【摘要】针对北辰煤矿1021采煤工作面进、回风顺槽的围岩和地质条件，设计了巷道锚杆、锚索支护参数。在整个回采期间，巷道支护状态良好。锚杆、锚索支护与原工字钢棚支护相比取得了较好的技术经济效果。
引言
北辰煤矿长期以来工作面两巷支护一直采用工字钢棚支护，工作面生产准备工作量大、工人劳动强度大、运输量大、准备时间长；对制约生产和接替。因此，改变巷道支护形式、提高矿井掘进速度是缓解矿井接替紧张和提高经济效益的有效途径。锚杆支护与工字钢棚支护相比具有掘进速度快、劳动强度低、材料运输少的优点，锚杆支护是主动支护能有效防止顶板离层，改善巷道受力。
１工作面概况
1021工作面回采范围内10煤层总体呈单斜构造形态，煤层走向N25°～55°E，倾向NW方向，煤层倾角22～45°，平均倾角38°。煤层厚度1.5～2.8米，平均2.0米。直接顶为泥岩至中砂岩f值4～5，厚度8.0～16.0，老顶为泥岩4.0～9.0米，f值4～5。工作面标高为-100.9～-150米；走向长300米。
巷道设计沿煤层跟顶板掘进，进风巷沿中线掘进，回风巷沿腰线掘进。巷道断面为矩形，巷道宽度为3.6m，高度2m
2巷道锚杆支护参数设计
2.1支护方式选择
锚杆支护的作用主要有悬吊作用、组合梁作用、加固拱作用和楔固作用等。
锚索的作用主要是将锚杆支护形成的次生承载层与围岩的关键承载层相连，提高次生承载层的稳定性。即使次生承载层发生断裂、转动，也不致于失稳而引起顶板垮落。同时，由于锚索可施加较大的预紧力，可挤紧岩层中的层理、节理、裂隙等不连续面，增加不连续面之间的摩擦力，从而提高围岩的整体强度。
如果只采用锚杆支护，由于巷道的跨度较大，在采动影响下，可能会发生锚杆锚固范围内的岩体体离层、甚至塌落，导致冒顶事故的发生。因此，为保证生产安全，打锚索加强支护。
2.2锚杆支护参数确定
锚杆支护参数确定采用悬吊作用理论进行。
（1）锚杆长度的确定
L=L1+L2+L3
式中L——锚杆长度，m；
L1——锚杆外露长度，m；
L2——锚杆有效长度，m；
L3——锚杆锚固长度，m。
①锚杆外露长度L1的确定
L1=垫板厚度+螺母厚度+（0.02～0.03）m
一般L1=0.15m。
②锚杆有效长度L2的确定
锚杆有效长度L2的确定方法有三种，一是采用声波法测出巷道围岩松动圈范围；二是采用岩层探测分析仪进行测量；三是采用解释法中普式自然平衡拱理论确定L2。
由于没有测定巷道围岩松动圈，也没有采用岩层探测仪进行测量，因此，本项目采用解释法中普式自然平衡拱理论确定L2。
巷道顶锚杆有效长度L2的确定：
由于实测煤的坚固性系数为1.9，小于2，因此，采用下式确定L2：
L2=■■+Hctg45°+■
=■■+2ctg45°+■=1.39m
巷道帮锚杆有效长度L2的确定：
L2=■+■=■+■=1.2m
式中f——普氏系数；
B——巷道跨度，m；
H——巷道掘进高度，m；
？准——内摩擦角，44.2（°）。
③锚杆锚固长度L3的确定
L3=0.3～0.4m
顶锚杆长度：L=L1+L2+L3=0.15+1.17+0.3=1.62m
取2m。
帮锚杆长度：L=L1+L2+L3=0.15+1.2+0.3=1.65m
取1.8m。
（2）锚杆间排距的确定
对锚杆支护巷道，考虑施工工艺通常取间排距相等，锚杆间排距D按下式计算：
D≤0.5L=0.5×2.5=1.25m
为安全起见，锚杆间排距确定为0.8m。
（3）锚杆直径的确定
顶锚杆：d=L/110=2/110=19mm
取20mm。
帮锚杆：d=L/110=18/110=16mm
取20mm。
④锚杆锚固力计算
锚杆锚固力可按下式计算：
Q=KL2D2r=3×1.9×0.82×1.2=4.3t
式中Q——锚杆锚固力，t；
K——锚杆安全系数，取2～3；
L2——锚杆有效长度，m；
r——视密度，t/m3。
⑤锚杆角度
靠近巷帮的顶板锚杆安设角度与垂线成15°。
2.3锚杆的选择
巷道锚杆选择？准=20mm、45Mn螺纹钢锚杆。
Q=10.7t＜12.4t
锚杆锚固采用树脂药卷。
2.4锚索支护参数的确定
本项目采用7股？准5mm的钢绞线锚索。
表1锚索索体的力学性能
（1）锚索长度的确定
X=X1+X2+X3
=0.3+3.6+1.7=5.6m
取6m。
式中X1——锚索外露长度，取0.3m；
X3——锚索锚固长度，取1.7m；
X2——潜在不稳定岩层高度，取3.6m。
X2=B=3.6m。B为巷道跨度，m。
（2）锚索排距
s=3σ/4B2γk
=3×260/（4×3.62×12.0×0.5）=2.5m
式中σ——每根锚索最低破断载荷，260kN；
γ——煤岩体积力，12.0kN/m3；
B——巷道宽度，3.6m；
k——安全系数，取0.5；
由于巷道宽度为3.6m，因此，布置2排锚索，即锚索排数为2排，排距2m，布置在靠巷道中间位置 。
（3）锚索间距
m=0.85B/n=（0.85×3.6）/2=1.53m
取1.5m。
式中n——排数；
B——巷道宽度，3.6m。
3结语
北辰煤矿1021采煤工作面进、回风巷采用锚杆支护，大大提高了掘进速度，由原来的120米/月提高到200米/月。在整个回采过程中，锚杆支护有效控制了围岩变形。所以锚杆支护是适合本矿煤巷的有效支护方式。
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