摘要：目前，錨桿、錨索支護已應用于國內外大部分煤礦，其變傳統(tǒng)被動支護為主動支護的理念，已經得到國內外相關專家與使用單位的認可。針對涼水井煤礦在以前巷道掘進過程中，對巷道支護設計僅僅是利用施工過的經驗來設計，存在設計不規(guī)范的問題，可能會導致支護強度達不到巷道支護的要求，發(fā)生頂板冒落事故。掘進一隊技術員根據煤巷錨桿、錨索支護參數確定的原則以及施工過的巷道支護經驗，然后進行井下監(jiān)測，根據監(jiān)測數據驗證、修改和完善了煤巷掘進支護設計，做到用數據和理論依據說話。
引言
3-1煤層除火燒區(qū)和風化帶以外，煤層及頂底板屬于較穩(wěn)定煤巖層，根據地質鉆孔資料預計，掘進一隊將施工的31101回風巷煤層頂板穩(wěn)定巖層厚度大于6m。
根據煤礦煤層的賦存條件及頂板巖石變化特點，結合巷道圍巖變形實際情況，巷道錨桿錨索支護的設計主要包括：首先對巷道圍巖進行綜合分析。選擇錨桿、錨索組合支護形式，以形成群錨效應維護巷道圍巖的穩(wěn)定。適當用網片和鋼梁加強強度及韌性，以形成高強錨固體系，并適應巷道圍巖的較大變形。確定合理的巷道斷面形狀，進行支護選型。綜合上述支護參數的設計結果、結合鉆孔窺視儀等設備所觀察到的圍巖結構情況和目前巷道支護效果進行分析，最終確定出合理的支護參數。
1支護材料以及支護參數確定
1.1錨桿支護參數的確定
1.1.1采用計算法校核支護參數
?、夙斿^桿通過懸吊作用，幫錨桿通過加固幫體作用達到支護效果的條件，應滿足：
L≥L1+L2+L3
式中L——錨桿總長度，mm；
L1——錨桿外露長度（鋼筋網厚度+托板厚度+螺母厚度+<20～30>mm，此處頂、幫錨桿均取100mm），mm；
L2——錨桿有效長度，mm；
L3——錨桿錨固長度（這里頂錨桿取800mm），mm。
錨桿有效長度L2的確定方法：一是采用聲波法測出巷道圍巖松動圈范圍；二是采用巖層探測分析儀進行測量；三是采用解釋法中普式自然平衡拱理論確定L2。
巷道頂錨桿L2的確定：
f≥3時，L2=B/2f
f≤2時，L2=■[■+Hcot（45°+■）]
巷道幫錨桿L2的確定：L2=■+■
式中B、H——巷道掘進跨度和高度，取B=5.2m，H=3.2m；
f——頂板巖石普氏系數，頂板為粉砂巖，取4.0；
φ——兩幫圍巖的似內摩擦角，φ=1/2arctan（f頂）=38°。
由于我礦4-2煤頂板為粉砂巖，巖石硬度系數取4，大于3，因此巷道頂錨桿L2=B/2f=5.2/（2×4）=0.65m
依據上述公式計算得出：頂錨桿長L頂≥1550mm。
所選頂錨桿長度L=2100mm，遠遠滿足驗算要求。
②按錨桿所能懸吊的重量校核錨桿的間、排距：每根錨桿懸吊巖體重量G=γL2a2，錨桿錨固力Q應能承擔G的重量。為安全起見，在考慮安全系數k，取k=2。
kG式中a——錨桿間、排距，m；
L2——有效長度，2.1m頂錨桿實際有效長度為1.2m；
γ——巖體的容重，取26.7kN/m3。
a<（Q/kγL2）1/2所選頂錨桿的錨固力Q≥85KN，計算得a<1.15m
通過以上計算，間、排距取800mm×800mm選擇合理，能滿足計算要求。
?、坼^桿直徑的確定。錨桿直徑d可根據桿體承載力與錨固力等強度原則確定，即：
d=35.52■
式中d——錨桿直徑，mm；
Q——錨固力，85KN；
σt——桿體材料抗拉強度，400MPa。
則d=16.37mm，故取錨桿直徑18mm符合要求。
通過以上計算，錨桿選取Φ18×2100mm二級螺紋鋼筋錨桿選擇合理，能滿足計算要求。
1.1.2采用工程類比法合理選擇支護參數。根據涼水井煤礦311盤區(qū)礦壓觀測資料和我礦以往同煤層采掘巷道的支護經驗，31101回風巷頂板采用Φ18×2100mmⅡ級螺紋鋼筋錨桿支護，錨桿排列方式每排七根，矩形布置，間、排距為800mm×800mm，每根錨桿使用一支MSCK2335和一支MSZK2360型樹脂藥卷；托盤采用規(guī)格為120mm×120mm×8mm的Q235鋼板；鋼筋網片采用Φ6mm鋼筋經調直后焊接而成，網片尺寸為2600mm×1000mm，網格規(guī)格100mm×100mm，相鄰兩片網搭接100mm，沿搭接長度每間隔300mm用14#鐵絲連接綁扎；鋼梁采用Φ14mm圓鋼加工而成，鋼梁長度5000mm，鋼梁排拒800mm；錨索長度6500mm，采用Φ15.24mm的鋼絞線加工而成，錨索托盤采用15mm的鋼板加工，規(guī)格為300mm×300m×15mm，每根錨索安裝兩支MSCK2335和一支MSZK2360型樹脂藥卷，錨索一、二菱形布置，間排距為2400mm×1600mm，詳見圖2。
1.2錨索支護參數的確定
?、馘^索長度的確定
X=X1+X2+X3
=250+5200+1030
=6480mm
式中X——錨索總長度，mm；
X1——錨索外露長度，取250mm；
X2——潛在不穩(wěn)定巖層高度，按最嚴重冒落高度即巷道跨度B，取5200mm；
X3—錨索錨固長度，經計算取1030mm。
所選錨索長度X=6500mm，滿足要求。
?、阱^索排距確定
S=3σ/4B2γk
=3×260/（4×5.2×2×26.7×0.5）
=1.4m
式中S——錨索排拒，m；
σ——錨索最低破斷載荷，260kN；
B——巷道寬度，5.2m；
γ——巖體的容重，取26.7kN/m3；
k——安全系數，取0.5。
由于巷道寬度為5.2m，因此，布置3排錨索，排距為1.2m，沿巷道中間菱形布置，具體見圖3。
?、坼^索間距確定
m=0.85B/n=0.85×5.2/3=1.5m
式中m——錨索間拒，m；
B——巷道寬度，5.2m；
n——排數，取3。
結合我礦井下實際生產經驗以及3-1煤頂板巖性情況，31101回風巷頂板采用φ15.24mm×6500mm的
鋼絞線錨索，布置3排，交叉菱形布置，間距1.6m，排距1.2m。
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