1工程概况

 

　　蔚州矿业公司郑沟湾矿郑沟湾井位于河北省蔚县矿区，井田面积2.6平方公里，煤层厚度为1.6—2.6米，平均厚度2.1米。矿井开拓方式为混合式单水平开拓，采用混合式通风，采煤方法为走向长壁式全部跨落法。现矿井掘进支护推广使用锚杆支护。

 

　　2三软煤层巷支护的特点

 

　　在“三软”煤层巷道的锚杆支护中，充分利用锚杆支护对锚固区内岩石的夹持和加筋作用有效的改善围岩体的力学性能，提高岩体的内聚力、内摩擦力和岩石的残余强度，同时利用支护过程中顶板、两帮、地板的变形相互联系、相互影响的作用机理，通过锚杆支护把一定范围的帮、顶岩石连接形成一种承载和抗变形结构，以达到控制巷道底臌，减少巷道围岩变形的目的。

 

　　3锚杆支护选择

 

　　根据煤层回采工作面的巷道矿压观测结果，受采动影响时，工作面超前支撑压力影响范围为40米，压力值10.33MPa，支撑压力峰值在工作面前方15米左右，压力值14.99MPa，侧向支撑压力值距煤帮3～5米，两帮煤体挤压破坏值0.6～0.9米。

 

　　4锚固方式的选择

 

　　顶板完整，压力不大时，采用端锚支护，设计锚固力≥60KN，杆体选用圆钢或螺纹钢。如果顶板较完整，压力较大，采用全长锚固支护。当顶板完整，稳定性好，巷道压力不大时，采用单体锚杆支护；如果顶板较完整，巷道压力较大时，采用桁架钢带锚杆联合支护。巷道帮锚杆采用树脂锚杆支护。

 

　　5锚杆支护参数的选择

 

　　本掘进工作面掘宽2.8米，掘高2.5米；煤层伪顶为0.3～1.3米厚灰色页岩，直接顶为3.0～5.0米灰色细砂岩与粉砂岩互层，故顶锚杆支护主要起悬吊作用，计算侧压采用自然平衡拱法作为锚杆支护参数设计的理论模型。

 

　　6参数选定

 

　　6.1按普氏计算法计算侧压

 

　　煤顶板普氏系数f=4.5，8#煤容重γc=14.2kN/m3，单向抗压强度δc=17.4MPa。压力破坏角度Bc=arctg（δc/100）=arctg（17.4/100）=9.87°；自然平衡拱高b1=a1/f=0.76m；上部侧压Pa′=γcb1tg2（45°-Bc/2）=7.63kN/m2，下部侧压Pa"=γc（b1+H）tg2（45°-Bc/2）=31.74kN/m2，总侧压Pa=0.5γcH（2b1+H）tg2（45°-Bc/2）=47.25kN/m2；Pa的作用点相对于巷道底板的标高X=（3b1+H）/（2b1+H）=0.96m。

 

　　6.2顶锚杆参数的计算

 

　　按悬吊作用计算锚杆长度为锚杆总长度L=L1+Kb1+L3，式中L1为锚杆在巷道中的外露长度取0.1m，K为安全系数取1.8，b为自然平衡拱高，L3为锚杆锚入稳定岩层的深度，取0.3m，得L=1.77m。按杆体的抗拉强度等于锚杆设计锚固力的原则确定P拉=Q固=лd2δ拉，得d=。式中Q固为锚杆设计锚固力，Q固=60KN，δ拉为锚杆设计抗拉强度，δA3=240Mpa，d==0.0178m，取d=18mm。锚杆间距要保证其约束强度尽可能均匀分布，考虑围岩的完整性与作用角，据现场实践经验，锚杆间距应不大于锚杆长度的一半，在每排边上的锚杆与巷道两帮的距离应不大于锚杆支护间距的二分之一，顶板靠巷道两帮的锚杆一般应向外倾斜一定角度，保持锚杆锚固端伸入煤壁的水平投影长度≥200mm。锚杆间距a≤L/2=1.8/2=0.9m，取0.8m，每排锚杆（间距）根数2.8÷0.8=3.5取4根

 

　　6.3帮锚杆参数的选择

 

　　帮锚杆长度的确定L帮=C+Z+LO，式中C为两帮煤体非有效承载区宽度取0.8m；Z为帮锚杆伸入非有效承载区之外的额外锚固深度取0.5m；LO为帮锚杆外露长度取0.15m；L帮=0.8+0.5+0.15=1.45m。帮锚杆间距D=NH/（LKPa）=1.0m，式中N为设计锚杆锚固力≥30KN。K为安全系数取1.2，L为帮锚杆伸入煤壁的长度1.45-0.15=1.3m，Pa为总侧压Pa=47.25KN/m2。

 

　　7煤巷锚杆支护施工技术措施

 

　　7.1顶板支护

 

　　锚杆支护巷道落煤（岩）后，应及时进行顶板支护。若两帮煤体稳定，帮锚杆施工可适当滞后，滞后距离和最大空帮时间应在作业规程、措施中明确规定。及时支护是锚杆支护工艺技术的关键环节，通常讲的是露头就锚。在循环进度范围内暴露的顶板都必须先支护好，方可再进行下一道工序的施工，及时加固顶帮，防止出现片帮掉顶，影响锚杆安装质量，减少顶帮松动离层和围岩变形量；及时支护在生产现场落实难度较大，是现场控制的重点。特别是对于顶板、煤底、底板都松软的“三软”煤层，在巷道爆破后，待爆破的煤矸扒运其中的一部分后，具备顶板支护条件，就要进行支护。

 

　　7.2锚杆孔施工

 

　　顶板锚杆孔应由外向掘进工作面逐排顺序施工，每排锚杆孔宜由中间向两帮顺序施工，可以对巷道中部变化较快的部位及时得到支护，同时避免由于钢带锚杆孔位置的积累误差导致锚杆安装的失败。现场应杜绝采用一次性将所有钻孔打好，再一次性安装锚杆的方法施工。锚杆孔实际钻孔角度相对设计角度的偏差应不大于5°。锚杆孔的间排距误差应不超过100mm，锚杆孔深度误差应在0mm～30mm范围内。

 

 

　　通过对“三软”煤层巷道支护的不断探索，采用相应的锚杆支护方法来满足复杂地质条件的支护要求，从而实现改善矿井作业环境，为煤炭安全生产打下良好基础。