半煤巷锚杆支护优化研究

半煤巷锚杆支护参数优化研究

程立荣

（重庆松藻煤电有限责任公司打通一矿）

摘 要：锚杆支护已经成为我国煤矿巷道首选的、安全高效的主要支护方式, 显著提高了巷道支护效果, 保证了采煤工作面的安全、快速推进, 促进了煤炭产量的大幅度增长。伴随着工作面接替的日益紧张，开采难度的不断增大，对锚杆支护巷道掘进需求也大幅增加。怎样提高锚网巷道支护速度，让锚网巷道安全、高效地掘进已是打通一矿生产的必要条件。 关键词：巷道支护；参数优化；高效掘进

前 言

打通一矿在半煤岩巷道大多数采用锚网梁支护。锚网支护由于具有支护成本较低、成巷速度快、劳动强度减轻、提高巷道断面利用率、改善作业环境和安全生产条件等优点，加之具有对巷道围岩强度的强化作用，提高围岩的稳定性，成为打通一矿半煤岩巷道主要的支护形式，随着打通一矿生产规模的不断扩大、开采强度的不断提高，使得煤矿的采掘接替关系也要求越来越严格和紧迫，巷道需求量也大幅度提高，打通一矿2016年半煤巷掘进进尺计划3510m，占全年计划18.5％。目前，打通一矿采掘部署接替紧张，为保证工作面按时投产，在目前技术水平的限制下，只有提高锚网巷掘进进尺，才能保证作为保护层开采的7号层按时投产，要提高半煤巷进尺，首先应优化现有锚网巷道支护参数，加快半煤巷掘进，确保采掘部署能正常接替。如何优化锚网巷道支护参数，成为保证打通一矿采掘部署正常衔接的必要条件，因此，在半煤巷施工中对半煤巷锚杆支护参数优化进行研究，于是在W2708运输巷进行了半煤巷锚杆支护参数优化试验。

1 工程概况及地质条件

1.1实验巷道工程概括

半煤巷锚杆支护参数优化实验巷道为W2708运输巷，W2708运输巷主要为W2708工作面运输、通风、行人等服务，其服务年限与W2708工作面西段服务年限相同；W2708运输巷设计长度936.3m，均属于防突掘进施工巷道，沿7号层掘进。按BYG-38×30断面施工，掘进断面积11.64㎡；W2708运输巷采用机掘法施工。 1.2地质条件

M7煤层，厚度为0.70～1.20m，平均煤厚 0.95m,煤岩层较平缓，倾角6°～11°。黑色半亮型，质纯、性脆，节理较发育，含黄铁矿结核及晶粒，顶部含泥质较重。

1

M7煤层顶板为泥岩及沙质泥岩，厚度5.1m,灰色，块状，含少量黄铁矿结核。 M7煤层底板为泥岩，厚度8.32m,灰色，块状，含少量黄铁矿结核。

W2708工作面区域，地质构造简单，煤层赋存稳定，平均倾向265°，倾角5～11°，平均8°;M7-3煤层中下部夹一层厚度不稳定的软分层。预计W2708运输巷西段运开口点以西263m、282m处将分别揭露fW-7-70、fW-7-71正断层。

根据打通一矿水文地质情况和西区水文地质特征，W2708工作面各巷道掘进施工期间对围岩破坏小，上覆6号煤层为隔水层，故巷道不受水威胁。根据打通一矿水文地质特性，W2708工作面的涌水量按照相邻W2706对拉工作面掘进观测的涌水量进行预计，预计W2708工作面各巷道掘进期间正常涌水量为0.01m3/min,最大涌水量为0.10m3/min。

根据2009年11月重庆136地质队提供的《重庆松藻煤电有限责任公司打通一煤矿-200m延深勘查地质报告》，M7-3煤层属煤与瓦斯突出煤层。经矿防突部门实际测定掘进区域M7-3煤层原始瓦斯含量为19.10m3/t，虽施工巷道已提前进行条带预抽，但工作面上覆M6-3煤层未回采，该工作面M7-3煤层未受保护，防突部门在掘进过程中应严格按防突规定对煤层瓦斯含量进行测定。M7-3煤层的煤尘无爆炸危险。M7-3煤层自燃发火等级鉴定均为Ⅱ类。

2

图1 地层综合柱状图

地 层 综 合 柱 状 图序岩 层号名 称1泥岩岩层厚度(m)层间真厚距真厚累计1.201.201.202.054.757.359.459.85岩 性柱 状1:200岩 性 描 述 灰色，块状，含大量黄铁矿结核。 黑色，半暗型，节理较发育，含泥质及黄铁矿结核，局部夹矸。 灰色，局部含深灰色，泥质条带。 深灰色，含大量菱铁矿结核。 灰色，块状，底部含条带状黄铁矿晶粒。 灰色，块状，含少量黄铁矿结核 黑色，半亮型，质纯，性脆，节理发育，顶部泥质较重。煤层中下部夹一层厚度不均的软分层。 灰色，块状，含大量黄铁矿结核。 黑色，半亮型，节理发育，质纯，具参差状断口。 深灰色， 节理发育，含大量黄铁矿及菱铁矿结核。 黑色，暗淡型，含大量泥质及菱铁矿结核。 深灰色，含大量菱铁矿结核。 黑色，半暗型，质劣，含大量泥质。 深灰色， 薄层状，致密坚硬。 灰色，节理发育，含砂质条带，具水平层理。 灰色，薄层状，致密坚硬。 灰色，含菱铁矿结核。 灰色，含砂质条带，具水平节理。 灰色，节理发育，含大量黄铁矿结核。2M6-3煤层0.850.8534细砂岩泥岩7.802.702.602.100.405砂质泥岩67891011121213泥岩M7-3煤层1.101.1010.95泥岩M8煤层泥岩煤线泥岩M9煤层泥岩8.328.3219.271.701.7020.979.0129.989.570.1530.130.4130.540.360.3630.901.5532.451.2933.741.2935.0313.150.8835.910.4636.372.0138.381.3439.724.3344.050.410.4144.465.414.8949.350.5249.8714砂质泥岩1516灰岩细砂岩17砂质泥岩181920泥岩灰岩泥岩 灰色，薄层状，致密坚硬。 灰色，节理发育，含植物叶片化石，中部夹薄层状灰岩，厚约0.10-0.20m 黑色，暗淡型，质劣，含大量泥质及黄铁矿结核。21M10煤层22砂质泥岩23泥岩 灰色，含砂质条带，具水平层理，含少量黄铁矿晶粒。 灰色，薄层状，含少量黄铁矿晶粒。 黑色，半亮型，质较纯，顶底部含泥质较重。（该区域M11和M12煤层合并。） 上部深灰色， 含大量黄铁矿结核；下部灰白色，含大量黄铁矿晶粒。 灰色，厚层状，致密坚硬，发育条带状方解石脉。24M11煤层1.291.2951.1625铝质泥岩3.093.0954.2526茅口灰岩7.0061.25备注： 1、本图根据W2706S回风巷、W2706运输巷、W2706N回风巷（下）、W12号中部斜坡、W2706新尾部斜坡地勘14-3孔等资料综合编制而成。 2、图中数据单位：m。 2 W2708运输巷原有支护形式

W2708运输巷西段采用锚网梁作为永久支护。W2708运输巷锚网梁支护参数，顶板采用

3

Φ20mm×2200mm左旋无纵筋螺纹钢锚杆支护，锚杆间排距600 mm×700mm，每排施工9根顶锚，顶部锚梁长度4800mm。顶部锚网采用10号铅丝编织而成，规格：长×宽＝5200mm×850mm，网孔规格40mm×40mm，锚网间搭接长度100mm，并用12号铅丝按300mm间距扭接。

两帮锚网支护选用Φ18mm×1800mm左旋无纵筋螺纹钢锚杆支护，支护间排距700 mm×700mm，每排在巷道两帮各施工3根帮锚杆。两帮锚网采用10号铅丝编织而成，规格：长×宽＝2500mm×850mm，网孔规格60mm×60mm，锚网间搭接长度100mm，并用12号铅丝按300mm间距扭接。

附图2 W2708运输巷断面图（修改前）

W2708运输巷BYG-38×30断面 比例 1∶50 单位：mmS掘=11.64m2S净=9.81m2锚杆:φ2200mm7#煤层220锚φ杆:0180×81mm3800390050300070030505020×700 3锚杆支护参数优化

3.1 锚杆长度L：

（1）顶部锚杆：

按组合梁理论：L=N（C+W/10）=1.1×(1.5+3.9/10)=2.079m（本次计算参照3.9m宽半煤巷断面进行）

C为常数，岩巷取1.3，煤及半煤巷取1.5 L为锚杆长度，m

N为围岩影响系数，Ⅰ类取0.9-1.2，Ⅱ类（稳定性较好）取0.9，Ⅲ

4