8107综采工作面运输巷支护设计及验算.pdf

262020 年第 4 期 收稿日期 2019-11-03 作者简介 许文超（1990-），男，山西省左云县人，山西大同 大学采矿工程专业毕业，助理工程师。 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） 摘 要 以马脊梁煤矿 2107 运输巷地质数据为基础，设计了 2107 运输巷的锚杆、锚索、W 钢带压金属网联合支护方案， 支护验算结果表明该支护措施满足巷道生产安全的各项指标。支护实践结果表明该巷道断面无明显变形，围岩控制效果 较好。 关键词 巷道 支护 设计 验算 中图分类号 TD353 文献标识码 B doi10.3969/j.issn.1005-2801.2020.04.010 Support Design and Checking Calculation of Transportation Roadway in 8107 Fully Mechanized Face Xu Wen-chao Majiliang Mine, Datong Coal Mine Group Co., Ltd., Shanxi Datong 037027 Abstract Based on the geological data of the 2107 haulage roadway in Majiliang Coal Mine, the combined support scheme of anchor bolt, anchor cable and W steel belt pressing metal net is designed. The support checking calculation results show that the support measures meet the requirements of the production safety of the roadway. The results of support practice show that the roadway section has no obvious deation and the surrounding rock control effect is good. Key words roadway support design checking calculation 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 4.158.53m，平均 6.59m，结构复杂， 含 17 层夹矸，厚度 0.150.65m，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 H3.10m ∠ 51的正断层， 1934m 见一条 d200m ∠ 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 54003800mm，掘进断 面 20.52m2，净断面 18.72m2，施工长 2482m，累计 掘进工程量 50930.64m。 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 Ф20mm2400mm 的 左 旋 无 纵 筋螺纹钢锚杆，钻孔深度 2300mm。锚杆间排距 950mm1000mm，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。 150mm150mm10mm 的蝶形托盘。单层 4菱形 272020 年第 4 期 金属网，网格为 100mm100mm，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， 5100mm280mm3mm。 （2）锚索规格参数 锚索规格为 Ф21.8mm7300mm 预应力钢绞 线，每排 2 根。锚索间排距 1800mm3000mm，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。250mm250mm16mm 的钢托盘。 （3）角锚索参数 锚 索 规 格 为 Ф21.8mm6300mm 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 Ф18mm2000mm 左 旋 无 纵 筋 螺 纹 锚 杆， 钻 孔 深 度 1900mm。 左 帮 锚 杆 为 Ф20mm2000mm 玻 璃 钢 锚 杆， 钻 孔 深 度 1900mm。 锚 杆 间 排 距 1200mm1000mm， 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，450mm220mm4mm 的 W 型 钢 护 板， 110mm110mm10mm 的蝶形托盘。采用单层 4 菱形金属网，网格为 100mm100mm，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 LL1 L2 L3 （1） 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； L2bB/2f5.4/（22）5.4/41.35m （2） 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； LL1 L2 L30.11.350.62.05m。 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 根据材料力学计算锚杆直径为 2 4 t Pd π σ 由 PQ 得 1.13 t Q d σ （3） 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。 3 6 140 10 1.131.13 540 10 0.0182m18.2mm t Q d σ 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 2 Q a k Lγ （4） 式中 a- 杆体间距，m； Q- 锚杆锚固力，140kN； k- 安全系数，取 1.51.8； γ- 岩体容重，锚杆悬吊体为煤，取值 16kN/ m； L2- 杆体有效长度，取 2.3m。 2 140 1.45m 1.8 16 2.3 Q a k Lγ 计算锚杆间排距为 1.45m，实际选用间排距为 0.981.0m，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 LL1ΣhL2L3 （5） 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； 282020 年第 4 期 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。 LL1ΣhL2L30.253.81.20.165.41m 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 LnF2/[BHγ-2F1sinθ/L1] （6） 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。 L2504/[5.43.030-2140sin75/1.0] 4.67m 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 1.83.0m，符 合要求。 2.2.5 按组合梁原理验算 （1）顶锚杆长度 ll1 l 2 l 3 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 1 2 1 1.935 x k P lL ψ σσ （7） 式中 L- 巷道净宽度； k1- 安全系数，23； 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 0.60.8 倍，MPa； σx- 原岩水平应力，σxλγZ ，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。 1 2 1 3 33 1.935 2 16 10 1.935 5.4 0.70.6 0.88 1016 400 10 0.85m x k P lL ψ σσ l l1 l 2 l 30.10.850.61.55m 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 a ≤ 1 1 51.55m kP σ （8） 式中 m1- 最下面一层岩层厚度，m； k - 安全系数，取 810； P- 本层自重均布载荷，Pγ1m1，kN/m； γ1- 最下面一层岩层的容重，kN/m； σ1- 最下面一层岩层抗拉计算强度，可取试验 强度的 0.30.4 倍，MPa。 a ≤ 51.550.40.061.24m 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。 【参考书目】 ［1］ 连清飞 . 同煤集团四台矿 5213 巷道布置及支护设 计 [J]. 煤炭与化工，2018，41（02）67-6975. ［2］ 梁建民，杨战标 . 极近距离下位煤层巷道合理布 置与支护设计[J].煤炭工程， 2016， 48 （04） 9-12.