8107综采工作面运输巷支护设计及验算

许文超

（大同煤矿集团有限责任公司马脊梁矿，山西 大同 037027）

1 工程概况

马脊梁煤矿C3#层一盘区8107工作面2107运输巷设计长2567.35m。C3#煤层在该区域赋存稳定，煤层厚度为4.15～8.53m，平均6.59m，结构复杂，含1～7层夹矸，厚度0.15～0.65m，倾角1°～3°，平均2°，属近水平煤层。该巷预计从盘区皮带巷往里192m见一条H=3.10m∠51°的正断层，1934m见一条d=200m∠68°的煌斑岩墙。以上构造分别从相邻巷道推断而来，根据钻孔分析，该巷切眼位置预计煤层厚度变薄。

2107巷掘进宽×高=5400×3800mm，掘进断面20.52m2，净断面18.72m2，施工长2482m，累计掘进工程量50930.64m³。

2 支护设计

2.1 支护设计方案

根据矿压观测资料，结合现场实际情况，C3#层一盘区2107运输巷支护采用锚杆、锚索、W钢带压金属网联合支护。支护设计图如图1所示。

图1 2107运输巷支护设计示意图

2.1.1 顶板支护

（1）锚杆钢带参数

锚杆规格为Ф20mm×2400mm的左旋无纵筋螺纹钢锚杆，钻孔深度2300mm。锚杆间排距950mm×1000mm，每排布置6根，两侧锚杆距帮325mm。每根使用1卷MSK2360树脂锚固剂。150mm×150mm×10mm的蝶形托盘。单层4#菱形金属网，网格为100mm×100mm，网片搭接长度为200mm，并采用14#双股铅丝孔孔相连旋转三圈绑扎牢固。

钢带规格：锚杆采用W钢带连接，5100mm×280mm×3mm。

（2）锚索规格参数

锚索规格为Ф21.8mm×7300mm预应力钢绞线，每排2根。锚索间排距1800mm×3000mm，钻孔深度7000～7200mm，两侧锚索距帮1800mm。每根使用1卷MSK2360和1卷MSZ2360树脂锚固剂。250mm×250mm×16mm的钢托盘。

（3）角锚索参数

锚索规格为Ф21.8mm×6300mm预应力钢绞线，每排2根锚索。锚索间距5400mm，排距1500mm，在巷道肩窝布置。每根使用1卷MSK2360和1卷MSZ2360树脂锚固剂。11#工字钢长度600mm，开孔直径为Ф25mm。

2.1.2 帮部支护

右帮锚杆为Ф18mm×2000mm左旋无纵筋螺纹锚杆，钻孔深度1900mm。左帮锚杆为Ф20mm×2000mm玻璃钢锚杆，钻孔深度1900mm。锚杆间排距1200mm×1000mm，底部锚杆距底板1150mm，顶部锚杆距顶板250mm。顶部锚杆向上倾斜80°布置，其余锚杆垂直帮部布置。使用1卷MSK2360树脂锚固剂锚固，450mm×220mm×4mm的 W型 钢 护 板，110mm×110mm×10mm的蝶形托盘。采用单层4#菱形金属网，网格为100mm×100mm，网片搭接长度为200mm，并采用14#双股铅丝孔孔相连旋转三圈绑扎牢固。采煤侧及硐室布置塑料网。

2.1.3 底板硬化

底板铺设混凝土厚度200mm，砼强度等级C25。

2.2 支护验算

2.2.1 顶锚杆长度计算

式中：

L-锚杆长度，m；

L1-锚杆外露长度，0.1m；

L2-潜在冒落拱高度，m；

L3-锚杆锚入稳定岩层的深度，0.6m；

式中：

B-巷道掘进宽度，设计值5.4m；

f-岩石坚固系数，取2。

根据数据及计算L2取最大值为1.35m；

L=L1+L2+L3=0.1+1.35+0.6=2.05m。

计算得锚杆长度为2.05m，实际选用长度2.4m，符合设计要求。

2.2.2 顶锚杆直径的确定

由P=Q得：

式中：

Q-锚杆锚固力，取140kN；

d-杆体直径，m；

σt-螺纹钢锚杆抗拉强度，取540MPa。

计算得锚杆直径为18.2mm，实际选用为20mm，符合设计要求。

2.2.3 顶锚杆间、排距计算

按间排距相等布置，取值：

式中：

a-杆体间距，m；

Q-锚杆锚固力，140kN；

k-安全系数，取1.5～1.8；

γ-岩体容重，锚杆悬吊体为煤，取值16kN/m³；

L2-杆体有效长度，取2.3m。

计算锚杆间排距为1.45m，实际选用间排距为0.98×1.0m，能够满足要求。

2.2.4 按悬吊作用计算锚索支护参数

（1）确定锚索长度

式中：

L-锚索总长度，m；

L1-外露的张拉长度，0.25m；

Σh-需要锚固的不稳定岩层厚度，3.8m；

L2-锚索锚固到较稳定岩层的锚固长度，1.2m；

L3-锚索托板厚度，0.16m。

L=L1+Σh+L2+L3=0.25+3.8+1.2+0.16=5.41m

计算锚索长度为5.41m，实际选用锚索长度为7.3m，符合设计要求。

（2）锚索间排距的确定

式中：

L-锚索间距，m；

n-锚索排数，n取2；

F2-锚索极限承载力，504kN；

B-巷道最大垮落宽度，5.4m；

H-巷道最大冒落高度，4.0m；

γ-岩体容重，30kN/m3；

F1-锚杆设计锚固力，140kN；

θ-锚杆与巷道巷道顶板的最小夹角，取75°；

L1-锚杆排距，1.0m。

经计算，巷道每排使用4架锚索时，间排距不应大于4.67m，实际选用锚索间排距1.8×3.0m，符合要求。

2.2.5 按组合梁原理验算

（1）顶锚杆长度

l=l1+l2+l3

式中：

l-锚杆总长度，m；

l1-锚杆外露长度，m；

l2-顶锚杆有效长度，m；

l3-锚杆锚固长度，m。

顶锚杆有效长度l2的验算公式，可参照下式：

式中：

L-巷道净宽度；

k1-安全系数，2～3；

P-上部均布载荷，kN/m2；

ψ-与组合岩层数有关的系数，0.7；

σ1-岩层抗拉计算强度，取试验强度的0.6～0.8倍，MPa；

σx- 原岩水平应力，σx=λγZ，MPa；

λ-原岩体水平应力系数，1.0；

μ-岩体泊松比；

Z-巷道埋深，取400m。

经计算锚杆长度为1.55m，实际选用锚杆长度为2.4m，符合要求。

（2）锚杆间距

锚杆间距a：

式中：

m1-最下面一层岩层厚度，m；

k-安全系数，取8～10；

P'-本层自重均布载荷，P=γ1m1，kN/m²；

γ1-最下面一层岩层的容重，kN/m³；

σ1'-最下面一层岩层抗拉计算强度，可取试验强度的0.3～0.4倍，MPa。

a≤51.55×0.4×0.06=1.24m

计算锚杆间距小于1.24m，实际设计为0.98m，符合要求。

经过数值验算可知，2107运输巷采用锚杆、锚索、W钢带压金属网联合支护时，参数能满足巷道安全的各项指标。

3 支护效果

2107运输巷采用锚杆、锚索、W钢带压金属网联合支护后，该巷道断面无明显变形，围岩控制效果较好。在2017运输巷的掘进过程当中，掘进速度有所提高，支护材料较省，巷道未进行翻修，支护效果显著，保障了该巷道的安全。