48700 进风顺槽工作面支护技术研究

李小龙

（西山煤电股份有限公司西铭矿， 山西 太原 030052）

1 48700 进风顺槽工作面概况

井上位置：工作面地表位于娄烦滩进风井以北，随老母村西南，莲叶塔村西北，王家沟村以东。工作面地表有马矢山村（已搬迁）。工作面盖山厚度256～385 m，平均盖山厚度324 m。

井下位置：工作面井下位于北七采区右翼。北邻随老母断层，间距10～50 m；南邻北七右翼集中巷道；西部为实煤区；东邻48702 工作面，间距34 m。工作面上覆2 号煤、3 号煤均已回采，北部上覆2 号煤为小窑所采，2 号煤与8 号煤层间距86 m，3 号煤与8 号煤层间距73 m。

1.1 煤（岩）层赋存特征

8 号煤层顶底板情况如表1 所示。其普氏硬度如表2 所示。

表1 8 号煤层顶底板情况表

表2 巷道主要支护材料规格尺寸

表2 煤层顶底板普氏硬度

1.2 巷道断面设计

1.2.1 巷道宽度

巷道宽度计算公式如下：

式中：B 为巷道的宽度；Bb为系列车内移变的宽度，取1.3 m；Bc为皮带架子的宽度，取1.8 m；C1为皮带架子距巷道帮安全间隙，取0.5 m；C2为行人侧安全间隙（矿车与皮带的安全间隙），取1.0 m；C3为矿车距巷道帮安全间隙，取0.5 m；b 为巷道预计变形量，取0.2 m；d为两帮锚杆最大外露长度之和，取0.2 m。

将相关数值代入式（1）得B＝5.5 m。巷道宽度取5.8 m 可以满足运煤、运料的要求。

1.2.2 巷道高度

巷道高度计算公式如下：

式中：H 为巷道的高度；h设为支架运输的高度，取2.0 m；a 为起吊梁底部至巷道顶部高度，取1.2 m；S 为设备底部至巷道底部高度，取0.3 m。

将相关数值代入式（2）得H＝3.7 m。巷道高度取3.8 m 可以满足运料、安装要求。

进风顺槽为回采期间进风、运煤及运料的巷道，结合西铭矿工作面回采经验，选用矩形断面，宽度5.8m、高度3.8 m[1]。

2 支护设计

2.1 巷道支护

2.1.1 支护理论

本工作面根据悬吊原则理论支护参数。

2.1.2 进风顺槽沿石灰岩顶板支护计算

2.1.2.1 顶锚杆长度

顶锚杆长度计算公式如下：

式中：L 为锚杆全长，m；K 为安全系数，一般取2；h 为软弱岩层厚度（或普氏免压拱高），m；L1为锚杆锚入稳定岩层的深度，取1.0 m；L2为锚杆外露长度，一般取0.1 m。

利用普氏免压拱高理论确定h 软弱岩层厚度：

式中：f 为顶板岩层的普氏系数，取6；B 为巷道跨度，取5.6 m。

将相关数值代入式（3）、式（4）得：h=0.47 m，L=2.04 m。

根据以上计算得锚杆长度≥2.04 m，锚杆规格长度取2.2 m，符合要求。

2.1.2.2 顶锚杆直径

按杆体强度和锚固力相匹配的原则确定杆体直径，本矿锚杆采用MG335 螺纹钢锚杆，则其直径应满足：

式中：D 为锚杆杆体直径，mm；Q 为顶锚杆设计锚固力，取90 kN；σt为杆体抗拉强度（屈服强度），取335 MPa。

将相关数据代入式（5）得：D=18.41 mm。

根据以上计算，确定锚杆直径取20 mm，符合要求。

2.1.2.3 顶锚杆间排距

顶锚杆间排距计算公式如下：

式中：r 为锚杆间距，mm；D 为锚杆杆体直径，取20 mm；L'2为巷道顶板岩体破碎带高度，L'2=KH=0.94 m；γ 为岩体容重，页岩密度被悬吊岩石的密度，取25kN/m3；K 为安全系数，取1.6[2]。

将相关数据代入式（6）得：r=1 674 mm。

根据以上计算得顶锚杆间排距≤1 674 mm，顶锚杆间距取1 300 mm、排距取1 500 mm，符合要求。

2.1.2.4 帮锚杆参数的确定

式中：L 为锚杆全长，m；L1为锚杆锚入稳定岩层的深度，一般≥0.3 m，取0.5 m；L2为锚杆外露长度，一般为0.1 m；L3为煤帮破碎深度，m；H 为巷道掘进高度，取3.8 m；ω帮为两帮围岩的内摩擦角，取56°。

将相关数据代入式（7）、式（8）得L3=1.16m，L=1.76m。

根据以上计算得锚杆长度≥1.76 m，帮锚杆规格长度取1.8 m，符合要求。

2.1.2.5 帮锚杆直径

按杆体强度和锚固力相匹配的原则确定杆体直径，本矿锚杆采用MG335 螺纹钢锚杆，则其直径应满足式（5），此处Q 取50 kN，经过计算得帮锚杆直径D'=13.72 mm。

根据以上计算，确定帮锚杆直径取20mm，符合要求。

2.1.2.6 帮锚杆间、排距的确定（根据两帮侧压力确定）

式中：qc为两帮侧压力；rc为8 号煤的容重，取1.38 t/m2；H 为掘进巷道高度，取3.8 m；h0为锚杆锚入煤巷深度，取1.7 m；δc为两帮似内磨擦角，取56°。

将相关数值代入式（9）得qc=1.76 t/m。

通过以上计算及该矿锚杆使用的经验，进风顺槽帮锚杆间、排距确定为1.4 m×1.5 m，三排矩形布置。帮锚杆的设计锚固力为5 t/根，巷帮实际支护数量1.5 m 为3 根，实际支护强度为10 t/m＞1.76 t/m，能满足支护的要求。

2.2 锚索补强计算

2.2.1 锚索间排距

锚索补强支护中锚索的排距计算如下：

式中：L' 为锚索的排距；B' 为巷道最大冒落宽度，取4.8 m；H'为巷道最大冒落高度，取2.4 m；γ 为岩体的容重，取2.35 t/m3，取23.5 kN/m3；L'1为锚杆排距，取1.5 m；F1为锚杆设计锚固力，取70 kN；F2为单根锚索极限破断力规格Φ17.8 mm 锚索取355 kN；θ 为角锚杆与巷道的夹角，取75°；n 为锚杆排数，取2 排。

将数据代入式（10）得：L'=3.93 m。

该工作面锚索间排距3.0 m，单排矩形布置，满足支护要求。

2.2.2 锚索长度

锚索长度计算如下：

式中：l 为锚索总长度，m；l1为锚索的深入到较稳定岩层的锚固长度，一般1.5～2.0 m，取2 m；l2为潜在冒落高度，巷道顶板至庙沟灰岩的厚度，取2.7 m；l3为外露的长度，取0.25 m。

将相关数据代入式（11）得：l=4.95 m。

通过上述计算，结合西铭矿工作面支护经验，锚索取5.4 m，能够满足支护要求。

3 支护形式

48700 工作面采用沿8 号煤石灰岩顶板掘进方式。工作面顶板采用锚杆+六角编织金属网支护，矩型布置，间、排距1 300 mm、1 500 mm。两帮护帮采用锚杆+六角编织网+钢筋托架联合支护，帮锚杆矩形三排布置，间、排距1 400 mm、1 500 mm，上排距顶300 mm。具体参数如表3 所示。

4 结语

锚杆、锚索和金属网联合支护在回采结束后能够长期保持支护状态，提高回采工人的工作效率，减少支护成本，提高工作面断面的利用效率，增加煤矿企业收益，为矿井安全生产作出贡献。