【摘要】針對北辰煤礦1021采煤工作面進(jìn)、回風(fēng)順槽的圍巖和地質(zhì)條件，設(shè)計(jì)了巷道錨桿、錨索支護(hù)參數(shù)。在整個(gè)回采期間，巷道支護(hù)狀態(tài)良好。錨桿、錨索支護(hù)與原工字鋼棚支護(hù)相比取得了較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。
引言
北辰煤礦長期以來工作面兩巷支護(hù)一直采用工字鋼棚支護(hù)，工作面生產(chǎn)準(zhǔn)備工作量大、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、運(yùn)輸量大、準(zhǔn)備時(shí)間長；對制約生產(chǎn)和接替。因此，改變巷道支護(hù)形式、提高礦井掘進(jìn)速度是緩解礦井接替緊張和提高經(jīng)濟(jì)效益的有效途徑。錨桿支護(hù)與工字鋼棚支護(hù)相比具有掘進(jìn)速度快、勞動(dòng)強(qiáng)度低、材料運(yùn)輸少的優(yōu)點(diǎn)，錨桿支護(hù)是主動(dòng)支護(hù)能有效防止頂板離層，改善巷道受力。
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1021工作面回采范圍內(nèi)10煤層總體呈單斜構(gòu)造形態(tài)，煤層走向N25°～55°E，傾向NW方向，煤層傾角22～45°，平均傾角38°。煤層厚度1.5～2.8米，平均2.0米。直接頂為泥巖至中砂巖f值4～5，厚度8.0～16.0，老頂為泥巖4.0～9.0米，f值4～5。工作面標(biāo)高為-100.9～-150米；走向長300米。
巷道設(shè)計(jì)沿煤層跟頂板掘進(jìn)，進(jìn)風(fēng)巷沿中線掘進(jìn)，回風(fēng)巷沿腰線掘進(jìn)。巷道斷面為矩形，巷道寬度為3.6m，高度2m
2巷道錨桿支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)
2.1支護(hù)方式選擇
錨桿支護(hù)的作用主要有懸吊作用、組合梁作用、加固拱作用和楔固作用等。
錨索的作用主要是將錨桿支護(hù)形成的次生承載層與圍巖的關(guān)鍵承載層相連，提高次生承載層的穩(wěn)定性。即使次生承載層發(fā)生斷裂、轉(zhuǎn)動(dòng)，也不致于失穩(wěn)而引起頂板垮落。同時(shí)，由于錨索可施加較大的預(yù)緊力，可擠緊巖層中的層理、節(jié)理、裂隙等不連續(xù)面，增加不連續(xù)面之間的摩擦力，從而提高圍巖的整體強(qiáng)度。
如果只采用錨桿支護(hù)，由于巷道的跨度較大，在采動(dòng)影響下，可能會(huì)發(fā)生錨桿錨固范圍內(nèi)的巖體體離層、甚至塌落，導(dǎo)致冒頂事故的發(fā)生。因此，為保證生產(chǎn)安全，打錨索加強(qiáng)支護(hù)。
2.2錨桿支護(hù)參數(shù)確定
錨桿支護(hù)參數(shù)確定采用懸吊作用理論進(jìn)行。
（1）錨桿長度的確定
L=L1+L2+L3
式中L——錨桿長度，m；
L1——錨桿外露長度，m；
L2——錨桿有效長度，m；
L3——錨桿錨固長度，m。
?、馘^桿外露長度L1的確定
L1=墊板厚度+螺母厚度+（0.02～0.03）m
一般L1=0.15m。
②錨桿有效長度L2的確定
錨桿有效長度L2的確定方法有三種，一是采用聲波法測出巷道圍巖松動(dòng)圈范圍；二是采用巖層探測分析儀進(jìn)行測量；三是采用解釋法中普式自然平衡拱理論確定L2。
由于沒有測定巷道圍巖松動(dòng)圈，也沒有采用巖層探測儀進(jìn)行測量，因此，本項(xiàng)目采用解釋法中普式自然平衡拱理論確定L2。
巷道頂錨桿有效長度L2的確定：
由于實(shí)測煤的堅(jiān)固性系數(shù)為1.9，小于2，因此，采用下式確定L2：
L2=■■+Hctg45°+■
=■■+2ctg45°+■=1.39m
巷道幫錨桿有效長度L2的確定：
L2=■+■=■+■=1.2m
式中f——普氏系數(shù)；
B——巷道跨度，m；
H——巷道掘進(jìn)高度，m；
？準(zhǔn)——內(nèi)摩擦角，44.2（°）。
③錨桿錨固長度L3的確定
L3=0.3～0.4m
頂錨桿長度：L=L1+L2+L3=0.15+1.17+0.3=1.62m
取2m。
幫錨桿長度：L=L1+L2+L3=0.15+1.2+0.3=1.65m
取1.8m。
（2）錨桿間排距的確定
對錨桿支護(hù)巷道，考慮施工工藝通常取間排距相等，錨桿間排距D按下式計(jì)算：
D≤0.5L=0.5×2.5=1.25m
為安全起見，錨桿間排距確定為0.8m。
?。?）錨桿直徑的確定
頂錨桿：d=L/110=2/110=19mm
取20mm。
幫錨桿：d=L/110=18/110=16mm
取20mm。
?、苠^桿錨固力計(jì)算
錨桿錨固力可按下式計(jì)算：
Q=KL2D2r=3×1.9×0.82×1.2=4.3t
式中Q——錨桿錨固力，t；
K——錨桿安全系數(shù)，取2～3；
L2——錨桿有效長度，m；
r——視密度，t/m3。
?、蒎^桿角度
靠近巷幫的頂板錨桿安設(shè)角度與垂線成15°。
2.3錨桿的選擇
巷道錨桿選擇？準(zhǔn)=20mm、45Mn螺紋鋼錨桿。
Q=10.7t＜12.4t
錨桿錨固采用樹脂藥卷。
2.4錨索支護(hù)參數(shù)的確定
本項(xiàng)目采用7股？準(zhǔn)5mm的鋼絞線錨索。
表1錨索索體的力學(xué)性能
?。?）錨索長度的確定
X=X1+X2+X3
=0.3+3.6+1.7=5.6m
取6m。
式中X1——錨索外露長度，取0.3m；
X3——錨索錨固長度，取1.7m；
X2——潛在不穩(wěn)定巖層高度，取3.6m。
X2=B=3.6m。B為巷道跨度，m。
?。?）錨索排距
s=3σ/4B2γk
=3×260/（4×3.62×12.0×0.5）=2.5m
式中σ——每根錨索最低破斷載荷，260kN；
γ——煤巖體積力，12.0kN/m3；
B——巷道寬度，3.6m；
k——安全系數(shù)，取0.5；
由于巷道寬度為3.6m，因此，布置2排錨索，即錨索排數(shù)為2排，排距2m，布置在靠巷道中間位置 。
?。?）錨索間距
m=0.85B/n=（0.85×3.6）/2=1.53m
取1.5m。
式中n——排數(shù)；
B——巷道寬度，3.6m。
3結(jié)語
北辰煤礦1021采煤工作面進(jìn)、回風(fēng)巷采用錨桿支護(hù)，大大提高了掘進(jìn)速度，由原來的120米/月提高到200米/月。在整個(gè)回采過程中，錨桿支護(hù)有效控制了圍巖變形。所以錨桿支護(hù)是適合本礦煤巷的有效支護(hù)方式。
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