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[摘 要]本文以Ⅱ511总采切眼工作面为例，详细地介绍煤巷锚杆支护在大断面巷道中的设计及应用，以及对实际条件下所采取的施工安全技术措施。
[关键词]大断面 煤巷锚杆支护 技术措施
中图分类号：S758.5+5 文献标识码：S 文章编号：1009―914X（2013）25―0476―01
石台煤矿是一个年产煤120万吨的大型矿井，现5#煤层已成为主采煤层，该煤层结构简单。Ⅱ511总采工作面位于Ⅱ1采区，煤厚2.35～3.2m，平均2.5m，煤层倾角4～14°，平均8°，煤的坚固度系数f值为1.5左右。直接顶为浅灰色粉砂岩，中～细粒以石英为主，硅质胶结，坚硬，波状层理。，平均厚度5.2m；老顶为浅灰～灰白色细、粉砂岩，平均厚度4.8m。直接底为泥岩～浅灰色粉砂岩，平均厚度为11.2m；老底为灰白色一浅灰色细砂岩，平均厚度3.0m。该掘进工作面煤层赋存基本稳定，煤厚0.5～2.04m，平均1.1m。煤层走向112°～130°，倾向4°～13°，倾角4°～14°平均8°。自采用煤巷锚杆支护技术以来，通过摸索、实践、总结，已形成一整套适应各类条件的巷道施工经验，总采工作面巷道断面大，支护困难，通过大家共同努力，制定出“锚带网”配合锚索联合支护的施工方法，取得了较理想的支护效果。
1.巷道断面及支护方式的选择
根据工作面支架安装和安全生产要求，切眼整体跟顶施工。考虑机巷、风巷跟顶施工，所以切眼上、下口段破顶施工，一方面保证上口车场长度，另一方面保证巷道的安全使用。
根据支架安装要求，切眼断面为斜矩形：净宽7.6米，净高2.4米。
支护方式：顶板采用“锚带网”联合支护，切眼上、下口由于跨度大，采用“锚带网、锚索”联合支护，两帮采用“锚带塑网”支护。
2.支护参数的确定
2.1顶锚杆长度的确定
根据《中国煤矿巷道围岩控制》、《围岩松动圈分类法与设计建议》中所提供的经验类比法，Ⅱ511切眼顶板属于中等稳定的III类围岩，松动圈范围为600～1500mm，锚杆支护参数按悬吊理论进行计算：
L=L1+L2+L3
式中L――锚杆长度；
L1――锚杆外露长度；
L2――不稳定岩层的厚度，取1500mm；
L3――锚杆深入稳定岩层的长度，取500mm。
计算得L=2100mm，取锚杆长度为2200mm。
2.2锚杆间排距的确定
根据每根锚杆悬吊的岩石重量确定，即锚杆悬吊的岩石重量等于锚杆的锚固力。通常锚杆按等距排列，即a=b，则有：
a=
式中a，b――锚杆间、排距；
Q=锚固力，取100kN；
k――锚杆安全系数，一般为2～3，此取3；
y――岩石体积力，取25kN/m2；
L2――1500mm
计算得a=1000mm；
根据3#煤层及切眼顶板情况，取锚杆间排距为900*900mm。
2.3锚杆直径的确定
选用20MnSi高强螺纹钢锚杆，根据杆体承载力与锚固力等强度原则，锚杆直径D按下列公式计算：
D=
式中y――被悬吊岩石容重，取25kN/m3；
a，b――锚杆间排距，取900mm；
h――被悬吊岩层的厚度1500mm；
δ――锚杆屈服强度，取340MPa；
k――安全系数，取3。
计算得：D=18.5mm，取锚杆直径20mm。
为确保安全施工，顶板采用高强锚杆配树脂锚固剂加长锚固，锚固长度不小于1000mm，用K2535和Z2550各一卷，初锚力不小于150Nm，锚固力不小于80kN。
2.4加强支护
Ⅱ511切眼及上、下口断面大，受巷道高度限制，锚杆长度不能太大，因此锚杆的锚固范围较小，对锚固区外的围岩变形起不到良好的控制作用，很容易引起顶板锚固区外的煤体膨胀和离层，达到一定程度就会导致顶板大面积冒落，因此需要加强支护，目前常用小孔径预应力锚索加强支护，根据顶板围岩赋存条件，确定采用锚索加强支护，锚索长5.4m，直径17.8mm，每4排锚杆安装两套锚索，锚索布置在距切眼两帮1.2米处，每套锚索配树脂药卷K2535一支和Z2550两支，并且导硐与刷帮侧钢带、锚索交错布置，如图1所示。
钢钢
2.5帮锚杆支护方式的选择
由于帮锚杆要求锚固力60KN可以满足支护需要，所以采用Φ18*1800mm的等强锚杆，根据现场情况间距800mm，排距800mm，使用树脂锚固剂加长锚固，K2535和Z2550药卷各一支。另外附加轻型钢带、塑网联合支护，初锚力不小于200Nm，锚固力不小于60KN。
3.施工方法及安全技术措施
由于切眼跨度7.6m，采用“导硐、刷大”和“钻爆”施工方法，先施工宽4.0m的巷道，贯通后再刷大工作面侧至设计断面。
施工顺序：打眼放炮――临时支护――打顶部锚杆――铺金属网――安M型钢带――上锚杆托盘――拧紧螺母至规定扭矩。
帮锚杆施工顺序类似顶锚杆。
具体技术措施如下：
掏槽眼应布置在中下部，顶眼距离顶板不小于500mm，控制装药量爆破，尽量减少对顶板的震动破坏，风镐找至设计尺寸。
每次放炮的深度为900mm，放炮后及时支护，锚杆够一排打一排，减少顶板的暴露时间，充分发挥围岩的自稳能力。
严格按程序打眼、安装锚杆、网及钢带，打眼至设计深度，并且眼要直，不出现台阶，安装树脂药卷顺序不能颠倒，搅拌（15～20s）和等待（20～30s）时间要充分。
Φ20mm的锚杆配Φ25mm的树脂药卷和Φ28mm的钻头，实现锚杆钻孔、树脂药卷和锚杆的三径匹配，达到最佳锚固效果。
导硐为煤壁侧，刷大为老塘侧，合理安排刷大安装时间，尽可能减少顶板的下沉，有力于工作面的安装。
切眼刷大时，导硐侧架设一梁三柱的走向棚管理顶板，梁为2.6m的Π型钢梁，支柱为DZ25-30/100单体液压支柱。设专人管理走向棚，保证支柱正规有劲，观察顶板来压情况，及时给支柱补液，确保初撑力不小于90kN/颗。
巷道刷大只能放松动炮，减少对导硐侧巷道及顶板的破坏；刷大侧钢带、锚索与导硐侧钢带、锚索交错布置。
4.经济效益分析
⑴提高巷道支护质量，有利于安全生产
锚杆支护为主动支护，能有效地控制围岩的变形，变荷载为承载体，通过组合、悬吊、强化等作用来组合强化围岩；控制顶板下沉离层，巷道稳定性高，修复量小，有利于安全生产。
⑵降低劳动强度，改善作业环境
锚杆支护重量轻，易操作，运输量小，提高了机械化程度；尤其在切眼安装，操作简单，减少了回棚工序，增大了切眼的有效空间，保证了切眼快速安全安装。有利于工作面快速推进，实现高产高效。
[关键词]大断面 煤巷锚杆支护 技术措施
中图分类号：S758.5+5 文献标识码：S 文章编号：1009―914X（2013）25―0476―01
石台煤矿是一个年产煤120万吨的大型矿井，现5#煤层已成为主采煤层，该煤层结构简单。Ⅱ511总采工作面位于Ⅱ1采区，煤厚2.35～3.2m，平均2.5m，煤层倾角4～14°，平均8°，煤的坚固度系数f值为1.5左右。直接顶为浅灰色粉砂岩，中～细粒以石英为主，硅质胶结，坚硬，波状层理。，平均厚度5.2m；老顶为浅灰～灰白色细、粉砂岩，平均厚度4.8m。直接底为泥岩～浅灰色粉砂岩，平均厚度为11.2m；老底为灰白色一浅灰色细砂岩，平均厚度3.0m。该掘进工作面煤层赋存基本稳定，煤厚0.5～2.04m，平均1.1m。煤层走向112°～130°，倾向4°～13°，倾角4°～14°平均8°。自采用煤巷锚杆支护技术以来，通过摸索、实践、总结，已形成一整套适应各类条件的巷道施工经验，总采工作面巷道断面大，支护困难，通过大家共同努力，制定出“锚带网”配合锚索联合支护的施工方法，取得了较理想的支护效果。
1.巷道断面及支护方式的选择
根据工作面支架安装和安全生产要求，切眼整体跟顶施工。考虑机巷、风巷跟顶施工，所以切眼上、下口段破顶施工，一方面保证上口车场长度，另一方面保证巷道的安全使用。
根据支架安装要求，切眼断面为斜矩形：净宽7.6米，净高2.4米。
支护方式：顶板采用“锚带网”联合支护，切眼上、下口由于跨度大，采用“锚带网、锚索”联合支护，两帮采用“锚带塑网”支护。
2.支护参数的确定
2.1顶锚杆长度的确定
根据《中国煤矿巷道围岩控制》、《围岩松动圈分类法与设计建议》中所提供的经验类比法，Ⅱ511切眼顶板属于中等稳定的III类围岩，松动圈范围为600～1500mm，锚杆支护参数按悬吊理论进行计算：
L=L1+L2+L3
式中L――锚杆长度；
L1――锚杆外露长度；
L2――不稳定岩层的厚度，取1500mm；
L3――锚杆深入稳定岩层的长度，取500mm。
计算得L=2100mm，取锚杆长度为2200mm。
2.2锚杆间排距的确定
根据每根锚杆悬吊的岩石重量确定，即锚杆悬吊的岩石重量等于锚杆的锚固力。通常锚杆按等距排列，即a=b，则有：
a=
式中a，b――锚杆间、排距；
Q=锚固力，取100kN；
k――锚杆安全系数，一般为2～3，此取3；
y――岩石体积力，取25kN/m2；
L2――1500mm
计算得a=1000mm；
根据3#煤层及切眼顶板情况，取锚杆间排距为900*900mm。
2.3锚杆直径的确定
选用20MnSi高强螺纹钢锚杆，根据杆体承载力与锚固力等强度原则，锚杆直径D按下列公式计算：
D=
式中y――被悬吊岩石容重，取25kN/m3；
a，b――锚杆间排距，取900mm；
h――被悬吊岩层的厚度1500mm；
δ――锚杆屈服强度，取340MPa；
k――安全系数，取3。
计算得：D=18.5mm，取锚杆直径20mm。
为确保安全施工，顶板采用高强锚杆配树脂锚固剂加长锚固，锚固长度不小于1000mm，用K2535和Z2550各一卷，初锚力不小于150Nm，锚固力不小于80kN。
2.4加强支护
Ⅱ511切眼及上、下口断面大，受巷道高度限制，锚杆长度不能太大，因此锚杆的锚固范围较小，对锚固区外的围岩变形起不到良好的控制作用，很容易引起顶板锚固区外的煤体膨胀和离层，达到一定程度就会导致顶板大面积冒落，因此需要加强支护，目前常用小孔径预应力锚索加强支护，根据顶板围岩赋存条件，确定采用锚索加强支护，锚索长5.4m，直径17.8mm，每4排锚杆安装两套锚索，锚索布置在距切眼两帮1.2米处，每套锚索配树脂药卷K2535一支和Z2550两支，并且导硐与刷帮侧钢带、锚索交错布置，如图1所示。
钢钢
2.5帮锚杆支护方式的选择
由于帮锚杆要求锚固力60KN可以满足支护需要，所以采用Φ18*1800mm的等强锚杆，根据现场情况间距800mm，排距800mm，使用树脂锚固剂加长锚固，K2535和Z2550药卷各一支。另外附加轻型钢带、塑网联合支护，初锚力不小于200Nm，锚固力不小于60KN。
3.施工方法及安全技术措施
由于切眼跨度7.6m，采用“导硐、刷大”和“钻爆”施工方法，先施工宽4.0m的巷道，贯通后再刷大工作面侧至设计断面。
施工顺序：打眼放炮――临时支护――打顶部锚杆――铺金属网――安M型钢带――上锚杆托盘――拧紧螺母至规定扭矩。
帮锚杆施工顺序类似顶锚杆。
具体技术措施如下：
掏槽眼应布置在中下部，顶眼距离顶板不小于500mm，控制装药量爆破，尽量减少对顶板的震动破坏，风镐找至设计尺寸。
每次放炮的深度为900mm，放炮后及时支护，锚杆够一排打一排，减少顶板的暴露时间，充分发挥围岩的自稳能力。
严格按程序打眼、安装锚杆、网及钢带，打眼至设计深度，并且眼要直，不出现台阶，安装树脂药卷顺序不能颠倒，搅拌（15～20s）和等待（20～30s）时间要充分。
Φ20mm的锚杆配Φ25mm的树脂药卷和Φ28mm的钻头，实现锚杆钻孔、树脂药卷和锚杆的三径匹配，达到最佳锚固效果。
导硐为煤壁侧，刷大为老塘侧，合理安排刷大安装时间，尽可能减少顶板的下沉，有力于工作面的安装。
切眼刷大时，导硐侧架设一梁三柱的走向棚管理顶板，梁为2.6m的Π型钢梁，支柱为DZ25-30/100单体液压支柱。设专人管理走向棚，保证支柱正规有劲，观察顶板来压情况，及时给支柱补液，确保初撑力不小于90kN/颗。
巷道刷大只能放松动炮，减少对导硐侧巷道及顶板的破坏；刷大侧钢带、锚索与导硐侧钢带、锚索交错布置。
4.经济效益分析
⑴提高巷道支护质量，有利于安全生产
锚杆支护为主动支护，能有效地控制围岩的变形，变荷载为承载体，通过组合、悬吊、强化等作用来组合强化围岩；控制顶板下沉离层，巷道稳定性高，修复量小，有利于安全生产。
⑵降低劳动强度，改善作业环境
锚杆支护重量轻，易操作，运输量小，提高了机械化程度；尤其在切眼安装，操作简单，减少了回棚工序，增大了切眼的有效空间，保证了切眼快速安全安装。有利于工作面快速推进，实现高产高效。