大断面15106 切眼巷道锚网联合支护技术实践

宋鸿波

（山西兰花科技创业股份有限公司望云煤矿分公司，山西 晋城 048400）

1 工程概况

山西兰花科技创业股份有限公司望云煤矿生产能力90 万t/a。15106 切眼位于井田一采区西翼，东接15106 回风顺槽掘进工作面，西部、北部、南部均为实体煤，设计掘进长度约180 m（平距），工作面沿15#煤层顶板掘进，煤层倾角约-2°，煤层厚度5.33 m，硬度系数f=1.0，裂隙发育。煤层直接顶板为K2 灰岩，平均厚度5.72 m，硬度系数f=8.9；直接底为铝土质泥岩，平均厚度7.15 m，硬度系数f=1.8。机头、机尾5 m 段（以工作面内帮为基准）及两端头为矩形断面，巷道宽10 m，高4.9 m，断面积49 m2；中间段巷道为矩形断面，巷道宽9 m，高4.9 m，断面积44.1 m2。

15106 切眼断面大、跨度大，以往采用常规29U 支架支护，支护强度较低，巷道损坏变形非常严重，切眼的套修量非常大，严重影响安装进度。

2 切眼支护技术方案

15106 切眼巷道采用锚网联合支护[1-6]。

2.1 两巷超前段起吊锚索布置

锚 索 规 格Φ17.8 mm×4300 mm，排 距2000～6000 mm，靠近帮部锚索距帮300 mm，用锚具配合300 mm×300 mm×16 mm 的钢托板和长250 mm 的14#槽钢梁进行固定。锚固方式为加长锚固，锚固剂型号MSCKa2335/MSZ2360，一支超快速，两支中速，锚固长度为1550 mm。

2.2 巷道支护技术方案

（1）顶锚索布置

锚 索 规 格Φ17.8 mm×6300 mm，间 距1500～2000 mm，排距2000 mm，采用“4-0-4”布置，用锚具配合300 mm×300 mm×16 mm 的钢托板和长250 mm 的14#槽钢梁进行固定。锚索使用一支MSCKa2335 和二支MSZ2360 树脂锚固剂锚固。

顶锚杆间距900～1000 mm，排距1000 mm，每排11 根，采用钢筋梁和托盘固定。钢筋梁为Φ14 mm 的圆钢焊接，规格60 mm×4900 mm；托盘为蝶形托盘，规格为120 mm×120 mm×8 mm。锚杆采用高强螺纹钢锚杆Φ20 mm×2100 mm，使用一支MSCKa2335 和一支MSZ2360 树脂锚固剂锚固。采用12#铁丝编制菱形金属网，孔径50 mm×50 mm，网 片5400 mm×1200 mm、4200 mm×1200 mm，搭接方式联网，搭接长度为200 mm，用14#铅丝双丝双扣，双排隔孔相联，扭结三圈以上。

（2）帮锚杆布置

锚杆间、排距均为1000 mm，巷道两帮及扩刷帮每排都是5 根。钢筋梁和托盘固定，钢筋梁为Φ14 mm 的圆钢焊接，规格60 mm×1400 mm；托盘为蝶形托盘，规格为120 mm×120 mm×8 mm。开采帮及扩刷帮为Φ20 mm×2100 mm 玻璃钢锚杆，非开采帮为Φ20 mm×2100 mm 螺纹钢锚杆。锚杆使用一支MSCKa2335和一支树脂锚固剂锚固。帮网：巷道两帮采用12#铁丝编制菱形金属网，孔径50 mm×50 mm，网片4900 mm×1200 mm；扩刷帮采用JD PET250×200MS 型柔性网，孔径40 mm×40 mm，网片4900 mm×5000 mm，采用搭接方式联网，搭接长度为200 mm，用14#铅丝双丝双扣，双排隔孔相联，扭结三圈以上。

3 采用计算法校核支护参数

3.1 巷道顶部锚固参数理论计算

3.1.1 顶板支护载荷集度

q={ ∑h+［Htan(45°-Φ/2）+b］/f}γ

=［1.6+（4.9×0.62+4.5）/8.2］×27=68 kPa （1）

式中：q为顶板支护载荷集度，kPa ；H为巷道高度，4.9 m；Φ 为煤岩体内摩擦角，26°；f为岩体普氏系数，8.20；b为巷道宽度的一半，4.5 m；γ为直接顶容重，27 kN/m3；h为直接顶损坏厚度，1.6 m。

3.1.2 顶板锚杆布置密度

n=K·K'·q/F=（1.2×1.1×68）/100=0.89 （2）

式中：n为顶板锚杆布置密度；q为载荷集度，61 kPa；K为安全系数，取1.2；K'为变形载荷系数，取1.1；F 为锚杆设计锚固力，取100 kN。

顶锚杆布置间、排距a：

根据巷道断面参数及实际经验，取顶锚杆间距为0.9～1 m，排距为1 m，每排11～12 根锚杆，靠近两帮的锚杆距离巷帮0.25～0.35 m。

3.1.3 锚杆长度的确定

顶板锚杆长度计算：

式中：l为顶板锚杆长度，m；l1为锚杆外露长度，取0.1 m；l2为锚杆有效长度，m；l3为锚杆锚固长度，m。因此，顶板锚杆长度确定为2.1 m。

3.1.4 锚杆直径的确定

根据顶板岩层条件，选取螺纹钢锚杆，该锚杆的屈服强度为335 MPa。锚杆直径为：

式中：Q为设计锚杆锚固力，100 kN；σt为锚杆屈服强度，335 MPa。因此，锚杆的直径选取为20 mm。

3.1.5 锚杆锚固剂的选取

药卷长度的计算：

式中：L药为树脂药卷总长度；R锚为锚杆半径，10 mm；R药为树脂药卷半径，11.5 mm；K为锚固剂损耗系数，取K=1.1～1.15，在此取1.13；R为钻孔半径，14 mm。

根据计算结果，应该选取树脂药卷MSCKa2335和MSZ2360 各一支。

综上理论分析可以初步得出，巷道顶板支护采用的锚杆型号为Φ20 mm×2100 mm 的左旋无纵筋螺纹钢锚杆，锚杆间排距为900 mm×1000 mm、1000 mm×1000 mm，锚杆使用一支MSCKa2335 和一支MSZ2360 树脂药卷。

3.2 帮部锚固参数理论计算

3.2.1 两帮所需要的锚固强度

其中：P为两帮所需要的锚固强度，kPa；q为两帮可承载锚固体所受载荷集度，计算为197.6 kPa；Φ 为两帮煤岩体内摩擦角，为26°。因此，两帮所需要的锚固强度为77.2 kPa。

3.2.2 锚杆布置密度

帮锚杆布置间、排距a：

根据巷道断面参数并结合实际经验，取帮锚杆间、排距均为1 m；两帮及扩刷帮每排各5 根锚杆，最上部锚杆距顶0.3 m，最下部锚杆距底0.6 m。

综上理论分析可以初步得出，若选用的锚杆设计锚固力为100 kN，则两帮及扩刷帮锚固参数可确定为：锚固强度77.2 kPa；巷道帮部采用Φ20 mm×2100 mm 的左旋无纵筋螺纹钢锚杆或Φ20 mm×2100 mm 玻璃钢锚杆，间、排距均为1000 mm；锚杆使用一支MSCKa2335 和一支MSZ2360树脂药卷。

4 效果分析

对15106 切眼掘进面进行矿压监测，主要有GWL150 矿用本安型位移传感器观测、十字测线位移观测、锚杆索测力计的监测。十字布线围岩观测的间距为50 m，顶板离层仪间距为50 m。共布设有5 个监测站，离层仪深部13.5 m 和浅部2.1 m 的顶板移近量最大值为5 mm；平均表面位移两帮最大值为10 mm，顶底最大值为0.2 mm；锚索测力计的最大读数为250 kN，锚杆测力计最大读数为98 kN。从监测数据可知，支架安装前，切眼断面维护较为理想，锚杆和锚索支护效果较好，能有效控制巷道围岩的变形量。