浅谈煤矿锚杆支护间排距的应用

折亮峰

(陕煤蒲白矿业公司白水煤矿，陕西 渭南 715604）

1 概况

白水煤矿为百年老矿，设计生产能力105 万t，矿区位于鄂尔多斯拗陷区南缘、渭北褶断束中部，褶曲、断裂较发育。含煤地层为上石炭系太原群及下二迭系山西组,地质条件复杂，且断层发育较多。本井田基本为一轴向NE 向SW 倾伏为主，东部转SEE 并同向倾伏的背斜构造。因被新井等正断层切割，呈NE的条状单斜断块，断块间具有缓波状起伏及局部凹坑，煤层倾角一般为8°至15°。井田内断裂较多，以高角度正断层为主，断裂之间形成地堑式块段。

矿井岩层基本情况：下二叠系山西组（p1Sh）：上部灰色，下部灰黑色中细粒石英砂岩，泥岩及砂质泥岩；中、下部夹1～3 层薄煤（局部可采）；底部为一层含钙质的石英细砂岩（K4），偶夹1～2 层灰岩透镜体及黑色页岩砾块，层面富集大量定向排列的云母片，是划分山西组和太原群的重要标志。本组厚约58m，与上覆地层整合接触。

上石炭系太原群（c3t）:为本区主要含煤地层，以灰黑色泥岩为主，次为铝土页岩，细砂岩及薄层泥灰岩，含煤3～4 层，本组厚度30m，与上覆地层局部假整合接触。下奥陶系马家沟群（Q1＋2m）：为本区煤系地层沉积底盘，以灰色及浅灰色灰岩为主，夹薄层燧石，钙质页岩。厚度不详，与上覆地层假整合接触。

掘进所施工的煤巷锚杆支护从无到有，种类有管缝锚杆、等强锚杆、高强锚杆等。但支护参数一直沿用借鉴临近相似矿井的锚杆支护参数，锚杆问排距均为700mm×800mm。但该间排距偏小，工序较多，制约着施工进度，造成材料、人员、工时浪费。因此，合理确定及适当增大锚杆问排距，对减少材料费投入，减少施工工序，提高施工进度和单进水平，保证接替正常、提高矿井产量，保证安全生产有着重要意义。

2 锚杆支护作用原理

锚杆支护在支护原理上符合现代岩石力学和围岩控制理论。锚杆与被锚固围岩共同承载，属主动支护，因而能够调动和利用围岩自身的稳定性，充分发挥围岩的自身承载能力，有效地控制巷道围岩变形，所以锚杆支护更有利于保护巷道围岩的稳定，改善巷道维护状况。

3 锚杆支护的组合作用

平顶巷道的层状顶板，可看作是以巷道两帮为支点的叠合梁。叠合梁层间抗剪力不足，在荷载作用下，将发生较大的弯曲变形和层间错动。若用锚杆穿过并紧固，各层之间便互相挤压，层间摩擦阻力增加，在外荷载作用下，层间不再发生离层错动，抗弯抗剪强度增强，顶板便由“叠合梁”变成了“组合梁”。这样大大提高了顶板岩层的承载能力，锚杆本身还起到抗剪销钉的作用，能更加有效地阻止岩层的层间错动。锚杆支护的作用并非各个独立，一般是同时并存综合作用，只是在不同的地质条件下某种作用占主导地位。

4 锚杆支护参数的确定

以白水煤矿二四采区轨道运输巷为例，按悬吊理论计算锚杆参数（断面为下宽：4.2m；高3.7m）。

（1）锚杆长度计算

L=KH＋L1＋L2

L——锚杆长度，m；H——冒落拱高度，m；K——安全系数，一般取K=2；L1——锚杆锚入稳定岩层的深度，一般按经验取0.6m；L2——锚杆在巷道中的外露长度，一般取0.2m；其中：H=B／2f=4.44／(2×4)＝0.555m。

式中：B——巷道开掘宽度，取4.44m；f——岩石坚固系数，砂岩取4。

则：L=2×0.555＋0.6＋0.2=1.91m

（2）锚杆间距、排距计算，间排距拟定相等，取A

式中：A——锚杆间排距，m；Q——锚杆设计锚固力，50KN/根；H——冒落拱高度，取0.555m；R——被悬吊砂岩的重力密度，取25.48KN/m3；K——安全系数，一般取K=2。

通过计算，选用直径20mm，长度2200mm 螺纹钢锚杆，间距采用800mm，排距采用900mm 能够满足要求。

5 支护设计

（1）该巷道断面为半圆拱形巷道，断面尺寸为：掘进断面，宽4.44m，高3.82m，S 掘=14.8m2，净断面，净宽4.20m，净高3.70m,S 净=13.64m2。

附：巷道支护断面图1，断面支护布置展开图2。

图1 巷道支护断面图

图2 断面支护布置展开图

（2）支护形式为锚网锚索支护。

（3）支护材料：1）锚杆：拱部采用Ф20×2200mm 型螺纹钢锚杆，两帮采用Ф20×2200mm 型螺纹钢锚杆，锚杆间排距为800×900mm，布置形式为矩形布置。2）锚固剂： 拱顶部采用K2360 树脂药卷，锚固长度1200mm，锚固剂使用数量为2 节/根。帮部采用K2360 树脂药卷，锚固长度600mm 锚固剂使用数量为1 节/根。3）托板采用铁托板规格为150×150×5mm；钢板。4）锚索采用Ф18mm×5300mm 型锚索，布置形式为1－0－2－0－1方形布置，间排距为1600×1800mm，锚固剂用量为3 节/根。5）钢筋网采用规格为： 直径×宽×长 （6×1100×2000）mm，网孔为100×100mm 型焊接式金属网。

6 结论

以改变锚杆的间排距，从原来的700mm×800mm 的间排距改变成现在的800mm×900mm，在白水煤矿二四采区轨道运输巷进行试验后，减少了材料费投入，减少了施工工序，提高施工进度和单进水平，保证了生产接续正常，提高了矿井的整体产量，掘进进尺由原来的60 米/月提高到81 米/月，掘进速度提高了35%以上，初步实现了高效、安全、改善工序的目标。