榆家梁矿煤巷锚杆支护参数研究①

张金山 丛 利

(1.内蒙古科技大学矿业工程学院，内蒙古包头 014010;2.内蒙古科技大学矿业工程学院2007级硕士，内蒙古包头 014010)

榆家梁矿煤巷锚杆支护参数研究①

张金山1②丛 利2

(1.内蒙古科技大学矿业工程学院，内蒙古包头 014010;2.内蒙古科技大学矿业工程学院2007级硕士，内蒙古包头 014010)

根据煤巷锚杆支护参数设计中存在的问题，结合榆家梁矿的巷道布置具体情况，通过理论分析和现场试验，提出了适合煤巷特点的锚杆合理支护参数设计方法，即“地质力学评估—数值模拟—初始设计—现场观测—修改设计”的设计方法。现场实际测得松动圈范围，分析了巷道围岩情况及其松动圈规律，通过理论分析和现场试验，设计了合理的巷道锚杆支护参数，经过现场试验分析，锚杆有效的控制了巷道的变形破坏。取得了较好的应用效果。

煤巷;锚杆;支护参数;现场观测;变形

目前，世界主要产煤国家煤巷支护以锚杆支护为主，其中美国，澳大利亚煤巷锚杆支护比例均已达到90%以上。可以说，一个煤矿是否有经济效益，锚杆支护及其支护参数布置是其评论的重要指标之一［1］。

1 44208综采工作面概况

榆家梁井田位于陕西省黄土高原北缘神木县东北部，榆家梁4-2煤层顶板为泥岩为主，细砂岩和粉砂岩次之，大部分属不稳定型，局部属较稳定性。煤层底板多为粉砂岩及细砂岩，均匀致密、坚硬、稳定性好。煤层柱状图如图1。

图1 榆家梁4-2煤层柱状图

44208工作面位于4-2煤三条集中大巷南部，工作面沿走向布置，长度为400.5 m，推进长度为1315m。煤厚3.59m～3.68m，倾角1°左右。

2 松动圈测试

2.1 测点布置

榆家梁矿4-2煤松动圈测试在44208工作面辅运巷进行，共布置3个测站，分别距工作面10 m、20m、30m。每个测站测试正帮、负帮2个测孔，测量钻孔采用煤电钻打孔，钻孔方位基本与巷道垂直，钻头直径42mm。测站位置见图2所示。［2-5］

图2 榆家梁矿4-2煤松动圈测试测孔布置

2.2 测量结果分析

图3为距工作面10m处负帮声波速度变化，波速在孔深为0m～1.1 m范围内基本稳定，波速较小，距孔口距离大于1.1 m时波速逐渐增大。煤体最高声速为2085 m/s，最低声速为536 m/s。因此，确定距工作面10m处辅运负帮的回采影响范围内的松动范围为1.1m。同时测定，确定距工作面20m处辅运负帮的回采影响范围内的松动范围为0.9m;确定距工作面30 m处辅运负帮的回采影响范围内的松动范围为0.8m。

图3 距工作面10m处负帮声波速度变化

图4为距工作面10m处正帮声波速度变化，波速在孔深为0m～1.2 m范围内基本稳定，波速较小，距孔口距离大于1.2 m时波速逐渐增大。煤体最高声速为2000 m/s，最低声速为479 m/s。因此，确定距工作面10m处辅运正帮的回采影响范围内的松动范围为1.2m。同时，确定距工作面10m处辅运正帮的回采影响范围内的松动范围为1.1m;确定距工作面30 m处辅运正帮的回采影响范围内的松动范围为0.9m。

图4 距工作面10m处正帮声波速度变化

表1为榆家梁矿4-2煤松动圈测试结果统计。

表1 松动圈结果统计

3 锚杆支护参数设计

3.1 锚杆参数确定

采用锚杆悬吊理论进行支护参数设计，顶煤厚度控制在400mm～500 mm时极限跨距远小于巷道跨度，为支护对象，取500 mm。利用悬吊理论进行锚杆参数设计，需要支护的对象为顶煤0.5m，锚杆长度根据公式计算:

式中:L1-为锚固段长度，取0.3m

L2―为不稳定层厚度之和

L3-锚索外露段长度，取0.1m确定端锚锚杆长度为2.2 m;锚杆材质采用A3圆钢，额定屈服强度RT=5t，锚固方式为端锚;根据三径匹配，锚杆直径采用16 mm。锚杆间排距取1.0m，则每排锚杆数为:

式中:L-巷道设计宽度，m;

b-锚杆排距，m;

γ-不具备自稳能力岩层的容重，kg/m3;

h-不具备自稳能力岩层的厚度，m;RT-锚杆抗破断力，t。

考虑1.5倍的安全系数，则每排锚杆数为n≥2.82×1.5=4.23，取 n=5，即每排5根锚杆，均匀布置。

3.2 设计方案

顶板采用锚杆、锚索、网、钢带联合支护，共布置五根锚杆，锚固形式为端头锚固。锚杆间排距为1000(750)×1000 mm。顶锚杆型号:φ16×2200mm的A3钢锚杆;树脂型号:CK型 φ23×500mm。如图5～8所示［6］。

图5 巷道断面支护图

图6 巷道断面顶板支护图

图7 巷道负帮支护图

图8 巷道正帮支护图

4 现场试验

4.1 测站布置

现场矿压观测、试验的内容包括煤帮锚杆支护的两帮煤体表面位移、深部位移观测。两帮煤体表面位移观测是评价巷道支护效果的重要指标，表面收敛量和收敛率是检验支护效果的主要参数。两帮煤体深部位移观测采用多基点位移计。

测站布置如图9所示。其中一、二、三站(图中右上位置)两帮各1深基点，1个表面站;四、五、六站(图中右下位置)两帮各1深基点、各2表面站。

图9 工作面测站布置图

4.2 观测结果分析

图10～13为工作面部分观测结果。

图10 辅运1站累计收敛量与距面距离(图中正7m等代表正帮7m深基点，下同)

图11 辅运2站累计收敛量与距面距离

图12 回风1站累计收敛与距面距离

图13 回风2站累计收敛与距面距离

现场试验表明:在工作面超前影响范围内两帮变形破坏深度约1.5m;剧烈影响范围内两帮变形破坏深度约3 m，占总变形量的75% ～90%左右。表面收敛随距工作面距离而变化，但都存在下述规律:在工作面前方收敛量缓慢增加，在剧烈影响段急剧增加，在工作面及推采过后10 m内无变化，之后又急剧增加，至工作面后方影响范围处逐渐减缓直之稳定。正帮松动变形破坏比负帮严重，变形量占75%左右。从观测结果分析，锚杆有效的控制了巷道的变形破坏。

5 结论

1)在现场实际测得松动圈范围，分析了巷道围岩情况及其松动圈规律，为巷帮支护取得了依据。

2)经过现场试验分析，锚杆有效得控制了巷道的变形破坏。

3)结合榆家梁具体情况和采准巷道布置特点，通过理论分析和现场试验，设计了合理的巷道锚杆支护参数，取得了较好的应用效果，对相近的矿区锚杆支护参数设计有一定参考价值。

［1］ 康红普.煤巷锚杆支护成套技术研究与实践［J］.岩石力学与工程学报，2005，24(21):2612-2618

［2］ 于忠久，赵同彬等.围岩松动圈理论及其在巷道支护中的应用［J］.煤炭技术，2004，23(8):26-31

［3］ 刘刚、宋宏伟.煤巷围岩松动圈规律研究［J］.煤炭学报，2002，27(1):87-90

［4］ 董方庭等.巷道围岩松动圈支护理论［J］.煤炭学报，1994(1):14-19

［5］ 王学滨，潘一山，李英杰.围压对巷道围岩应力分布及松动圈的影响［J］.地下空间与工程学报，2006(2):22-27

［6］ 马念杰等 .锚杆三径的合理匹配［J］.中国煤炭，1998

The study of supporting parameter design of bolt in the coal tunnels of Yujialiang coal mine

ZHANG Jinshan1，CONG Li1

(1.College of Mining Engineering of Inner Mongolia University of Science and Technology，Baotou Inner Mongolia 014010;2.The master level 2007 of College of Mining Engineering of Inner Mongolia University of Science and Technology，Baotou Inner Mongolia 014010)

This thesis based on the problem that existence in supporting parameter design of bolt in coal tunnel.Through theoretical analysis and field experiment associate with the condition of Yujialiang coal mine.We find out a new appropriate supporting parameter design method of bolt that appliance to the coal tunnels of Yujialiang coal mine，as the design method of“geomechanics assessment—numerical simulation—initial design—field observation—revise design”.We measured loose ring of surrounding rock of roadway.，Through theoretical analysis and test analysis the loose circle of law.We design reasonable roadway bolting support parameters，through the analysis of field test of bolt，effective control of the tunnel distortion.Good results have been achieved.

coal tunnel;bolt;support design;field observation;deformation

TD353+.6

A

1672-7169(2012)01-0040-04

2011-11-10。

张金山(1959-)，男，河南焦作人，内蒙古科技大学矿业工程学院教授，主要从事采矿工程的教学与研究工作。