容大煤业6204 回风顺槽合理锚固力与锚固长度确定

郝伟伟

（山西中阳桃园容大煤业有限公司，山西 吕梁 033400）

回风顺槽作为综采工作面回采巷道的一部分，其支护方案的合理选择对巷道围岩稳定性乃至整个工作面的安全开采起着至关重要的作用。目前，回采巷道的支护方式主要有锚杆支护、锚杆-锚索联合支护等多种方案。经过近几年的快速发展，锚杆、锚索联合支护方式成为回采巷道的主要支护方式。但是，对于不同的矿井地质条件，其支护方案存在些许差异，如顶板锚杆与锚索的数量、锚杆与锚索的间排距、锚杆与锚索的锚固力以及锚固长度等。其中，合理的锚杆和锚索的锚固力与锚固长度能够良好地发挥锚杆与锚索的锚固特性，进而有效控制围岩变形，实现工作面的安全回采。本文以容大煤业6204 回风顺槽为研究对象，基于顺槽所处的地质概况与矿井支护经验，提出了6204 回风顺槽的支护方案，并对6204 回风顺槽的顶板离层量进行现场监测，验证支护方案的合理性[1-7]。

1 工程概况

6204 回风顺槽位于2 采区西部，主采6#煤层，采区平均埋深219 m。6204 回风顺槽南部为矿井边界，北部为2 采区运输下山，西部为6202 运输顺槽设计位置，东部为6201 运输顺槽。6#煤层平均厚度1.18 m，直接顶为L5 石灰岩，厚度2.25 m，结构致密；基本顶为细粒砂岩，厚度1.7 m，细粒状结构；直接底为细粒砂岩，厚度3.62 m，细粒状结构；基本底为粉砂岩，厚度3.8 m，薄层状结构。

2 支护设计

6204 回风顺槽设计断面为矩形，顺槽掘进宽度4200 mm，掘进高度2600 mm。由于顺槽沿着煤层顶板掘进，为使得巷道围岩得到有效控制，同时借鉴矿井之前生产经验，确定采用锚杆、锚索联合支护方式。容大煤业以往在顺槽顶板支护中选用Φ18 mm 高强度螺纹钢锚杆与Φ17.8 mm 锚索，锚杆主要锚固煤层直接顶L5 石灰岩与基本顶细粒砂岩等顺槽浅部围岩，而锚索则锚固在围岩内部相对较稳定的岩层中，发挥深部围岩的承载能力。常用树脂锚固剂与钻孔孔壁之间的粘结力为3.69 MPa。

顺槽顶板锚杆、锚索与两帮锚杆的锚固长度为：

式中：r1为锚杆/锚索杆体的半径，mm；r2为树脂锚固剂药卷的半径，mm。

计算可得，顺槽顶板锚杆所需的锚固长度为278 mm，锚索所需的锚固长度为971 mm，两帮锚杆所需的锚固长度为522 mm。

顺槽顶板锚杆、锚索所需锚固力为：

式中：Pm为锚杆锚固力，kN；r为钻孔半径，取14 mm；τ为树脂锚固剂与钻孔孔壁之间的粘结力，取3.69 MPa；l为锚杆/锚索锚固长度，顶板锚杆为278 mm，两帮锚杆为522 mm，锚索为971 mm。

计算可得，顶板锚杆所需的锚固力为90 kN，两帮锚杆所需的锚固力为170 kN，锚索所需的锚固力为315 kN。

6204 回风顺槽支护断面如图1。

图1 支护断面图（mm）

3 顶板离层监测

3.1 监测方法

通过在6204 回风顺槽安装DL-Ⅱ型平行式顶板离层指示仪，实现对回风顺槽顶板离层的监测。在巷道掘进过程中，顶板离层仪每间隔50 m 紧跟6204 回风顺槽掘进头安装，并布置在巷道顶板中部，深基点与浅基点的设定的初始读数范围为0～10 mm。巷道顶板离层的监测能够直观地了解巷道深部的围岩变形情况，为验证巷道支护方案的合理性提供依据。

3.2 监测结果

2021 年10 月开始对6204 回风顺槽的顶板离层进行监测，取1#测站、5#测站与9#测站内的顶底板离层量进行统计和分析，如图2、图3。1#测站在巷道顶板岩层深度0～11 m 的范围内，累计离层量为25 mm。在0～2 m 深度内的顶板岩层中，离层量为12 mm；在2～5 m 深度内的顶板岩层中，离层量为5.4 mm；在5～8 m 深度内的顶板岩层中，离层量为4.6 mm；在8～11 m 深度内的顶板岩层中，离层量为3 mm。5#测站在巷道顶板岩层深度0～11 m的范围内，累计离层量为20 mm。在0～2 m 深度内的顶板岩层中，离层量为9.6 mm；在2～5 m 深度内的顶板岩层中，离层量为4.6 mm；在5～8 m 深度内的顶板岩层中，离层量为3.8 mm；在8～11 m 深度内的顶板岩层中，离层量为2.0 mm。9#测站在巷道顶板岩层深度0～11 m 的范围内，累计离层量为23 mm。在0～2 m 深度内的顶板岩层中，离层量为10.8 mm；在2～5 m 深度内的顶板岩层中，离层量为5.6 mm；在5～8 m 深度内的顶板岩层中，离层量为4.4 mm；在8～11 m 深度内的顶板岩层中，离层量为2.2 mm。

图2 各测站顺槽顶板累计离层量

由图2、图3 可知，随着顺槽的不断掘进，不同顺槽顶板深度内的离层量不断增大，但是在距离掘进头100 m 以后，不同深度范围内的顺槽顶板的离层量基本趋于稳定，且各测站所监测的顺槽顶板离层总量也趋于稳定。由此可知，巷道围岩基本得到了有效控制，且巷道顶板变形约为20～25 mm，巷道围岩变形量较小，进而验证了顶板锚杆和锚索与两帮锚杆的锚固力与锚固长度的合理性。

图3 各测站顺槽顶板离层量现场监测

4 结论

以容大煤业6204 回风顺槽为研究对象，通过理论分析与顶板离层现场监测，确定了6204 回风顺槽顶板锚杆与锚索和两帮锚杆所需的锚固力和锚固长度，验证了顺槽支护方案的合理性。主要得到如下结论：

（1）6204 回风顺槽选用锚杆、锚索联合支护方式，顺槽顶板锚杆、两帮锚杆及顶板锚索所需要的锚固力分别为90 kN、170 kN 和315 kN，锚固长度分别为278 mm、522 mm 和971 mm。

（2）随着顺槽的不断掘进，顺槽顶板离层量不断增大，并在距离掘进头100 m 范围后趋于稳定。

（3）1#测站、5#测站与9#测站的顶板离层量稳定在25 mm、20 mm 和23 mm，顺槽顶板离层量较小，支护效果良好。