大采深动态压力下回采巷道

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“锚梁网索联合支护”用在受动压作用 而两帮变形和底臌极为严重的回采巷道中， 关键在于锚杆和锚索的支护参数及布置方式， 尤其是布置方式，同样的支护参数因布置方 式不同，对防治两帮变形和底臌会得到不同 的效果。下面从力学原理角度重点研究锚杆 和锚索的支护参数和布置方式。
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岩 层 ： 容 重 r=0.027MN/m3， 粘 聚 力 c=0.48Mpa，内摩擦角φ=40º，岩体的单向抗压 强度与上述分析方法相同需经过反推得到，其 值为31Mpa。
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4.2锚杆长度计算 (1)轨道巷两帮锚杆长度：根据工艺要求
和锚杆的承载原理，锚杆设计总长度应为：
ll1l2l3
锚杆托盘：采用铸铁材料制作，规格为 220mm×100mm。
树脂锚固剂：每根锚杆配两块K2350快速 树脂锚固剂，凝固时间1.5min-2.0min。
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(2)锚索及配套的支护材料
锚索：采用低松弛的直径为φ15.24mm的钢 绞线锚索，截面积为140mm2，总长度为12m， 破断力260.7kN（26.1t），每隔两排锚杆打一排 锚索，锚索间距为2700mm，排距为2400mm。
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3 支护方案分析
“锚梁网索联合支护”方案是针对良庄煤 矿大采深回采巷道受围岩压力和动态支承压力 防治底臌和两帮变形的目的提出的。该方案由 于锚杆和锚索打入围岩内部，对围岩起到加固 作用，并且安装时根据施加的预紧力大小可及 时地向围岩提供主动抗力，以后随围岩变形主 动抗力将逐渐增加，同时围岩的自承能力也得 到充分发挥。所以，该支护方式的上述优点是 任何一种支护形式都无法比拟的。同时，该支 护方式机械化程度交稿，施工工艺简单，支护 成本相对较低，符合现代支护理论。
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4锚杆、锚索支护参数计算
4.1计算条件
(1)地质条件
八采区轨道巷平均埋深936.7m，沿煤4顶 板 布 置 ， 平 均 倾 角 为 1 9 . 5 º， 煤体 硬 度 系 数 f=1.2。老顶为中砂岩，平均厚度10.57m，硬 度系数f=5-6。煤层上下伪顶和伪底均为炭质 页岩，平均厚度分别为0.05m和0.07m。直接底 为泥质粉砂岩，平均厚度为1.0m，硬度系数为 f=4-5。老底为粉砂延和细砂岩互层，平均厚 度为27.0m，硬度系数为f=4-7。
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(2)采掘条件
轨道巷除受围岩压力以外，前后将受到 8404和8405回采工作面动态支承压力的影响， 使得围岩支承压力急剧升高，根据叠加原理， 应力集中系数可达到3.5，即k1=3.5。
(3)轨道巷断面尺寸
根据轨道巷断面尺寸的优化分析，在不 破坏稳定的椭圆边界和保持顶板岩层完整 的前提下，确定断面为不规则矩形，断面 宽 度 为 3 5 0 0 mm， 最 大 和 最 小 高 度 分 别 为 3000mm和1760mm，平均高度为2380mm。
根据以上分析计算，轨道巷锚杆长度还应
考虑到加工和现场管理的方便，所以将锚杆长
度分成两种：一种是轨道巷上帮锚杆长度为 2600 mm，一种是轨道巷顶板、底板及下帮锚 杆长度为1800 mm。
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4.3锚索长度计算
从力学角度分析，锚索和锚杆的功能是相 同的，都是对围岩起加固和支撑作用，但两者 的作用范围却存在着很大的差别。锚杆的作用 范围主要是将靠近巷道周边的被节理裂隙切割 的大小不等的岩块进行悬吊和加固，而锚索的 作用是靠自身强大的承载能力，将顶板压力和 顶板一定范围的岩层自重传递到远离巷道顶板 的上覆坚硬岩层上，由上覆坚硬岩层再将荷载 向远场传递，从而将大大减轻巷道两帮一定范 围的支承压力及响应的底板压力，这对于防止 两帮变形和底臌会起到重要作用。
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钢带：顶板采用BHW—3—280—3700型钢 带 ， 上 帮 采 用 BHW—3—280—3000 型 钢 带 ， 下帮采用BHW—3—280—1760型钢带。
金属网：采用10#铁丝编制的金属菱形网， 规 格 ： 顶 网 4 1 0 0 mm×1000mm， 上 帮 网 3 0 0 0 mm×1000mm， 顶 网 1 7 6 0 mm×1000mm， 顶网与帮网之间应搭接200 mm，并隔扣相连。
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根据锚索支撑点的作用，轨道巷每个断面布置两
套锚索，其位置是越靠近巷帮越好。为便于施工，每 套锚索距巷帮300mm。两套锚索相当与两个支撑点， 若把巷道顶板简化为梁来分析，在没有锚索这两个支 撑点时，梁的自重和所承受的支承压力将传递给巷道 两帮煤体来承担，这无形之中就增加了巷帮煤体的支 承压力。若巷道顶板安设了锚索这两个支撑点，巷道 顶板岩层的自重和所承担的压力将由两个支撑点的锚 索来承担。显然，作用在巷道两帮煤体上的支承压力 将见效，同时两帮煤体传递给底板岩层的压力也同样 减少。所以，将锚索沿顶板的布置向两帮靠近可降低 两帮煤体和底板岩层的支承压力，这对于两帮变形和 底臌会起到一定的防治作用。
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2 支护方案
根据8404轨道巷在围岩压力和回采工作面动 态支承压力的双重作用下，巷道两帮和底臌变形 极为严重，同样在本区待掘的轨道巷也会发生类 似的情况。因此，对于变形严重的回采巷道，若 采用刚度很大的支护材料进行支护，将在膨胀压 力作用下导致支护失败，若支护材料刚度过小， 巷道变形不能得到有效抑制，最终巷道也会因变 形过大而发生坍塌报废，这两种情况在工程实践 中都已得到证实。所以，对于受围岩压力和动态 应力作用的回采巷道，并且围岩类别为级及以下 时，巷道只能采用“柔中带刚、刚中带柔”的材 料进行支护。经过论证分析确定轨道巷采用“锚 梁网索联合支护”方案。
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式中：
l4
a fk
a——为冒落拱一半跨度，其值为3124mm fk——为顶板岩体的硬度系数，其下限值为4 由此计算锚杆的有效长度为：
l4
a fk
312478m1 4
m
轨道巷顶板锚杆的总长度为：
l l 1 l2 l 3 l4 1 0 4 0 0 5 0 7 0 8 1m 1 78 m
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式中：
l1—锚杆外露长度，一般取100 mm l2—为爆破作业造成的煤体松动宽度，一般为400 mm l3—为煤体塑性区宽度，按下式计算，即
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l3
Mlnk1Hcctg 2f1 cctg
式中：
ξ—应力集中系数，其值为3 f1—摩擦系数，其值为0.057 rh—地应力，其值为rh =0.027*936.7=25.3 MPa k1 —应力集中系数，其值为k1=3.5 c—煤体的粘聚力，其值为c=1.5MPa φ—煤体的内摩擦角，其值为φ=30º M—巷帮高度
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(2)轨道巷顶板锚杆长度：
由于岩体中存在着各种纵横交错的节理、 裂隙和结构面，这些节构面将岩体切割成大小 不等和形状各异的块体，从而破坏了岩体的整 体连续性，当顶板岩体一旦跨落时，将形成一 个自然冒落拱，所以顶板锚杆的作用就是对冒 落拱内的岩石块体进行加固和支撑。因此，顶 板锚杆的有效长度按冒落拱理论进行计算将较 为合理。
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根据上述原理，为充分发挥锚索的作用，
锚索（钢绞线）应具备一定的长度，其计算公
式为： 式中：
Lms
h kr 1
h—巷道的平均高度
kr—岩体的碎胀系数，取1.2 由上式可求得锚索的计算长度为：
Lm skrh112.23180119m 00 m
考虑到锚索的外露部分，最后确定锚索的总长度为12m。
槽钢：材料为9#槽钢，长度为1700 mm。
垫 板 ： 材 料 为 钢 板 ， 规 格 1 0 0 mm×100mm×8mm。
树脂锚固剂：每根锚杆配四块K2350快速树 脂锚固剂，凝固时间1.5min-2.0min。
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4.5顶板锚索布置对防止围岩变形的力学机理
顶板安设锚索的意义已在上段作了简单的叙
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(4)轨道巷围岩的物理力学参数
煤 层 ： 容 重 r=0.013MN/m3， 粘 聚 力 c=1.5Mpa，内摩擦角φ=30º，煤体的单向抗压强 度因缺乏试验材料，可根据煤体的硬度系数反 推 系数得f到=1。.2由代普入氏，理得论煤公体式样f本=R的c/单10，向将抗煤压的强硬度，度 而处于实际赋存状态的煤体，单向抗压强度还 需乘0.6的强度降低系数，即得煤体实际状态的 单向抗压强度，其值为7.2Mpa。
ln 220.057
31.5ctg30
1.3m1300mm
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轨道巷上帮锚杆总长度：
l l1 l2 l3 1 0 4 0 0 20 1 20 m 60 0 m
轨道巷上帮锚杆总长度：
l l1 l2 l3 1 0 4 0 0 10 3 10 m 80 0 m
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(3)轨道巷底板锚杆长度：
底板岩层从上往下依此为伪底（炭质页
岩）、直接底（泥质粉砂岩）和老底（粉砂岩、 细砂岩互层），其厚度分别为0.07m、1.0m、 27.0m。为增加直接底的稳定性，应对直接底 进行加固，其锚杆长度应大于直接底的厚度，
以确保直接底和老底锚固在一起，则锚杆总长
度与顶板锚杆总长度取相同数值，即 L=1781mm。
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顶板锚杆的总长度为：
ll1l2l3l4
式中：
顶板锚杆的总长度为：
l1—锚杆外露长度，一般取100 mm
l2—为爆破作业造成的煤体松动厚度，一般为400 mm l3—为锚杆锚固在完整岩体上的长度，一般为500 mm l4—为顶板锚杆的有效长度，可推出其计算公式，即
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4.4锚杆、锚索及其它配套支护材料
(1)锚杆及配套的支护材料
锚杆：材料采用螺纹钢。规格顶板锚杆 φ18×1800mm，间排距为800mm×800mm。 上 帮 锚 杆 φ18×2600mm， 间 排 距 为 800mm×800mm。下帮锚杆φ18×1800mm， 间 排 距 为 7 0 0 mm×800mm。 底 板 锚 杆 φ18×2600mm，间排距为1250mm×800mm。
大采深动态压力下回采巷道 支护方案研究
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摘 要 本文通过巷道围岩受力变形规律 的分析，提出有利于轨道巷围岩稳定的 断面形状和断面尺寸。在此基础上，根 据围岩变形量以及满足8405轨道巷通风、 行人、运输等要求的前提下，确定8405 轨道巷合理的支护方式。
关键词 大采深；动态压力；回采巷道； 断面形状；支护方式
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1 前言
新矿集团良庄煤矿已进入深部开采，八采 区位于良庄矿井田深部（东北部）西以F1 3断 层为界，东至孙村矿F8断层，南至孙良边界， 北至西周井田。上限标高：-550m，下限标高1000m，平均埋深950m。大采深动压下回采巷 道两帮变形和底抚的防治研究还处于实验阶段， 国内外还没有一种通用的行之有效的防治手段， 目前只能根据具体的地质条件和采掘状况分析 其机理并采取一定的防治措施。鉴于良庄煤矿 的实际情况，一方面要开展支护方案的工业性 实验，另一方面需对支护材料进行研究。通过 这两方面的研究工作，探索出适合于本矿覆岩 赋存状况和采掘条件的防治两帮变形和和底臌 的有效支护措施，这对于良庄煤矿来说具有重 要的现实意义。
述，但锚索在顶板上的布置位置不同，对巷道两
帮和底板变形具有较大的影响。传统的布置方式
是将锚索沿巷道顶板中线布置，这对于防止两帮
和底板变形是不明显的。从力学机理分析，顶板
中安设锚索，锚索将顶板压力及一定范围内的岩
层重量传递给远离顶板的坚硬岩层中，再右坚硬
岩层将重量向远场的岩层中传递。另外，顶板中
安设锚索相当于对顶板增加了一个支撑点，支撑
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求得轨道巷上帮煤体塑性区宽度：
l3
M
2f1
ln k1251.3.51c.5tg3c0tg30
2.1m 2100mm
求得轨道巷上帮煤体塑性区宽度：
l3
M
2f1
lnk1Hcctg cctg
1.76
3.525.31.5ctg30
点越靠近巷帮，将降低顶板岩层对巷帮岩体的支
承压力。巷帮煤体支承压力降低了，相应的由煤
体传递给底板岩层的压力也相应降低，这对于防
止两帮变形和底臌具有积极的作用。
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传统防止两帮变形和底臌的方法是：两帮 变形治帮，底臌变形治底，结果是花费了大量 的人力和物力也未能取得较好的效果，其原因 是造成巷道两帮变形和底臌的原因没有分析清 楚。所以，在本项目研究中，将正确地运用力 学原理，科学地布置锚索位置。