【摘要】三軟煤層指煤礦開采中遇到的軟的頂板巖層、主采煤層和煤層底板巖層，煤層裂隙發(fā)育構(gòu)造復(fù)雜，給掘進(jìn)巷道及安全生產(chǎn)管理帶來很大難度。本文通過工程實(shí)例介紹了三軟煤層支護(hù)特點(diǎn)，并探討了三軟煤層巷道錨桿技術(shù)的有效應(yīng)用。
1工程概況
蔚州礦業(yè)公司鄭溝灣礦鄭溝灣井位于河北省蔚縣礦區(qū)，井田面積2.6平方公里，煤層厚度為1.6—2.6米，平均厚度2.1米。礦井開拓方式為混合式單水平開拓，采用混合式通風(fēng)，采煤方法為走向長壁式全部跨落法。現(xiàn)礦井掘進(jìn)支護(hù)推廣使用錨桿支護(hù)。
2三軟煤層巷支護(hù)的特點(diǎn)
在“三軟”煤層巷道的錨桿支護(hù)中，充分利用錨桿支護(hù)對錨固區(qū)內(nèi)巖石的夾持和加筋作用有效的改善圍巖體的力學(xué)性能，提高巖體的內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦力和巖石的殘余強(qiáng)度，同時利用支護(hù)過程中頂板、兩幫、地板的變形相互聯(lián)系、相互影響的作用機(jī)理，通過錨桿支護(hù)把一定范圍的幫、頂巖石連接形成一種承載和抗變形結(jié)構(gòu)，以達(dá)到控制巷道底臌，減少巷道圍巖變形的目的。
3錨桿支護(hù)選擇
根據(jù)煤層回采工作面的巷道礦壓觀測結(jié)果，受采動影響時，工作面超前支撐壓力影響范圍為40米，壓力值10.33MPa，支撐壓力峰值在工作面前方15米左右，壓力值14.99MPa，側(cè)向支撐壓力值距煤幫3～5米，兩幫煤體擠壓破壞值0.6～0.9米。
4錨固方式的選擇
頂板完整，壓力不大時，采用端錨支護(hù)，設(shè)計(jì)錨固力≥60KN，桿體選用圓鋼或螺紋鋼。如果頂板較完整，壓力較大，采用全長錨固支護(hù)。當(dāng)頂板完整，穩(wěn)定性好，巷道壓力不大時，采用單體錨桿支護(hù)；如果頂板較完整，巷道壓力較大時，采用桁架鋼帶錨桿聯(lián)合支護(hù)。巷道幫錨桿采用樹脂錨桿支護(hù)。
5錨桿支護(hù)參數(shù)的選擇
本掘進(jìn)工作面掘?qū)?.8米，掘高2.5米；煤層偽頂為0.3～1.3米厚灰色頁巖，直接頂為3.0～5.0米灰色細(xì)砂巖與粉砂巖互層，故頂錨桿支護(hù)主要起懸吊作用，計(jì)算側(cè)壓采用自然平衡拱法作為錨桿支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)的理論模型。
6參數(shù)選定
6.1按普氏計(jì)算法計(jì)算側(cè)壓
煤頂板普氏系數(shù)f=4.5，8#煤容重γc=14.2kN/m3，單向抗壓強(qiáng)度δc=17.4MPa。壓力破壞角度Bc=arctg（δc/100）=arctg（17.4/100）=9.87°；自然平衡拱高b1=a1/f=0.76m；上部側(cè)壓Pa′=γcb1tg2（45°-Bc/2）=7.63kN/m2，下部側(cè)壓Pa"=γc（b1+H）tg2（45°-Bc/2）=31.74kN/m2，總側(cè)壓Pa=0.5γcH（2b1+H）tg2（45°-Bc/2）=47.25kN/m2；Pa的作用點(diǎn)相對于巷道底板的標(biāo)高X=（3b1+H）/（2b1+H）=0.96m。
6.2頂錨桿參數(shù)的計(jì)算
按懸吊作用計(jì)算錨桿長度為錨桿總長度L=L1+Kb1+L3，式中L1為錨桿在巷道中的外露長度取0.1m，K為安全系數(shù)取1.8，b為自然平衡拱高，L3為錨桿錨入穩(wěn)定巖層的深度，取0.3m，得L=1.77m。按桿體的抗拉強(qiáng)度等于錨桿設(shè)計(jì)錨固力的原則確定P拉=Q固=лd2δ拉，得d=。式中Q固為錨桿設(shè)計(jì)錨固力，Q固=60KN，δ拉為錨桿設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度，δA3=240Mpa，d==0.0178m，取d=18mm。錨桿間距要保證其約束強(qiáng)度盡可能均勻分布，考慮圍巖的完整性與作用角，據(jù)現(xiàn)場實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，錨桿間距應(yīng)不大于錨桿長度的一半，在每排邊上的錨桿與巷道兩幫的距離應(yīng)不大于錨桿支護(hù)間距的二分之一，頂板靠巷道兩幫的錨桿一般應(yīng)向外傾斜一定角度，保持錨桿錨固端伸入煤壁的水平投影長度≥200mm。錨桿間距a≤L/2=1.8/2=0.9m，取0.8m，每排錨桿（間距）根數(shù)2.8÷0.8=3.5取4根
6.3幫錨桿參數(shù)的選擇
幫錨桿長度的確定L幫=C+Z+LO，式中C為兩幫煤體非有效承載區(qū)寬度取0.8m；Z為幫錨桿伸入非有效承載區(qū)之外的額外錨固深度取0.5m；LO為幫錨桿外露長度取0.15m；L幫=0.8+0.5+0.15=1.45m。幫錨桿間距D=NH/（LKPa）=1.0m，式中N為設(shè)計(jì)錨桿錨固力≥30KN。K為安全系數(shù)取1.2，L為幫錨桿伸入煤壁的長度1.45-0.15=1.3m，Pa為總側(cè)壓Pa=47.25KN/m2。
7煤巷錨桿支護(hù)施工技術(shù)措施
7.1頂板支護(hù)
錨桿支護(hù)巷道落煤（巖）后，應(yīng)及時進(jìn)行頂板支護(hù)。若兩幫煤體穩(wěn)定，幫錨桿施工可適當(dāng)滯后，滯后距離和最大空幫時間應(yīng)在作業(yè)規(guī)程、措施中明確規(guī)定。及時支護(hù)是錨桿支護(hù)工藝技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通常講的是露頭就錨。在循環(huán)進(jìn)度范圍內(nèi)暴露的頂板都必須先支護(hù)好，方可再進(jìn)行下一道工序的施工，及時加固頂幫，防止出現(xiàn)片幫掉頂，影響錨桿安裝質(zhì)量，減少頂幫松動離層和圍巖變形量；及時支護(hù)在生產(chǎn)現(xiàn)場落實(shí)難度較大，是現(xiàn)場控制的重點(diǎn)。特別是對于頂板、煤底、底板都松軟的“三軟”煤層，在巷道爆破后，待爆破的煤矸扒運(yùn)其中的一部分后，具備頂板支護(hù)條件，就要進(jìn)行支護(hù)。
7.2錨桿孔施工
頂板錨桿孔應(yīng)由外向掘進(jìn)工作面逐排順序施工，每排錨桿孔宜由中間向兩幫順序施工，可以對巷道中部變化較快的部位及時得到支護(hù)，同時避免由于鋼帶錨桿孔位置的積累誤差導(dǎo)致錨桿安裝的失敗?，F(xiàn)場應(yīng)杜絕采用一次性將所有鉆孔打好，再一次性安裝錨桿的方法施工。錨桿孔實(shí)際鉆孔角度相對設(shè)計(jì)角度的偏差應(yīng)不大于5°。錨桿孔的間排距誤差應(yīng)不超過100mm，錨桿孔深度誤差應(yīng)在0mm～30mm范圍內(nèi)。
8結(jié)語
通過對“三軟”煤層巷道支護(hù)的不斷探索，采用相應(yīng)的錨桿支護(hù)方法來滿足復(fù)雜地質(zhì)條件的支護(hù)要求，從而實(shí)現(xiàn)改善礦井作業(yè)環(huán)境，為煤炭安全生產(chǎn)打下良好基礎(chǔ)。
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