新景矿8128 综采面进风巷锚杆支护参数研究与试验

潘智虎

（山西新景矿煤业有限责任公司，山西 阳泉 045000）

我国煤矿以地下开采为主，需要掘进大量的巷道，每年长度已超过了2 万km，保证服务期内巷道的稳定是保证煤矿安全开采的关键因素之一[1-2]。针对地下巷道围岩控制问题，国内外专家技术人员进行了相关研究和试验，形成了悬吊、组合梁、压缩拱等理论，指导了巷道支护设计。大量工程实践表明了锚杆支护具有支护效果好、施工速度快、成本低的优点，广泛应用于煤矿巷道支护中[3-5]。本文以新景矿8128 综采面进风巷生产地质条件为工程背景，建立试验巷道锚杆预应力计算模型，分析不同支护参数对锚杆预应力分布影响规律，开发新景矿8128 综采面进风巷预应力锚杆支护技术与参数，并进行工业性试验。

1 工程概况

新景矿8128 综采面位于+525 m 水平8#煤北翼采区，工作面地面标高850～1042 m，工作面标高520～556 m，埋藏深度为336～506 m。工作面东侧、西侧分别为8127 工作面、8129 工作面，南与北翼采区大巷相连。工作面开采8#煤层，煤层平均厚度2.94 m，煤层结构为0.28（0.15）1.15（0.37）0.99，煤层倾角2°～10°，平均倾角6°。工作面老顶为厚度6.65 m 的灰白色中粒砂岩，硅质胶结；直接顶为厚度8.08 m 的黑色泥岩，常相变为砂质泥岩；直接底为厚度1.87 m 的灰黑色砂质泥岩。根据生产地质条件以及巷道服务需求，设计8128 综采面进风巷为矩形断面，掘进宽度5.2 m，掘进高度3.0 m。试验巷道采掘工程平面图如图1。

图1 试验巷道采掘工程平面图

2 支护参数对锚杆预应力分布影响规律分析

针对8128 综采面进风巷生产地质条件，采用FLAC3D数值模拟软件，建立巷道锚杆预应力数值计算模型，分析支护参数对锚杆预应力分布影响规律。

（1）锚杆预紧力

图2 给出了不同锚杆预紧力下预应力分布云图。可以看出：随着锚杆预紧力增加，锚杆形成的压应力范围和集中程度显著增加，当预紧力大于20 kN时，单个锚杆形成的压应力叠加形成压应力拱形结构，有利于巷道围岩控制，因此，确定试验巷道锚杆预紧力应不低于20 kN。

图2 不同锚杆预紧力下预应力分布云图

（2）锚杆长度

由图3 可知，锚杆长度增加，压应力范围增加，压应力集中程度减小，因此锚杆长度并非越长越好，确定试验巷道锚杆长度为2.0 m 为宜。

图3 不同锚杆长度下预应力分布云图

（3）锚杆密度

由图4 可知，锚杆密度较小时（间距较大），锚杆形成的压应力范围相对独立。随着锚杆密度的增加，形成的压应力出现叠加，有利于形成整体的锚杆支护，可实现巷道围岩的稳定控制。因此，确定试验巷道锚杆间距应不大于0.9 m 为宜。

图4 不同锚杆密度下预应力分布云图

3 预应力锚杆支护技术与参数

基于8128 综采面进风巷生产地质条件、支护参数对锚杆预应力分布影响规律分析，开发新景矿预应力锚杆支护技术。图5 为试验巷道支护断面图，具体技术参数如下：

图5 巷道支护断面图（mm）

（1）顶板支护：顶板采用锚网索联合支护。顶板采用规格Φ20 mm×2000 mm、钢号500 的高强螺纹钢锚杆，每排布置6 根，间排距设计0.9 m，锚杆配套规格150 mm×150 mm×10 mm、承载能力大于210 kN 的拱形垫片，并配ck2330 型、z2350型锚固剂各1 支，预紧扭矩300 N·m，锚杆采用规格280 mm×4 mm×4800 mm 的W 钢带连接。锚索采用规格Ф17.8 mm×5200 mm、结构1×7 的钢绞线，每排布置2 根，间排距设计1.8 m，配套规格300 mm×300 mm×16 mm、承载能力大于210 kN的拱形托盘，配1 支ck2330 型、3 支z2350 型锚固剂。金属网采用10#铁丝编制的经纬网双层网，网片规格5.6 m×1.0 m。

（2）帮部支护：帮部采用锚网索联合支护。采用规格Φ20 mm×2000 mm、钢号500 的高强螺纹钢锚杆，每排布置3 根，间距设计1.0 m，排距设计0.9 m，锚杆配套150 mm×150 mm×10 mm、承载能力大于210 kN 的拱形垫片和规格280 mm×4 mm×460 mm 的W 钢带，并配ck2330 型、z2350型锚固剂各1 支，预紧扭矩300 N·m。锚索采用规格Φ17.8 mm×4200 mm、结构1×7 的钢绞线，每排布置2 根，间排距设计1.8 m，配套规格300 mm×300 mm×16 mm、承载能力大于210 kN 的拱形托盘，配1 支ck2330 型、2 支z2350 型锚固剂。金属网采用10#铁丝编制的经纬网双层网，网片规格2.8 m×1.0 m。

4 现场试验

将开发的预应力锚杆支护技术应用于8128 综采面进风巷，同时采用十字测试法监测巷道变形（布置固定长400 mm 的木桩作为观测基点，如图6）。图7 为8128 综采面进风巷掘进后围岩变形曲线图。由图7 可知，距巷道掘进头0～100 m 范围内围岩变形量相对较大，围岩变形速度相对较快；距掘进头100 m 时巷道采煤帮移近量约120～130 mm，煤柱帮移近量约100～110 mm，顶板移近量约165～180 mm，底板移近量约75～85 mm；距掘进头100 m 范围外，巷道移近速度逐渐减缓。巷道围岩稳定后，巷道采煤帮移近量约155～165 mm，煤柱帮移近量约135～160 mm，顶板移近量约200～210 mm，底板移近量约100～110 mm。整体看，8128 综采面进风巷围岩变形量均可控，同时现场未发现巷道大变形现象，证明了8128 综采面进风巷预应力锚杆支护技术及参数的合理性。

图6 围岩变形监测测站布置（mm）

图7 围岩变形曲线图

5 结语

以8128 综采面进风巷生产地质条件为工程背景，建立了试验巷道锚杆预应力计算模型，分析不同支护参数对锚杆预应力分布影响规律，开发8128综采面进风巷预应力锚杆支护技术与参数，并进行工业性试验。巷道掘进稳定后，其采煤帮移近量约155～165 mm，煤柱帮移近量约135～160 mm，顶板移近量约200～210 mm，底板移近量约100～110 mm。整体看，围岩变形量均可控，证明了8128 综采面进风巷预应力锚杆支护技术及参数的合理性。