取25 kN/m；k 为安全系数，取2。

将数值带入公式得：a=1.614 m。

18106 皮带巷巷道巷道实际所选锚杆间距为0.9 m，排距为1.0 m 均小于计算出的间、排距，满足设计要求。

3 锚索设计

3.1 锚索长度

式中：L 为锚索总长度；La为锚索深入到较稳定岩层的锚固长度；Lb为需要悬吊的不稳定岩层厚度，取0.85；Lc为上托盘及锚具的厚度，取0.1 m；Ld为需要外露的张拉长度，取0.25 m；

按GBJ 86—1985 要求，锚索锚固长La按下式确定：

式中：K 为安全系数，取2；d1为锚索钢绞线直径，取21.6 mm；fa为钢绞线抗拉强度，取1 770 MPa；fc为锚索与锚固剂的粘合强度，取10 N/mm。

则La≥2×21.6×1770/（4×10）=1911.6 mm≈1.91 m。

将数值带入公式得：L＝3.11 m。

根据计算结果并结合工作面实际情况，选用长度为5.5 m 的锚索。

3.2 悬吊理论校核锚索间、排距

根据18106 工作面地质钻孔柱状图分析并根据相邻工作面的经验，采用直径为Φ21.6 mm 的钢绞线，将锚杆加固的“组合梁”整体悬吊于坚硬岩层中[4-5]，校核锚索排距，冒落方式按最严重的冒落高度大于锚杆长度的整体冒落考虑。此时，靠巷道两帮的角锚杆和锚索一起发挥悬吊作用，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，可用下式计算锚索排距。

式中：L 为锚索排距；B 为巷道最大冒落宽度，取5.8 m；H 为巷道冒落高度，按最严重冒落高度，取3.8 m；γ为岩体容重，取25 kN/m3；L1为锚杆排距，取1.0 m；F1为锚杆锚固力，取150 kN；F2为锚索极限承载力，取520 kN；θ 为角锚杆与巷道顶板的夹角，取75°；n为锚索排数，取2。

将数值带入公式得：L=6.12 m。

18106 皮带巷掘进工作面巷宽最大距离为5.8 m，巷高最大高度为3.8m，代入上述公式计算得L=6.12m，而18106 皮带巷掘进工作面锚索实际选取的排距最大为2.0 m，小于计算所得的排距，所以选取的锚索排距满足设计要求。

4 结语

通过对18106 皮带巷设计所选用的支护参数进行精确的计算，并结合矿井实际地质条件，选取了适合的锚杆、锚索长度以及适合的锚杆、锚索的间排距，保证了巷道安全生产。