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【摘 要】横河煤矿原设计支护形式采用工字钢棚，这种支护形式劳动强度大，支护速度慢，制约着劳动生产力的提高和安全状况的根本改善。为此，急需对3煤层顺槽巷道的支护形式进行改革。在充分调研的基础上，决定使用先进的锚+网+索支护技术。通过分析可以看出，该支护系统具有良好的经济效益与社会效益，在煤矿巷道的支护中有一定的推广价值。
【关键词】锚网支护；巷道顺槽；支护效果
1.概况
3煤平均厚9.12米，倾角8°～15°，黑色，以镜亮煤为主，局部夹暗煤，条带内生裂隙发育，结构简单，坚固性系数2～3；直接顶为泥岩，厚1.5米；老顶为粉砂岩，层厚7.0米，成分以石英为主。
2.根据3煤层的地质条件及巷道形式及尺寸，选定3煤回采顺槽巷道的支护形式为 “锚+网+索”支护
2.1两帮破坏围范的确定
顺槽沿煤层顶板掘进，巷道两帮的破坏范围C为：
（1）
式中：KC—采动应力集中系数，未受采动时取KC=1，受采动时取KC=2.0～2.5；γ—岩层平均容重，KN/m3；H—埋深；Bc—巷道挤压系数，一般取2.0～3.0；σm—煤体单向抗压强度，取10MPa；h—矩形巷道高度，2.6m；—煤体内摩擦角，取=40°。
（、σ、γ等参数的选取参照兖矿集团兴隆庄煤矿煤系地层的物理力学性质报告），将所有参数代入式（1）得：
从上面的计算可以知道，当3煤层抗压强度不超过10MPa时，两帮基本不会有什么破坏，两帮破坏范围为1.1m。
2.2顶板破坏高度的确定
顶板的破坏高度b可由下式确定： （2）
式中，—顶煤的普氏系数，=2，b—巷道的宽度，取3.5m。
把有关参数代入得：
3.支护参数的设计
3.1锚杆支护设计
3.1.1顶锚杆：按悬吊理论计算锚杆参数：
1）锚杆长度
根据上述计算，选取锚杆长度参数为：L=b+L1+L2
式中：b—顶煤破坏高度，m；L1—锚杆锚入稳定岩层的深度，一般按经验取0.6m；L2—锚杆在巷道中的外露长度，一般取0.05m；
则L=1.425+0.6+0.05=2.075m
取2.2m作为锚杆支护的最终长度。
2）锚杆间距、排距计算
按照顶板锚杆能够承担巷道断面内破坏区的全部作用力，考虑取破坏区内最大破坏高度所围成的矩形面积来计算，则沿走向每米所需的锚固力为：
（3）
式中：—顶煤的容重，取13.5KN/m3；K—安全系数；取K=3；α—巷道宽度。
将参数代入式（3）得：PT=3×3.5×13.5×1.425×1=205.5KN
若按顶板锚杆平均锚固力RT=50KN，则沿巷道断面方向锚杆数为：根
这样，通过上面的计算，当巷道宽度为3.5米时，巷道每个断面顶板布置5根锚杆。可取顶板锚杆间距0.75m，排距1.0m，如图1所示。
3.1.2帮锚杆：为了便于管理和施工，取帮锚杆的间排距与顶板锚杆的间排距相同，即间距0.75m，排距1.0m。
3.1.3锚固材料：（1）锚杆杆体为20mm单向左旋无纵筋螺纹钢，钻孔采用 27mm钻头进行钻孔；（2）树脂药卷直径为23mm，其中顶板每根锚杆采用2个K2350的药卷，锚固力达到70KN以上；两帮每根锚杆采用2个K2350的药卷，锚固力达到60KN以上。
3.2锚索设计
由于顶煤厚度大，超过锚杆的长度。当受到采动影响或长时流变变形后，破坏范围将扩大，一旦破坏范围进退过锚杆的长度，巷道将坍塌。因此，有必要增加预应力锚索。
3.2.1锚固参数：考虑到巷道断面尺寸、顶煤厚度及施工条件，选取锚固参数如下：
（1）锚索长度。考虑到锚索应能够深入到上部硬岩部分不小于1.0m，一般情况下，顶煤厚度为6.4m。考虑到外露部分100mm，则锚索长度总长度可取8m，并用长度3.5m的12#工字钢或槽钢梁将其联接在一起。对于煤层厚度加大的地段，应根据实际顶煤厚度相应增加锚索的长度。
（2）锚索间排距。取巷道顶煤厚度6.4m为锚索承担的锚固范围，K=1.5，a=3.5m代入式（3），有每米走向长度需要锚索锚固力为：=1.5×3.5×13.5×6.4×1=453.6KN
锚索选用破断力为260.7KN、低松驰1860的15.24mm的钢铰线，则断面布置的锚索根数n为：
根≈2根
可在巷道断面上布置2根锚索，间距2m，排距1.8m，如图2所示。
3.2.2锚固材料：每根锚索采用2个K2350、1个Z2350的树脂药卷锚固，每根锚索的预紧力必须达到100KN以上。在局部地质构造带、煤层变厚带等，应适当加长锚索、缩小锚索间排距、调整锚索的布置角度，以保锚索预紧力。
3.3辅助材料
金属网采用4mm冷拔钢丝制作，网格40×40mm菱形，网片规格1600×800mm，网片搭接长度100mm。
钢筋梯采用16mm，Q235碳素钢焊制，规格3500×60mm。
4.应注意的问题
（1）对于局部破碎地段，应当采用锚索、锚杆、网、喷、架棚联合支护；（2）加强锚杆的长时锚固力、巷道顶板离层、巷道围岩表面变形的监测；（3）钻孔前应根据设计要求确定孔位，锚杆孔间距误差不应超过100mm；（4）锚杆孔方向角偏差应控制在设计值的5°之内；（5）锚杆支设施工时要紧跟迎头，以便保证锚固效果；（6）金属网、钢筋梯应紧帖岩面，锚杆托盘应紧贴钢筋梯；（7）试验过程中若发现因设计支护密度过小而巷道难以维护时，应及时缩小锚杆、锚索的间排距，加大支护密度，确保安全生产。
5.支护经济效益分析
经过计算，如果3煤层回采道采用11#工字钢架棚支护，支护费用为679．18元/米。采用“锚+梯”支护后，其支护费用为159元/米，降低成本520.18元/米。锚网支护与架棚支护相比，掘进速度将提高到260～300米/月以上，单进水平提高30%～50％以上。锚网支护明显减少了掘进的辅助运输工作量，改善了巷道受力状况，有效防止了巷道掘进冒顶事故的发生，改善了巷道维护状况，简化了工作面端头的维护工序，去大量替棚工作量，为工作面的高产高效创造了十分有利的条件。
【关键词】锚网支护；巷道顺槽；支护效果
1.概况
3煤平均厚9.12米，倾角8°～15°，黑色，以镜亮煤为主，局部夹暗煤，条带内生裂隙发育，结构简单，坚固性系数2～3；直接顶为泥岩，厚1.5米；老顶为粉砂岩，层厚7.0米，成分以石英为主。
2.根据3煤层的地质条件及巷道形式及尺寸，选定3煤回采顺槽巷道的支护形式为 “锚+网+索”支护
2.1两帮破坏围范的确定
顺槽沿煤层顶板掘进，巷道两帮的破坏范围C为：
（1）
式中：KC—采动应力集中系数，未受采动时取KC=1，受采动时取KC=2.0～2.5；γ—岩层平均容重，KN/m3；H—埋深；Bc—巷道挤压系数，一般取2.0～3.0；σm—煤体单向抗压强度，取10MPa；h—矩形巷道高度，2.6m；—煤体内摩擦角，取=40°。
（、σ、γ等参数的选取参照兖矿集团兴隆庄煤矿煤系地层的物理力学性质报告），将所有参数代入式（1）得：
从上面的计算可以知道，当3煤层抗压强度不超过10MPa时，两帮基本不会有什么破坏，两帮破坏范围为1.1m。
2.2顶板破坏高度的确定
顶板的破坏高度b可由下式确定： （2）
式中，—顶煤的普氏系数，=2，b—巷道的宽度，取3.5m。
把有关参数代入得：
3.支护参数的设计
3.1锚杆支护设计
3.1.1顶锚杆：按悬吊理论计算锚杆参数：
1）锚杆长度
根据上述计算，选取锚杆长度参数为：L=b+L1+L2
式中：b—顶煤破坏高度，m；L1—锚杆锚入稳定岩层的深度，一般按经验取0.6m；L2—锚杆在巷道中的外露长度，一般取0.05m；
则L=1.425+0.6+0.05=2.075m
取2.2m作为锚杆支护的最终长度。
2）锚杆间距、排距计算
按照顶板锚杆能够承担巷道断面内破坏区的全部作用力，考虑取破坏区内最大破坏高度所围成的矩形面积来计算，则沿走向每米所需的锚固力为：
（3）
式中：—顶煤的容重，取13.5KN/m3；K—安全系数；取K=3；α—巷道宽度。
将参数代入式（3）得：PT=3×3.5×13.5×1.425×1=205.5KN
若按顶板锚杆平均锚固力RT=50KN，则沿巷道断面方向锚杆数为：根
这样，通过上面的计算，当巷道宽度为3.5米时，巷道每个断面顶板布置5根锚杆。可取顶板锚杆间距0.75m，排距1.0m，如图1所示。
3.1.2帮锚杆：为了便于管理和施工，取帮锚杆的间排距与顶板锚杆的间排距相同，即间距0.75m，排距1.0m。
3.1.3锚固材料：（1）锚杆杆体为20mm单向左旋无纵筋螺纹钢，钻孔采用 27mm钻头进行钻孔；（2）树脂药卷直径为23mm，其中顶板每根锚杆采用2个K2350的药卷，锚固力达到70KN以上；两帮每根锚杆采用2个K2350的药卷，锚固力达到60KN以上。
3.2锚索设计
由于顶煤厚度大，超过锚杆的长度。当受到采动影响或长时流变变形后，破坏范围将扩大，一旦破坏范围进退过锚杆的长度，巷道将坍塌。因此，有必要增加预应力锚索。
3.2.1锚固参数：考虑到巷道断面尺寸、顶煤厚度及施工条件，选取锚固参数如下：
（1）锚索长度。考虑到锚索应能够深入到上部硬岩部分不小于1.0m，一般情况下，顶煤厚度为6.4m。考虑到外露部分100mm，则锚索长度总长度可取8m，并用长度3.5m的12#工字钢或槽钢梁将其联接在一起。对于煤层厚度加大的地段，应根据实际顶煤厚度相应增加锚索的长度。
（2）锚索间排距。取巷道顶煤厚度6.4m为锚索承担的锚固范围，K=1.5，a=3.5m代入式（3），有每米走向长度需要锚索锚固力为：=1.5×3.5×13.5×6.4×1=453.6KN
锚索选用破断力为260.7KN、低松驰1860的15.24mm的钢铰线，则断面布置的锚索根数n为：
根≈2根
可在巷道断面上布置2根锚索，间距2m，排距1.8m，如图2所示。
3.2.2锚固材料：每根锚索采用2个K2350、1个Z2350的树脂药卷锚固，每根锚索的预紧力必须达到100KN以上。在局部地质构造带、煤层变厚带等，应适当加长锚索、缩小锚索间排距、调整锚索的布置角度，以保锚索预紧力。
3.3辅助材料
金属网采用4mm冷拔钢丝制作，网格40×40mm菱形，网片规格1600×800mm，网片搭接长度100mm。
钢筋梯采用16mm，Q235碳素钢焊制，规格3500×60mm。
4.应注意的问题
（1）对于局部破碎地段，应当采用锚索、锚杆、网、喷、架棚联合支护；（2）加强锚杆的长时锚固力、巷道顶板离层、巷道围岩表面变形的监测；（3）钻孔前应根据设计要求确定孔位，锚杆孔间距误差不应超过100mm；（4）锚杆孔方向角偏差应控制在设计值的5°之内；（5）锚杆支设施工时要紧跟迎头，以便保证锚固效果；（6）金属网、钢筋梯应紧帖岩面，锚杆托盘应紧贴钢筋梯；（7）试验过程中若发现因设计支护密度过小而巷道难以维护时，应及时缩小锚杆、锚索的间排距，加大支护密度，确保安全生产。
5.支护经济效益分析
经过计算，如果3煤层回采道采用11#工字钢架棚支护，支护费用为679．18元/米。采用“锚+梯”支护后，其支护费用为159元/米，降低成本520.18元/米。锚网支护与架棚支护相比，掘进速度将提高到260～300米/月以上，单进水平提高30%～50％以上。锚网支护明显减少了掘进的辅助运输工作量，改善了巷道受力状况，有效防止了巷道掘进冒顶事故的发生，改善了巷道维护状况，简化了工作面端头的维护工序，去大量替棚工作量，为工作面的高产高效创造了十分有利的条件。