东一采区10-1102,巷工作面支护应用设计

成延军

（山西汾河焦煤股份有限公司回坡底煤矿，山西 临汾 031400）

10-1102 巷从10-1102 系统巷道开口对帮前3.1 m开口，开口后以60°46′方位沿10 号煤底板掘进1 676 m 到达10-110 切巷位置。10-110 切巷从10-1102 巷末端左帮开口，开口后以327°46′方位沿10 号煤底板掘进200.3 m 到达设计位置。10-1102巷服务于10-110 工作面回采时的回风、行人、设备运输之用。10-110 切巷服务于10-110 工作面回采及设备安装之用。10-1102 巷设计长度1 766 m，系统巷道90 m 已完成，剩余长度1 676 m。10-110 切巷设计长度200.3 m。10-1102 巷从巷道开始掘进服务至10-110 工作面回采结束[1]。

10-1102 巷及10-110 切巷：设计巷道沿10 号煤底板掘进，其中10 号煤层厚度2.55～2.79 m，平均厚度2.65 m。工作面位于东一采区右翼，南部为10-108工作面（未采），东部、北部为实体煤未布置工作面，西部为东一采区三条大巷。10-110 工作面东部、北部为实体煤未布置工作面，南部为10-108 工作面（未采），西部为东一采区三条大巷。10-1102 巷掘进期间主要受上覆顶板淋水、隐伏构造影响，掘进期间需加强顶板支护管理[2]。

10 号煤层厚度2.55～2.79 m，平均厚度2.65 m，含0～1 层不稳定夹矸，普氏硬度0.9～1.1。10 号煤层直接顶为泥岩，厚度2.10～2.40 m，平均厚度2.30 m，深灰色、块状分选型好、含薄膜状黄铁矿结构，普氏硬度4～6。泥岩以上9 号煤层厚度0.90～1.15 m，平均厚度1.0 m，黑色、半暗型煤，普氏硬度0.90～1.15。9号煤层直接顶K2 灰岩厚度8.82～9.92 m，平均厚度8.90 m，深灰色，厚层状、致密、坚硬、含大量植物化石，碎屑方解石脉，含水层，普氏硬度10～12。10 号煤层直接底粉砂岩厚度0.50～2.20 m，平均厚度1.80 m，灰白色，致密质脆，含黄铁矿及植物化石夹薄泥岩，普氏硬度为6～10。

10-1102 巷及10-110 切巷为回采巷道，服务年限较短，巷道采用锚网梁、锚索联合支护形式。

3.1 巷道支护设计

根据悬吊作用理论设计锚杆支护参数。

3.1.1 10-1102 巷顶锚杆长度

式中：L 为顶锚杆长度，m；
L1为顶锚杆外露长度，L1=垫片厚度（垫片厚0.035 mm+尼龙垫圈0.003 mm+调心球垫0.01 mm）+螺母厚度（0.032 mm）+外露长度（0.065 mm），一般取0.2 m；
L2为顶锚杆锚入稳定岩层深度，一般≥0.3 m，取0.6 m；
H 为软弱岩层厚度（冒落高度），m。

式中：B 为巷道跨度，取5 m；
f 为顶板岩层普氏系数，取4。

将相关参数代入式（2）得：H=0.63 m。考虑一定富裕系数，冒落高度按1.5 倍考虑，则H=0.95m。

因此，顶锚杆长度L=L1+H+L2=0.15+0.95+0.6=1.7 m，取2 m。

3.1.2 10-110 切巷顶锚杆长度

式中：L"为顶锚杆长度，m；
L1"为顶锚杆外露长度，L1"=垫片厚度（垫片厚0.035 mm+尼龙垫圈0.003 mm+调心球垫0.01 mm）+螺母厚度（0.032 mm）+外露长度（0.01～0.04 m），一般取0.12 m；
L2为顶锚杆锚入稳定岩层深度，一般≥0.3 m，取0.6 m；
H 为软弱岩层厚度（冒落高度），m。

式中：B" 为巷道跨度，取4.6 m；
f 为顶板岩层普氏系数，取4。

将相关参数代入式（4）得：H"=0.575 m。为预防顶板内部异常情况的发生，考虑一定的安全系数，故将冒落拱高度增加1.5 倍，取H 为0.86 m。因此顶锚杆长度L"=1.58 m，取2 m。

3.2 锚网梁、锚索联合支护的支护参数及支护材料

1）10-110 切巷顶锚杆“五五”布置，间排距1 050 mm、1 000 mm；
帮锚杆“三三”布置，老山侧间排距1 100 mm、1 000 mm，煤壁侧间排距1 100 mm、1 100 mm，肩窝帮锚杆距顶板300 mm，底角锚杆距底板500 mm。如图1 所示。锚索采用双排点锚索“二二”布置，锚索排距3 000 mm，锚索布置在两排锚杆中间，锚索间距1 800 mm，锚索距老山侧1 550 mm，距煤壁侧1 250 mm。10-110 切巷刷扩段顶锚杆与原支护顶锚杆成花型“三三”布置，间排距1 050 mm、1 000 mm。煤壁侧帮锚杆“三三”布置，间排距1 100 mm、1 100 mm，肩窝帮锚杆距顶300 mm，底角锚杆距底板500 mm。10-110 切巷刷扩后在刷扩侧顶板施工一排点锚索，与原锚索形成“三三”布置，排距3 000 mm，距煤壁侧1 550 mm。

图1 巷道断面图（单位：mm）

2）锚杆：顶锚杆选用Φ20 mm×2 000 mm 的左旋螺纹钢锚杆，选用CKb2340 型树脂锚固剂和Z2360型树脂锚固剂各一条（先安CKb2340 型树脂锚固剂后安Z2360 型树脂锚固剂），材质为左旋无纵筋螺纹钢筋专用锚杆钢材；
老山侧帮锚杆选用Φ20 mm×1 600 mm 的左旋螺纹钢锚杆，选用规格为Z2360 型树脂锚固剂一条。煤壁侧选用Φ20 mm×1 600 mm 的全螺纹式树脂锚杆体玻璃纤维增强塑料锚杆，选用规格为Z2360 型树脂锚固剂一条。

3）垫片：顶帮均选用规格为150 mm×150 mm×8 mm 的方形高强拱型托盘，配合高强托板调心球垫和1010 尼龙垫圈。煤壁侧帮锚杆选用全螺纹式树脂锚杆体玻璃纤维增强塑料锚杆配合配套托盘。如图2所示。

图2 锚索布置图（单位：mm）

4）菱形网：10-110 切巷及刷扩段顶部分别选用了4 600 mm×1 150 mm 和2 100 mm×1 150 mm 的菱形网，老山侧选用2 850 mm×1 150 mm 的菱形网；
煤壁侧选用2 800 mm×1 250 mm 的双向拉伸塑料网。

5）锚梁：10-110 切巷及刷扩段顶部分别选用Φ12 mm×80 mm×4 400 mm 的5 孔锚梁和Φ12 mm×80 mm×2 100 mm 的3 孔锚梁，材质为直径12 mm 的钢筋焊接而成。

6）钢护板：帮部选用BHW3 mm×280 mm×450 mm 钢护板，帮部取消锚梁。

7）锚索：Φ18.9 mm×5 200 mm 钢绞线（具体长度根据现场层位变化情况及时进行调整，保证锚索锚入稳定岩层不低于2 000 mm），材质为1×7 股预应力钢绞线。选用CKb2340 型树脂锚固剂和Z2360 型树脂锚固剂各两条（先安CKb2340 型树脂锚固剂后安Z2360 型树脂锚固剂），托板选用300 mm×300 mm×14 mm 方形高强拱型托盘，KM19 型锁具及配套调心球垫。

3.3 锚杆、锚索施工

顶锚杆施工工艺如下：施工够一个循环后→打开侧护板→升机载临时支护→敲帮问顶→验收巷道规格、画眼定位→降机载临时支护→将锚梁、金属网（菱形网）放在机载临时支护上→升机载临时支护→停机（闭锁并加盖护罩）→钻顶板中部锚杆孔→清孔→安装树脂锚固剂和锚杆→用锚杆钻机搅拌树脂锚固剂至规定时间→停止搅拌并等待90 s 左右→上W 钢护板托盘螺母并使用风动扳手拧紧螺母→从中向外依次安装其他顶锚杆→用声控扳手检查扭矩是否合格[3]。

帮锚杆施工工艺如下：敲帮问顶→画眼定位→钻孔、清孔、验孔→安装树脂锚固剂和锚杆→搅拌树脂锚固剂→等待90 s 左右铺金属网（菱形网）→安装W钢护板托盘螺母→使用风动扳手拧紧螺母→施工其他帮锚杆→用声控扳手检查扭矩是否合格[4]。

锚索施工工艺如下：敲帮问顶→画眼定位→钻孔→冲洗眼孔→验孔→充填锚固剂→插入钢绞线搅拌→上锚索托盘、锁具→张拉（使其压力表指针显示为200kN）。

10-1102 巷及10-110 切巷沿10 号煤底板掘进期间选用EBZ-200 综掘机施工。

1）掘进机本身总体长度、宽度和高度为10.6 m×3.6 m×1.8 m。掘进截割高度为2.6～5.1 m，截割宽度为3.3～6.5 m。该机适用于煤巷、半煤岩巷及全岩巷道掘进，最大切割断面可达32 m2，截割硬度不大于80 MPa，环境温度为0～30 ℃，坡度±18°。

2）EBZ-200 综掘机能实现连续截割、装载、运输作业。10-1102 巷及10-110 切巷采用EBZ-200 型综掘机全断面一次成巷(一次成巷后底板预留浮煤形成上下台阶，上台阶高2.3 m、下台阶高1.1（0.7）m，由巷道左手帮下部向右手帮进刀由浅入深，左右摆动，达到设计截割深度，然后由下而上“S”型截割，左、右两帮及顶、底板各预留200 mm 的保护层，最后由上而下刷帮、扫底、成型。

1）10-1102 巷锚索采用“二二”布置，布置2 根锚索时，间距3 300 mm，距两帮各1 050 mm，锚索排距3 000 mm。锚索支护密度为0.67 根/m，大于0.35 根/m，满足要求。

2）10-110切巷锚索“三三”布置，锚索排距取3 000 mm，间距1 650 mm，距煤壁侧1 050 mm，距老山侧1 050 mm，推算可知锚索支护密度N=3/3=1 根/m，满足要求。