48700 进风顺槽工作面支护技术研究

2024-01-04 11:54李小龙
机械管理开发 2023年11期
关键词:杆体锚索锚杆

李小龙

(西山煤电股份有限公司西铭矿, 山西 太原 030052)

1 48700 进风顺槽工作面概况

井上位置:工作面地表位于娄烦滩进风井以北,随老母村西南,莲叶塔村西北,王家沟村以东。工作面地表有马矢山村(已搬迁)。工作面盖山厚度256~385 m,平均盖山厚度324 m。

井下位置:工作面井下位于北七采区右翼。北邻随老母断层,间距10~50 m;南邻北七右翼集中巷道;西部为实煤区;东邻48702 工作面,间距34 m。工作面上覆2 号煤、3 号煤均已回采,北部上覆2 号煤为小窑所采,2 号煤与8 号煤层间距86 m,3 号煤与8 号煤层间距73 m。

1.1 煤(岩)层赋存特征

8 号煤层顶底板情况如表1 所示。其普氏硬度如表2 所示。

表1 8 号煤层顶底板情况表

表2 巷道主要支护材料规格尺寸

表2 煤层顶底板普氏硬度

1.2 巷道断面设计

1.2.1 巷道宽度

巷道宽度计算公式如下:

式中:B 为巷道的宽度;Bb为系列车内移变的宽度,取1.3 m;Bc为皮带架子的宽度,取1.8 m;C1为皮带架子距巷道帮安全间隙,取0.5 m;C2为行人侧安全间隙(矿车与皮带的安全间隙),取1.0 m;C3为矿车距巷道帮安全间隙,取0.5 m;b 为巷道预计变形量,取0.2 m;d为两帮锚杆最大外露长度之和,取0.2 m。

将相关数值代入式(1)得B=5.5 m。巷道宽度取5.8 m 可以满足运煤、运料的要求。

1.2.2 巷道高度

巷道高度计算公式如下:

式中:H 为巷道的高度;h设为支架运输的高度,取2.0 m;a 为起吊梁底部至巷道顶部高度,取1.2 m;S 为设备底部至巷道底部高度,取0.3 m。

将相关数值代入式(2)得H=3.7 m。巷道高度取3.8 m 可以满足运料、安装要求。

进风顺槽为回采期间进风、运煤及运料的巷道,结合西铭矿工作面回采经验,选用矩形断面,宽度5.8m、高度3.8 m[1]。

2 支护设计

2.1 巷道支护

2.1.1 支护理论

本工作面根据悬吊原则理论支护参数。

2.1.2 进风顺槽沿石灰岩顶板支护计算

2.1.2.1 顶锚杆长度

顶锚杆长度计算公式如下:

式中:L 为锚杆全长,m;K 为安全系数,一般取2;h 为软弱岩层厚度(或普氏免压拱高),m;L1为锚杆锚入稳定岩层的深度,取1.0 m;L2为锚杆外露长度,一般取0.1 m。

利用普氏免压拱高理论确定h 软弱岩层厚度:

式中:f 为顶板岩层的普氏系数,取6;B 为巷道跨度,取5.6 m。

将相关数值代入式(3)、式(4)得:h=0.47 m,L=2.04 m。

根据以上计算得锚杆长度≥2.04 m,锚杆规格长度取2.2 m,符合要求。

2.1.2.2 顶锚杆直径

按杆体强度和锚固力相匹配的原则确定杆体直径,本矿锚杆采用MG335 螺纹钢锚杆,则其直径应满足:

式中:D 为锚杆杆体直径,mm;Q 为顶锚杆设计锚固力,取90 kN;σt为杆体抗拉强度(屈服强度),取335 MPa。

将相关数据代入式(5)得:D=18.41 mm。

根据以上计算,确定锚杆直径取20 mm,符合要求。

2.1.2.3 顶锚杆间排距

顶锚杆间排距计算公式如下:

式中:r 为锚杆间距,mm;D 为锚杆杆体直径,取20 mm;L'2为巷道顶板岩体破碎带高度,L'2=KH=0.94 m;γ 为岩体容重,页岩密度被悬吊岩石的密度,取25kN/m3;K 为安全系数,取1.6[2]。

将相关数据代入式(6)得:r=1 674 mm。

根据以上计算得顶锚杆间排距≤1 674 mm,顶锚杆间距取1 300 mm、排距取1 500 mm,符合要求。

2.1.2.4 帮锚杆参数的确定

式中:L 为锚杆全长,m;L1为锚杆锚入稳定岩层的深度,一般≥0.3 m,取0.5 m;L2为锚杆外露长度,一般为0.1 m;L3为煤帮破碎深度,m;H 为巷道掘进高度,取3.8 m;ω帮为两帮围岩的内摩擦角,取56°。

将相关数据代入式(7)、式(8)得L3=1.16m,L=1.76m。

根据以上计算得锚杆长度≥1.76 m,帮锚杆规格长度取1.8 m,符合要求。

2.1.2.5 帮锚杆直径

按杆体强度和锚固力相匹配的原则确定杆体直径,本矿锚杆采用MG335 螺纹钢锚杆,则其直径应满足式(5),此处Q 取50 kN,经过计算得帮锚杆直径D'=13.72 mm。

根据以上计算,确定帮锚杆直径取20mm,符合要求。

2.1.2.6 帮锚杆间、排距的确定(根据两帮侧压力确定)

式中:qc为两帮侧压力;rc为8 号煤的容重,取1.38 t/m2;H 为掘进巷道高度,取3.8 m;h0为锚杆锚入煤巷深度,取1.7 m;δc为两帮似内磨擦角,取56°。

将相关数值代入式(9)得qc=1.76 t/m。

通过以上计算及该矿锚杆使用的经验,进风顺槽帮锚杆间、排距确定为1.4 m×1.5 m,三排矩形布置。帮锚杆的设计锚固力为5 t/根,巷帮实际支护数量1.5 m 为3 根,实际支护强度为10 t/m>1.76 t/m,能满足支护的要求。

2.2 锚索补强计算

2.2.1 锚索间排距

锚索补强支护中锚索的排距计算如下:

式中:L' 为锚索的排距;B' 为巷道最大冒落宽度,取4.8 m;H'为巷道最大冒落高度,取2.4 m;γ 为岩体的容重,取2.35 t/m3,取23.5 kN/m3;L'1为锚杆排距,取1.5 m;F1为锚杆设计锚固力,取70 kN;F2为单根锚索极限破断力规格Φ17.8 mm 锚索取355 kN;θ 为角锚杆与巷道的夹角,取75°;n 为锚杆排数,取2 排。

将数据代入式(10)得:L'=3.93 m。

该工作面锚索间排距3.0 m,单排矩形布置,满足支护要求。

2.2.2 锚索长度

锚索长度计算如下:

式中:l 为锚索总长度,m;l1为锚索的深入到较稳定岩层的锚固长度,一般1.5~2.0 m,取2 m;l2为潜在冒落高度,巷道顶板至庙沟灰岩的厚度,取2.7 m;l3为外露的长度,取0.25 m。

将相关数据代入式(11)得:l=4.95 m。

通过上述计算,结合西铭矿工作面支护经验,锚索取5.4 m,能够满足支护要求。

3 支护形式

48700 工作面采用沿8 号煤石灰岩顶板掘进方式。工作面顶板采用锚杆+六角编织金属网支护,矩型布置,间、排距1 300 mm、1 500 mm。两帮护帮采用锚杆+六角编织网+钢筋托架联合支护,帮锚杆矩形三排布置,间、排距1 400 mm、1 500 mm,上排距顶300 mm。具体参数如表3 所示。

4 结语

锚杆、锚索和金属网联合支护在回采结束后能够长期保持支护状态,提高回采工人的工作效率,减少支护成本,提高工作面断面的利用效率,增加煤矿企业收益,为矿井安全生产作出贡献。

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