1.地面相对位置及四邻情况
3-5#层北盘区5102巷地面位于永煤公司矸石山西北处,地面标高1206m～1277m,对应地表为丘陵地貌,工作面基本不受地表水水患威胁,地面无建筑物。
5102巷井下位于3-5#层北部盘区,工作面标高771m～ 782m,南部为3-5#层北部盘区巷,东部为8103工作面(正采),西部未采。本掘进工作面周边无老空区,上覆为山4#层8103、8102、8101工作面(已采)和8#、9#、11#、14#层采空区。
2.支护参数设计
采用工程类比法,结合3-5#层其他已掘相邻巷道顶板支护情况分析,用锚杆锚索联合支护顶板效果良好,能有效地保证顶板的整体稳定,本巷道施工仍采用锚杆和锚索联合支护形式管理顶板。由于5102巷与8103工作面采空区相距36m保护煤柱,受应力的二次分布的动压影响,5102巷顶板锚索配合使用三眼JW锚索钢带,并每隔1.6m均布两架φ22-1x19-10300mm高强度钢绞线配套高强度拱型托盘300mm×300mm×16mm作为补强锚索支护;每隔1.6m在两侧帮分别布置两架φ22-1x19-4500mm帮锚索,配合2500mm×330mm×6mm两眼JW锚索钢带配套200mm×200mm×12mm托盘,对护帮进行补强支护。
(1)锚杆参数计算
①锚杆长度确定
通过公式计算,得出本巷道支护锚杆应不小于2.1m,对比相邻矿井同煤层及我矿同煤层已掘巷道支护经验,为提高支护安全系数经过工程类比法最终确定本巷道掘进支护锚杆长度为2.4m。
②锚杆直径计算(据《中国煤矿锚杆支护理论与实践》经验公式)
最终确定本巷道锚杆直径为22mm。
③顶锚杆间、排距计算(根据采矿工程设计手册(2003)表6-1-88)
从计算可知巷道锚杆间排距取值不大于0.96m即可,对比相邻矿井同煤层及我矿同煤层已掘巷道支护经验,同时结合施工巷道宽度,为提高支护安全系数最终确定本巷道顶板支护锚杆间距0.8m,排距0.8m。
④锚杆锚固形式
A.锚杆采用树脂药MSK-2335和MSZ-2360各一根(先上MSK-2335再上MSZ-2360)进行锚固。
B.锚杆锚固长度:通过计算得出锚杆锚固长度为1.2m。
(2)锚索参数设计
考虑到3-5#层地质条件复杂,本巷掘进过程中围岩裂隙较发育、弱面较多,为提高顶板支护可靠程度,利用锚索深层次悬吊加固原理以进一步提高顶板支护的安全系数。
①锚索长度确定
采用工程类比法,对比相邻矿井同煤层及我矿同煤层已掘巷道支护经验,结合本巷道顶板岩性及煤层厚度、密度,为提高支护安全系数最终确定本巷道顶板锚索长度为8.3m,直径为φ21.8mm。
②锚索间排距确定
根据地质钻孔柱状分析,直接顶无坚硬岩层。为防止巷道顶板岩层发生面积整体垮落,用φ21.8mm、L=8300mm的钢绞线,将锚杆加固的“组合梁”整体悬吊于上方坚硬的煤岩体中,校核锚索间距,冒落方式按最严重的冒落高度大于锚杆长度的整体冒落考虑。此时,靠顶板锚索发挥悬吊作用 (该巷无角锚杆、角锚索),在忽略岩体粘结力和内摩擦力的条件下,取垂直方向力的平衡,通过计算,锚索间排距1.6m小于4.71m。所选锚索间排距参数满足设计要求。
③锚索锚固长度计算
A.锚索采用一根MSK-2335和两根MSZ-2360树脂药(先上一根MSK-2335,再上两根MSZ-2360)进行锚固。
B.锚索锚固长度:通过计算得出锚索锚固长度为1.6m。
④锚索排数及锚固力设计的确定
采用工程类比法,对比相邻矿井同煤层及我矿同煤层已掘巷道支护经验,确定本巷道顶板支护锚索每1.6m布置3根,按排、间距1600mm×1600mm吊挂三眼JW锚索钢带,在施工过程中锚索预紧力应不小于120KN,锚索锚固力不小于400KN。
(3)三径匹配
依照GB/T35056-2018《煤矿巷道锚杆支护技术规范》规定,树脂锚固剂直径比钻孔直径小4～8mm、钻孔直径应比锚杆(锚索)杆体直径大6～10mm为宜。
本巷道支护锚杆(锚索)杆体直径取22mm(21.8mm),钻孔直径取30mm(施工钻头30mm),树脂药直径取23mm均较为合理,如表1。
(4)结论
通过上述关于锚杆及锚索的支护论证最终确定本巷道选用φ22mm×2400mm的螺纹钢锚杆及φ21.8mm×8300mm的锚索联合支护管理顶板。
3.支护方式
(1)5102巷永久支护
①采用锚杆及锚索联合支护形式做为永久支护。5102巷顶板支护选用φ22mm×2400mm金属螺纹钢锚杆,配合长×宽×厚=4400mm×280mm×4mm六个孔的W钢带和6000× 1100mm的金属菱形网和130mm×130mm×10mm拱形托盘联合支护,锚杆间距0.8m,排距0.8m;锚索选用φ22-1×19-8300mm高强度钢绞线,配合三眼3.8mJW锚索钢带配套300mm×300mm×16mm托盘,锚索间距1.6m,排距1.6m。
②补强锚索:5102巷顶板每隔1.6m施工两架φ22-1x19-
10300mm高强度钢绞线,配套高强度拱型托盘300mm×300mm× 16mm。每组两根补强锚索沿巷道中心线对称布置,间距1.6m,排距1.6m。
③巷道施工中当顶板破碎不平整无法使用整根钢带或锚索钢带时,可使用短节钢带(450mm×280mm×4mm单孔W型钢带)和短工字钢梁(1.0m长11#矿用工字钢)代替整钢带(整梁)支护,同时将锚杆支护间排距缩小为700mm×800mm。
同时加强对此段顶板的日常观察,如发现上述支护不能满足使用要求,需及时编制专项维护措施。
(2)5102巷巷帮支护
护帮采用φ22mm×2400mm螺纹钢锚杆配套450mm×280mm× 4mm短节钢带,固定金属菱形网孔径φ4mm×50mm×50mm,排、间距为800mm×900mm齐排布置,每排四根,最上一根距顶板0.3m、上仰15°,最下一根距底板0.8m,下俯20°,其余锚杆垂直于两帮布置。网采用长边顺巷方向布置,网与网短边搭接200mm,并用14#铅丝双丝双扣扭结牢固(扭结不少于三圈),连网要求每200mm一道,并将网片与煤帮贴紧,每根锚杆上一卷MSK2335和一卷MSZ2360树脂药卷。
帮锚索:5102巷每隔1.6米于两帮顶角往下300mm处和2300mm处分别搭一架φ22-1x19-4500mm锚索,配合2500mm×
330mm×6mm两眼JW锚索钢带(眼距2m)和200mm×200mm× 12mm托盘,帮锚索间距2m,排距1.6m。上面一根帮锚索上仰30°布置,下面一根下俯15°布置。
(3)
施工过程中如遇到顶板破碎、矿压显现剧烈等特殊情况本设计支护无法满足时,应及时制定相关措施加强支护。
(4)
若发现巷道离层、顶板压力大时,要及时在巷道周围补打锚杆、锚索进行加强支护,缩小锚杆的排间距为700mm×800mm,锚索排间距为1400mm×1400mm,若顶板仍继续下沉离层,要制定专项措施进行加强支护。
(5)
最大最小空顶距要求:永久支护紧跟工作面,每次割刀前,锚杆支护最小空顶距为0.4m;割刀后最大空顶距为1.3m。
顶板φ22-1x19-8300mm锚索支护距工作面迎头最大不超过2.6m。
补强锚索支护距工作面迎头最大不超过2.6m。
考虑施工环节影响,护帮滞后工作面迎头不超过6m,当班滞后护帮必须下个班补齐。当掘进遇到矿压显现明显等因素导致巷帮破碎时,护帮必须随掘随打,紧跟工作面。
(6)特殊情况要另行制定安全技术措施
①5102巷施工中部车场时,巷道断面扩大,要制定专项安全技术措施。
②5102巷反掘起始位置上覆山4#层8103工作面采空区,反掘至距皮带巷759m时出上覆山4#层8103工作面采空区,进入15.5m煤柱,反掘至距盘区皮带巷743.5m出煤柱,进入山4#层8102工作面采空区,反掘至距盘区皮带巷243m时出采空区。5102巷过上覆采空区保护煤柱期间,进入煤柱前20m至出煤柱后20m要加强支护、编写专项安全技术措施。
③5102巷过火成岩期间需要编制专项安全技术措施。
④5102巷过地质破碎带要编制专项安全技术措施。
4.结论
通过采取上述措施,5102巷地面在掘进过程中不仅降低了劳动强度,且减少了工作环节,为工作面封闭赢得了充足时间,保障了安全,达到了预期效果。
摘要：采用工程类比法,结合3-5#层其他已掘相邻巷道顶板支护情况分析,采用锚杆和锚索联合支护形式管理顶板,使支护设计更加合理,缩短了支护时间,保证了工作面在规定时间内封闭完毕。
关键词：支护,锚杆,设计
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