1、煤矿采区巷道支护设计方案研究摘要：随着煤炭开采量的不断增加，煤矿开采深度不断加深，开采时遇到的地质情况也是越来越复杂，对煤矿开采安全尤其是巷道支护的要求更是越来越高。目前，在煤巷支护工程中用到的最多的支护技术是锚杆支护。本文结合某煤矿巷道支护设计实例，探讨了悬吊理论设计方法，希望对类似工程的设计和建设提供借鉴作用。 关键词：回风巷；悬吊理论；支护 1 、引言 近年来煤矿开采水平向深度发展，出现的软岩工程问题越来越多。软岩巷道变形量大，支护受力大，一般采用可缩性 U 型钢支架，但是其不但成本高、劳动强度大，而且有时还容易发生破坏。自从围岩松动圈支护理论提出，在随后的巷道支护研究中确定主要研究对象
2、为松动圈发展过程中的碎胀变形。人们逐渐开始用锚喷支护代替 U 型钢支架来解决软岩支护问题，不仅支护效果好，而且经济技术效益显著。本文结合工程实例，探讨了锚杆的悬吊作用机理，并介绍了其支护设计方法的应用。2 、锚杆的悬吊作用机理 19521962 年，Louis A、Pane K 经过理论分析及实验室和现场测试，提出锚杆作用机理是将直接顶板悬吊到坚硬岩层上。例如，在缓倾斜岩层中锚杆的悬吊作用就是锚杆将下部不稳定的岩层（直接顶或块状结构中不稳固的岩块）悬吊在上部稳固的岩层上、阻止岩块或岩层的垮落。锚杆所受的拉力来自被悬吊的岩层重量，并据此设计锚杆支护参数。悬吊软弱岩层顶板 悬吊危岩 1锚杆 2不稳
3、定岩层 3危岩 4坚固围岩 图 1 锚杆悬吊作用示意图 这一理论应用具有局限性，我国应用的锚杆长度一般为 1.62.0m之间，当破碎带较大时，采用该理论无法设计支护参数，而且大量工程实践证明，即使巷道上部没有稳固的岩层，锚杆也可以发挥其作用。例如在全煤巷道中，锚杆锚固在煤层中也能起到支护作用。 3 3、工程实例 3.1 工程概况 某煤矿西部回风巷井下位于井田西翼，位于七采区北部、八采区南部，相对地面位置位于南阳湖。巷道用途为满足西部采区的辅助运输、回风、行人、管线敷设等需要，全长约 1683m。 巷道煤（岩）层赋存情况如下： 煤 3 下：黑色，块状，以亮煤为主，暗煤次之，沥青光泽，条痕为褐黄色
4、。3 下煤最大厚度 4.03m，最小 0m，平均 3.5m，f =12。 泥岩：灰黑色泥岩，质纯，局部发育大量滑面构造，深灰色， f =24。 粉砂岩：深灰色，富含炭化植物碎屑化石，波状及水平层理，层面含大量炭化物，局部夹有薄煤线，f =46。 细砂岩：浅灰色，成份以石英为主，长石次之，含少量暗色矿物。粘土质胶结，较坚实。裂隙发育，充填有方解石脉，f =68。 中砂岩：灰白色，略带绿色。成份以石英为主，长石次之，含少量暗色矿物，含少量粗砂质，f =810。 巷道断面为半圆拱形断面，巷道净宽为 5000mm，巷道净高度为4100mm，半圆拱巷道净断面积 17.81 m2。 图 2 西部回风巷断面
5、示意图 3.2 按悬吊作用理论锚杆支护参数计算 1）锚杆长度 式中： L 锚杆长度，m； L1 锚杆在巷道中的外露长度， L1 =垫板厚度+螺母厚度+（0.020.03）m，其值主要取决于锚杆类型，对于端锚锚杆，一般取0.15m； L2 锚杆有效长度，m； L3 锚杆锚入稳定岩层的锚固长度，应由拉拔试验确定，一般按经验取 0.5m； k 安全系数，一般取 k=2； h 冒落拱高度，m； 在解析法中，常用普氏自然平衡拱理论确定 h 的大小， 当 时， 当 时， 即：h = = 0.44（m） 式中：B 巷道开掘宽度，取 5.3m； f 岩石坚固性系数，取 6； H 巷道掘进高度，m； 岩体内摩擦
6、角， （） ； 则：L=0.15+20.44+0.5=1.53m 2）锚杆杆体直径 根据杆体承载力与锚固力等强度原则确定，则 d=35.35 式中： d 锚杆杆体直径，mm Q 设计锚固力，由拉拔试验确定，取 100kN； 杆体材料抗拉强度，取 315MPa。 则：d=35.35 =20mm 3）锚杆间、排距 根据每跟锚杆悬吊岩石荷载大小确定锚杆间距（a）与排距（b） （通常 a=b） ，即锚杆悬吊岩石荷载（G=a L ）等于锚杆的锚固力（Q） 。在考虑了安全系数 k 的情况下： 式中： a-锚杆间距，m； Q-锚杆设计锚固力，100kN； k-安全系数，一般取 k=2； h-冒落拱高度，取
7、0.44m； r-被悬吊岩石的容重，取 12.74 kN/m3； a= m 通过以上计算，选用直径 20mm、长度 2000mm 的左旋无纵筋螺纹钢锚杆，锚固剂选用直径 23mm、长度 400 mm 的 K2340 型及 CK2340 型树脂锚固剂，每孔各一支；锚杆间、排距为 800800mm（50mm）矩型布置，采用锚杆紧跟迎头方式支护，锚杆设计锚固力为 100kN。 图 3 西部回风巷断面支护示意图 4 、结束语 我国煤矿锚杆支护经过多年的发展， 应用范围已扩展到受动压影响的回采巷道、软岩巷道、破碎或复合顶板巷道及工作面开切眼和大断面硐室，锚杆支护的种类、结构形式及规格层出不穷，而锚杆支护
8、设计方法却比较单一，即普遍采用工程类比法， 因而不可避免地带有一定的盲目性。因此，在设计过程中应分析不同种类锚杆结构的作用原理，考察不同设计方法的特点，探讨影响支护效果的主要因素， 明确锚杆支护技术与设计方法。本文详细介绍了悬吊理论在工程实例中的应用，希望能对类似工程问题提供借鉴。 参考文献： 1 董方庭，姚玉煌，黄初，等.井巷设计与施工M.徐州：中国矿业大学出版社，2004 2 蒋顺勋，宋广太，库明欣.煤巷锚杆支护施工指南M. 北京：煤炭工业出版社，1999 3 袁和生，煤矿巷道锚杆支护技术M.北京：煤炭工业出版社，1997 4 赵兴东，井巷工程M.北京：冶金工业出版社，2010 5 周华强，巷道支护限制与稳定作用理论及其应用M.徐州：中国矿业大学出版社，2006
