多类型锚杆组合支护方式在倾斜煤层掘进巷道中的应用煤矿掘进吊顶打超前锚杆后支护

多类型锚杆组合支护方式在倾斜煤层掘进巷道中的应用煤矿掘进吊顶打超前锚杆后支护 摘 要：随着矿井开采深度的延深以及成熟综采技术的推广和应用，我矿现阶段使用的圆钢麻花式锚杆全断面支护方式从支护安全上已无法满足越来越复杂的地质条件，同时在综采回采时因锚杆卷入截割滚筒造成设备损伤及安全隐患等矛盾也日益突出。通过计算研究、现场实验和反复论证，在综采工作面准备巷道掘进支护时合理选用多类型的锚杆相结合的支护方式即能保证支护的合理、有效，同时降低对综采设备的损伤和危害，在确保安全的同时降低成本和设备损耗，为多类型锚杆组合支护方式在集团所属矿井掘进巷道支护中推广提供有力的技术保障和科学的依据。 关键词：多类型锚杆；倾斜煤层；掘进支护；应用推广 前言 一九三煤矿于1988年12月投产至今，矿井设计生产能力60万吨/年，实际核定生产能力81万吨/年，主要生产优质焦煤。现阶段矿井在开拓和掘进巷道顶、帮均使用圆钢麻花式锚杆进行永久支护，圆钢麻花式锚杆为矿区维修中心自制。为了在煤巷、半煤巷（统称煤巷，下同）中科学、规范、有效地进行锚杆支护，提高质量、保证安全，促进矿井煤巷锚杆支护技术的发展，通过仔细计算、现场实验和反复论证，最终选取了安全可行的多类型锚杆组合支护方式。 1 掘进巷道布置概况 以一九三煤矿炮掘的37123运输巷为例。此巷道位于矿井一采区西翼，巷道沿7号煤层顶板掘进。煤层厚度为1.82.2m，平均2.0m；煤层倾角1826，由西向东煤层倾角逐渐增大；煤层直接顶为含砾粗砂岩，平均厚度3.6m；老顶为粗砂岩，厚度8.3m左右；底板为粉砂岩，平均厚度2.7m。 7#煤层属中厚煤层，巷道设计断面为斜梯形，巷道掘进宽度3.7m，下帮高度2.0m，巷道净断面积为9.8m2。巷道两帮及下帮侧底板为煤体，容重1.35t/m3，巷道围岩为类，属非常稳定围岩，顶底板移量h 6；岩性完整性较好。 围岩性质及煤层特征：7#煤层系侏罗系八道湾组煤系地层中的可采煤层， 平均倾角为22，平均厚度2.0m。顶、底板岩性特征详见下表： 顶、底板岩性特征表 7号煤层直接顶板为粗砂岩，比重2.94g/cm3，天然容重2.85g/cm3，含水率3.06%，饱和状态下单向抗压强度37.2Mpa，天然状态下单向抗拉强度2.6Mpa，软化系数0.74；直接底板为粗砂岩，比重2.58g/cm3，天然容重2.42g/cm3，含水率6.20%，饱和状态下单向抗压强度4.1Mpa，天然状态下单向抗拉强度2.0Mpa，软化系数0.26。 2 选用锚杆支护参数计算 锚杆支护发挥加固拱作用和悬吊作用，使复合顶板内的各煤岩体与锚杆紧固形成一个所谓的组合梁，从而提高顶板岩层的抗弯强度，减少各岩层层面滑移、离层和冒落的机率，从而保证巷道的稳定性。 2.1 现阶段锚杆支护概况 37123运输巷现阶段巷道顶、帮均使用圆钢麻花式锚杆进行永久支护。通过计算确定：顶板每排四根锚杆，锚杆间排距为1.01.2m；上帮每排三根锚杆，间排距为1.01.2m；下帮每排两根锚杆，锚杆间排距为1.01.2m；均使用16mm长度1.6m的圆钢麻花式金属锚杆。锚杆支护距迎头最小距离0.3m，最大距离2.7m。 2.2 锚杆长度选型计算 （1）按巷道跨度及围岩影响进行计算：L= N（1.1+n/10)=1.47（m） 式中：N-围岩影响系数，取1；n-为巷道跨度； （2）按悬吊原理进行计算：L+1+220.5+0.6+0.11.7（m） 式中：L -锚杆长度，m；-为安全系数，一般取2；1-为锚杆锚入稳定岩层的深度，一般按经验取为0.6m；2-为锚杆在巷道中的外露长度，取0.1m；-易冒落岩层厚度或冒落拱高度，根据地质资料和37122运输巷掘进情况来看，局部冒落高度均在0.5m以下。 由计算可知，两帮选用18mm长度1.6m的树脂锚杆，顶部选用16mm长度1.8m的等强全螺纹金属锚杆满足锚杆长度的支护要求。 2.3 锚杆直径的确定 金属锚杆支护系列 锚杆直径根据经验公式：d=1/110L=1/1101.7=15.45（mm） 式中：L-锚杆长度，选取3.2-（2）计算值，mm 由计算可知，顶部锚杆直径取16mm，两帮锚杆直径取18mm。 2.4 锚杆间、排距的确定 2.4.1顶部锚杆间、排距的确定 16mm等强全螺纹金属锚杆：杆体抗拉力98KN，杆体螺纹承载力75KN，锚固力75KN，为75kg/mm2，岩石密度2850kg/m3。 每根锚杆悬吊岩石重量：1.8S2850=5130 即，S=75000/51309.8=1.49； 式中：S为每根锚杆支护面积=锚杆间距锚杆排距 锚杆采用矩形布置，取间排距为：1.21.2m，可以满足要求。 2.4.2两帮锚杆间、排距的确定 两帮锚杆支护选用18mm长度1.6m的树脂锚杆进行支护，间排距参数计算如下： 锚杆承载能力为：Q=45KN；P=NQ 根据煤帮跨落时，对锚杆载荷为P=DR 1.6S1.49.8103=21952S 式中：D-垮落体积=1.6S；S-每根锚杆支护面积；R-煤的比重1.4t/m3；N为安全系数取0.9。 S=NQ/1.6R=0.945000/21952=1.84m2 根据计算每根锚杆支护面积为1.84m2,间排距选择1.21.2m，可以满足要求。 3 锚杆支护方式的确定 本巷道永久支护：顶板采用18mm长度1.8m的等强全螺纹金属锚杆，两帮采用18mm长度1.6m的树脂锚杆配合金属网、钢带进行锚网梁