锚杆支护在东欢坨煤矿3018运道中的应用

詹超群

(开滦(集团)东欢坨矿业分公司，河北 唐山 063000)

煤炭是最安全、最经济、最可靠的能源，在我国能源消费中仍占据重要地位[1-3]。在地下煤矿实际开采中，往往需要掘进大量的巷道用于完成矿山的运输、通风等功能。但由于井下巷道赋存地质条件较为复杂，在后期的使用过程中，常常会发生冒顶、片帮等现象，严重影响矿山的生产安全。基于此，国内外开展了许多关于巷道支护的研究，提出了大量的支护理论，诸如悬吊理论、组合梁理论和压缩拱理论等[4-8]，研发了锚杆支护、棚式支护、喷浆支护和联合支护等多种支护技术[9-12]，极大地促进了岩层控制理论和支护技术的发展。借鉴上述支护理论和支护技术，本文对东欢坨煤矿3018运道的支护方案进行研究，研究结果可为面临类似情况的巷道支护提供重要参考。

1 工程概况

东欢坨煤矿3018运道位于-690水平中央下段采区的3018工作面，其主要职责为回采运煤及工作面进风。地质调查结果表明，该工作面煤层稳定，以亮煤为主，块状，煤中含黄铁矿结核。煤层平均倾角21°，平均煤层厚1.8 m。煤层老顶以细砂岩为主，平均厚度3.6 m，直接顶以粉砂岩为主，厚度2.1 m，伪顶为0.6 m的腐泥质粘土岩，直接底为1.8 m的粉砂岩。但在3018运道掘进范围内存在F214和DF12两条正断层，且DF12断层对运道开挖存在较大影响。工程岩体质量分级结果表明，3018运道围岩质量分级为III级岩体。为保证巷道安全开挖和后期长期运行的稳定性，需对3018运道采取一系列支护措施，以有效控制巷道变形。

2 锚杆支护参数确定

3018运道为矩形断面(图1)，坡底破板掘进，掘进宽度为5 m，高度为3 m，掘进断面积为15 m2，净宽为4.8 m，净高为2.8 m。

图1 3018巷道断面示意

2.1 顶锚杆参数确定

2.1.1 顶锚杆长度确定

1) 按照《煤矿矿井采矿设计手册》中加固拱原理计算锚杆长度L：

L=La+Lb

(1)

La可由式(2)计算：

(2)

通过上述两种计算方法，锚杆长度应该不小于2.055 m，结合东欢坨煤矿以往的支护经验，确定3018运道顶锚杆长度为2.4 m。

在3018运道中，巷道宽B=4.8 m，则La=1.0×(1.5+4.8/10)=1.98 m。

Lb为锚杆盘厚度、锚杆螺母厚度和锚杆外露长度三者的和，则在此次支护研究中Lb=0.008+0.035+0.050=0.093 m。

因此，按照《煤矿矿井采矿设计手册》中加固拱原理计算锚杆长度，3018运道顶锚杆长度应为L=La+Lb=1.98+0.093=2.055 m。

式中：D为锚杆间排距，m；L为锚杆长度，m。

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表2示，将单因素分析中对生存有影响的各个因素进行Cox分析，FIGO分期、是否满意减瘤、病灶累及单双侧卵巢是影响卵巢透明细胞癌预后的独立影响因素。在对生存有影响的各个因素作用下(图1)，随着时间的推移，累计生存率下降。

2017年，《东方早报》《白银晚报》《九华晨报》《台州商报》等多家报刊停刊，转而发展数字报纸或者新媒体，谋求实现报业转型。

式中：L为锚杆长度，m；N为围岩稳定系数，取值范围为0.9～1.2，此次研究中N取1.0；B为锚杆支护范围宽度，m。

2.1.2 锚杆直径计算

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按照《矿山压力与岩层控制》中杆体承载力不小于锚固力原则确定：

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(3)

施工工艺包括掘进和支护两大部分，施工工艺流程为：

将上述数据代入式(3)得到，支护所用锚杆理论直径为14.208 mm，结合东欢坨煤矿以往锚杆支护经验，最终选定3018运道锚杆直径为22 mm。

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2.1.3 顶锚杆间排距计算

按照《煤矿矿井采矿设计手册》中加固拱原理计算：

D≤0.5L

(4)

2) 按垮落拱高度计算锚杆长度L。锚杆长度应伸到垮落拱外的岩石中去,根据《煤巷锚杆支护理论与成套技术》，“新奥法对锚杆长度的选择也提出一些准则，基于锚杆支护的作用是在围岩中形成自承拱的原理，锚杆长度主要与巷道围岩条件及跨度有关，对于比较完整的硬岩，锚杆长度取1.0～1.2 m；对于完整性较差的中硬岩石，锚杆长度取巷道宽度的1/4～1/3，一般为2～3 m；对于松软破碎的岩体，锚杆长度取巷道宽度的1/2～2/3，一般为4～6 m”。

由前面的计算可知，3018运道锚杆长度L为2.4 m，则顶锚杆间排距为1.2 m。结合东欢坨煤矿已有锚杆支护经验，掘进施工中,顶锚杆间排距不大于1.0 m；为加强支护，确定3018运道顶锚杆间距为0.8 m，排距为0.9 m。

另外，根据《开滦股份有限公司煤巷锚杆支护技术管理暂行规定》：“顶锚杆杆体必须使用单向左旋无纵筋螺纹钢，锚杆杆体的加工应采用等强加工工艺，尾部螺纹段承载力不低于杆体破断力的90%，顶锚杆直径不低于22 mm，屈服强度不小于400 MPa”等，结合以上计算及我矿施工锚杆经验，最终确定3018运道使用的顶锚杆为长2.4 m、D22 mm的高强右(左)旋螺纹钢杆体锚杆，顶锚杆间距为0.8 m、排距为0.9 m；每孔装3卷K2333树脂锚固剂，辅以1 000 mm×4 800 mm金属菱形网护顶。

2.2 两帮锚杆参数的选取与参数确定

为能有效控制巷道两帮变形，根据表1巷道帮锚杆支护形式与主要支护参数的选择标准，以及与东欢坨煤矿所施工工程进行类比，两帮可采用D20 mm，长度2.0 m的等强螺纹钢锚杆,铺以1 000 mm×2 800 mm金属菱形网护帮，每眼装2支K2333树脂锚固剂，两帮锚杆间距为0.8 m，排距为0.9 m。

表1 巷道帮锚杆支护形式与主要支护参数的选择

2.3 锚索支护参数的确定

根据《开滦股份有限公司煤巷锚杆支护技术管理暂行规定》，要求锚索打至稳定岩层中1 m以上，参照该区域11煤层顶底板综合柱状图，确定其参数。

1) 锚索长度确定。锚索长度计算公式为：

L=La+Lb+Lm

(5)

式中：La为锚索在岩层之外的长度(包括托盘厚度、锁具厚度、外露长度)，取0.32 m；Lb为锚索长度范围内不稳定岩层厚度，根据该区域11煤层顶底板柱状图，取2.7 m；Lm为锚索锚固在稳定岩层中的长度，取1.5 m。

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因此，此次研究中3018运道锚索的计算长度为4.52 m。考虑地质条件变化，并根据已有11煤层巷道锚网支护经验和目前支护材料，最终确定3018运道锚索规格为长5.5 m、直径17.8 mm；根据《开滦(集团)有限责任公司煤炭生产安全技术管理文件汇编》，锚索一般选用低松弛级钢绞线锚索，破断载荷为200～260 kN；托盘使用强度与锚索强度相匹配的，单体锚索托盘规格为：235 mm×235 mm×20 mm，材料极限强度不低于350 MPa。

2) 锚索间排距确定。锚索间排距可由公式(6)进行计算：

(6)

式中：L为锚索有效长度，取5.18 m；S为锚索间排距，m。

布置方式为加强支护，3018运道布置两趟锚索，呈五花眼布置，间距为0.8 m，排距为0.9 m。特殊地点：开口处、透点口处要及时补打锚索，补打锚索数量不小于2根；锚网台棚锚索数量及布置形式，三通台棚不少于5根，四通台棚不少于9根，均匀布置在台棚范围。台棚中心位置锚索数量应根据台棚大小确定，一般不少于1～2根锚索。图2为锚杆、锚索和锚网支护方案。

由式(6)可知，3018运道锚索间排距S≤2.59 m。

从表3我们可以看出，在词性、词意和搭配错误方面显著性水平为.000，说明词汇是区分高低分作文的显著性因素；在篇章结构和文章主题方面的显著性水平达到了.021和.025,在语法和句式方面的显著性水平为.032，拼写方面的显著性水平也达到了.045，均低于0.05，说明在区分高低分作文时，这些因素发挥着重要的作用。此外，我们注意到，篇章结构的错误数量虽然不多，但教师在批改时却作为一个重要的评价标准。

图2 锚杆、锚索、锚网支护方案(mm)

2.4 锚杆实施工艺

3018运道掘进时，采用MYT-140/320型液压锚杆钻机(风动锚杆机)，配套钻杆B19型中空钻杆长度1.0 m、1.5 m和2.4 m，钻杆配套使用，钻头D29 mm双翼钻头。帮锚杆施工使用风动锚杆机(液压锚杆钻机)配套使用D26 mm×1 800 mm煤钻杆D29 mm煤钻头。锚索钻具同样采用B19中空六方接长钻杆，每套6 m，钻头D27 mm双翼钻头。锚索涨拉力采用MS19-200/40型锚索张拉机具，液压剪GQ190型。

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式中：d为锚杆直径，mm；Rt为杆体材料抗拉强度，高强锚杆取500 MPa；Q为锚固力，本次研究中取80 kN。

由工程概况中的岩体质量分级结果可知，3018运道围岩为III级岩体，锚杆长度L应为巷道宽度的1/4～1/3，即L=(1/4～1/3)×4.8=1.2～1.6 m。

教师要加强学生们理想信念的教育。高中学生正处在身心发展的关键性时期，学生们的人生观，世界观，价值观在高中时期逐渐成型。教师们要从以下几个方面来加强学生们的理想信念教育。例如要加强对学生们主流的思想意识培养，加强社会主义信念以及中国梦的思想教育，培养学生们的爱国主义情怀。其次要积极地探索大学生们的理想信念的培养方法，多开展一些社会性调查实验活动，带领学生们参观一些爱国主义教育基地，加强学生们思想理念的健康成长，在对每一届的高中生进行升学入学过程当中都要对其进行职业化的思想理念教育，不断激发学生们努力上进，发奋学习，不断报效祖国的坚定使命感和责任心。

机掘：安全确认—找掉—延接刮板输送机(或延接胶带输送机)—截割断面—出煤—找掉—临时支护—找掉—定位—铺顶网、钢带—打顶锚杆—出煤—铺帮网—打帮锚杆—进行下一个循环。

炮掘：安全确认—找掉—延接刮板输送机—找掉—铺设护网—打眼—找掉—装药连线爆破—找掉—临时支护—找掉—定位—铺顶网、钢带—打顶锚杆—出煤—铺帮网—打帮锚杆—进行下一个循环。

图3为3018运道锚杆和锚索支护所在地质条件。

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图3 锚杆和锚索支护所在地质条件(mm)

3 支护效果分析

3018运道支护工作完成后，采用顶板离层仪对巷道的顶板变形情况进行了现场监测。具体步骤如下：按照规定每隔20～50 m安装监测点，在巷道掘进初期1个月内，每天进行1次监测，1个月以后，每周监测1次。当离层累计值超过20 mm时，要及时汇报并采取措施。如测点损坏，必须及时增补表面位移测点，继续延续其测量工作。图4～图6为1～3号测点的监测结果。

图4 1号测点监测结果

图5 2号测点监测结果

图6 3号测点监测结果

由顶板离层仪监测结果(图4～图6)可知，3018运道位移的最大累积变形量不会超过10 mm，均在可控范围内，这表明了3018运道所选择的支护方案能有效控制巷道的变形，具有明显的优越性。

4 结 语

煤矿在开采中需开挖大量的采动巷道，受地质赋存条件的限制，此类巷道往往存在围岩破碎，易出现底鼓、冒顶、片帮等巷道大变形现象，为保证巷道在生产过程中的长期使用，多数巷道均会采取支护措施。本文以东欢坨煤矿3018运道为工程背景，通过采用理论计算、现场施工和后期监测等技术手段对其支护方案进行了详细的论证，得出结论主要如下：

1) 锚杆尺寸和排间距参数。通过理论计算和矿山以往支护经验，最终确定顶锚杆为长2.4 m、D22 mm的高强右(左)旋螺纹钢杆体锚杆。两帮锚杆为长2.0 m、D20 mm的等强螺纹钢锚杆。锚索为长5.5 m、D17.8 mm。锚杆锚索间距均为0.8 m，排距均为0.9 m。

2) 采用顶板离层仪对3018运道顶板的变形情况进行长期监测，结果表明，在近半年的监测中，顶板最大累积变形量未超过10 mm，均在可控范围内，验证了3018运道支护方案的可靠性和优越性。

3) 东欢坨煤矿3018运道锚杆-锚索-菱形金属网联合支护的成功应用，为同类条件的巷道支护提供了重要参考，具有十分重要的推广意义。