西铭矿42208工作面巷道顶板支护设计

发布时间：2022-10-05 10:03 热度：

　　刘星

　　(西山煤电股份有限公司西铭矿，山西太原030052)

　　摘要回采巷道合理支护参数的确定是保障工作面正常生产的重要因素。以西铭矿实际地质条件为背景，采用理论计算的方法，对现有支护方案进行优化设计，提高支护质量，降低支护成本，为相似条件下回采巷道的支护设计提供一定的借鉴价值。

　　关键词回采巷道;支护设计;参数优化;理论计算

　　中图分类号：TD327.2文献标志码：A文章编号：1009-0797(2018)04-0041-03

　　1引言

　　巷道支护质量是影响工作面安全生产的重要因素。在进行巷道支护设计时，一方面要考虑支护的整体效果，保障巷道围岩稳定，这是设计的基础;另一方面，也要考虑工作面开采的经济效益，尽可能节约支护成本。西铭矿是山西焦煤集团的骨干矿井，年生产能力为360万t，该矿现拟定开采42208工作面，矿井原巷道锚杆支护设计整体支护效果较好，围岩变形不大，但存在着局部锚杆过密，支护成本较大等问题。因此，本文通过理论计算，对工作面回采巷道的支护参数进行合理优化，节约开采成本，保障工作面生产的正常进行。

　　2工作面概况

　　42208工作面位于西十二采区左翼，主采2号煤层，煤层厚度为1.6~2.1m，平均1.8m，煤层倾角为1°~4°，平均3°，埋深约419m。工作面直接顶为1.9m厚的砂页岩互层，老顶为8m厚的细粒砂岩，直接底为2.62m厚的砂质泥岩，老底为2.76m厚的砂页岩互层。工作面回采巷道设计全长为671m，巷道断面为矩形，断面宽为4m，高为2.6m。

　　3现有支护方案

　　42208工作面尚未开采，矿方初步拟定选用邻近42211工作面皮带巷的支护设计，其支护方案如图1所示。顶板布置5根锚杆，采用左旋无纵肋螺纹钢锚杆，锚杆长2.2m，直径为20mm，间排距为850mm×1000mm;两帮各打2根锚杆，也采用左旋无纵肋螺纹钢锚杆，锚杆长1.8m，直径为20mm，间排距为1500mm×1400mm。锚索采用“二二”间隔布置，每排设计2根，锚索间排距为2200mm×2000mm，锚索直径为17.8mm，长度为5.4m。

　　4支护参数优化

　　4.1锚杆参数的确定

　　(1)锚杆长度。巷道顶板及两帮的锚杆长度可由下式表示：L=L1+L2+L3(1)式中：L为锚杆长度，m;L1为外露长度，取0.2m;

　　L2为有效长度，m;L3为锚固长度，顶锚杆取0.6m，帮锚杆取0.4m。

　　顶锚杆的有效长度即为顶板免压拱高度b，有

　　b=[B/2+Htan(45°-渍2](2)

　　式中:B为巷道宽度，取4m;H为巷道高度，取2.6m;φ为围岩内摩擦角，取40°;f为顶板普氏系数，取4。代入参数，得b=0.85m。因此顶锚杆长度应大于1.65m。

　　帮锚杆的有效长度即巷道围岩的破坏深度，有

　　C=Htan(45°-φ2)(3)

　　式中符号含义与前相同，代入数据，得C=1.21m。因此，帮锚杆长度应大于1.81m。

　　综合上述分析，为安全起见，顶锚杆和帮锚杆的锚杆长度均选用2m。

　　(2)锚杆直径。锚杆直径可用下式进行计算。

　　d=1.13Q姨滓t(4)

　　式中：d为锚杆直径，mm;Q为锚杆锚固力，取68kN;σt为锚杆抗拉强度，取500MPa。带入数据，得d=13.18mm。在实际中，应考虑一定的安全系数，因此，锚杆直径可选为20mm。

　　(3)锚杆间排距。锚杆的间距可由下式确定。

　　a1a2=Q/(KγL2)(5)

　　式中，a1、a2为锚杆间、排距，m;K为安全系数，取2;其余符号与前面相同。

　　对于顶锚杆，带入数据可得a1a2=1.6m2。为安全起见，可适当加密，综合考虑，顶锚杆间排距应为0.85m×1.1m。

　　对于帮锚杆，带入数据得a1a2=1.2m2。因此，帮锚杆间排距应为1.2m×1m。

　　4.2锚索参数的确定

　　(1)锚索长度。锚索长度可通过下式进行计算Ls=Lw+Lb+Lm(6)

　　式中：Ls为锚索长度，m;Lw为外露长度，取0.4m;Lb为不稳定岩层厚度，取2m;Lm为锚索锚固长度，取1.5m。计算可得Ls=3.9m。为安全起见，考虑一定安全系数，锚索长度可取为4.3m。

　　(2)锚索布置。锚索应布置在巷道中部，每2排锚杆之间垂直于顶板布置1根锚索，排距应为2.2m。

　　4.3确定支护方案

　　通过前面的计算，确定新的支护方案为：

　　(1)顶板支护：锚杆采用直径为20mm的左旋无纵筋螺纹钢筋，长度2m，间排距为0.85m×1.1m，每排5根，全部垂直于顶板布置;锚索采用直径为17.8mm的高强度低松弛预应力钢绞线，锚索长度选择4.3m，每2排锚杆之间布置1根锚索，排距为2.2m，垂直于顶板布置。

　　(2)两帮支护：锚杆采用直径为20mm的左旋无纵筋螺纹钢筋，长度2m，间排距为1.2m×1m，每帮每排布置2根锚杆，全部垂直于两帮布置。

　　5支护方案对比

　　新的支护方案综合考虑了理论计算结果和巷道实际情况，可以保障巷道围岩的稳定，下面主要从经济角度对比2个支护方案。表1、表2分别为每百米巷道支护成本统计结果。

　　6结论

　　根据西铭矿42208工作面实际地质情况，利用理论计算的方法对其回采巷道支护参数进行优化，得到以下结论：

　　(1)原有支护方案基本可以满足生产需要，但是存在着局部过密，支护不合理，成本较高等不足，需对其进行优化设计。

　　(2)利用理论计算，对巷道支护参数进行计算，综合考虑计算结果和安全因素，确定巷道支护参数。

　　(3)对2个方案结果进行经济效益比较，结果发现新的支护方案成本明显降低，支护系统更加合理，支护效果进一步提高，为工作面的安全、高效开采奠定了基础。

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