煤矿掘进施工巷道复合顶板锚杆支护的研究与探讨
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Ｌ Ｉ ＋ ：Ｌ＋ （） １ 式 中：Ｌ —锚杆 总长度 ，ｍｍ；Ｌ—锚，－ ，稳定岩层的深度 ，一般 １ ｔ￣． ｆ ｋ 取３０ ４ ０ ｍ；Ｉ ０ ～ ０ｍ ＿锚 杆的有效长度 ， ｍ ｍ ；Ｌ —锚杆外露长度 ，一般取
１ ０～１ ０ １ ３ ５ ｍｍ 。
１ 基 本支 护 方法
蔫 铸霸 辜
工 程 科 学
３ ９
煤矿掘进施工巷道复合顶板锚杆支护 的研究与探讨
徐 杰
（ 淮北矿业集 团公 司朔里煤矿 ，安徽淮 北 ２ ５ ５ ） ３０２
摘 要 本文 以某处支护 顶板与巷道 为例 ，从 基本支 护方法 、巷 道锚杆支护 机理分析 和具体施 工措施等方 面浅议掘 进巷道支 护。 关 键词 掘进巷 道 ；复合 顶板 ；锚杆 支护 ；施工措施
锚杆有效长度Ｌ为 ： Ｌ＝ＫＢ２ ＇／ｆ （ Hale Waihona Puke Baidu）
式 中： —安全 系数 ，一般 取值在 １ ～ ２间 ；Ｂ Ｋ ． ２： ５ —巷道宽度；卜 顶 板岩石普氏坚 固性系数 ， 取４ ６ Ｈ 一 ～ ； ＿ 软弱岩层厚度或 冒落拱高度。
锚杆间、排距计算 。对于锚杆的间、排距 ，可根据每根锚杆悬 吊的 岩石重量进行确定。所 以，锚杆的长度主要是确定锚杆有效长度Ｌ 。 锚杆间、排距ａ ，依据如下公式计算 ： ａ ＱＫ ＝［／Ｈ ］／ １ ２ （ ３） 式 中： 一锚杆 间、排距 ；Ｑ 锚杆设计锚 固力 ； 一被 悬吊岩石 一 的密度 。至于锚杆杆体直径 ，可根据杆体承载力和锚固力 等强度数值确 定 。杆体直径用ｄ 表示 ，抗拉强度用 ６ （ ｉ Ｍ ａ 表示。 ￣ ｐ） 当复合顶板厚度小于１ ５ 时 ， ． １ｍ 也就是在巷道上方 １ ５ 范围内有关 ．ｍ １ 键层存在下 ， 面复合顶岩层可悬吊在稳定 的关键层岩层上 。支护设计 下 按悬 吊理论计算 ，不需要锚 索补强 。锚杆 的有效长度Ｉ 于或等于关键 大 层下位复合顶板厚度，锚杆的间排距则有 ： Ｓ ＝ＱＫ ｃ ［／Ｈ ］ １ ２ ／ （ ４） 式 中：Ｑ 为锚固力 ，按５ｋ ｉｅ ； 为锚杆安全系数 ； ＾ ０Ｎｆ Ｋ ｙ 为顶板岩层 重力密度 。 按挤压加 固拱理论计 算锚杆参数 。挤压加固拱理论并不要求锚杆深 入坚硬岩层 中 （ ），加固拱厚度与锚杆 的长度及 间距按下式确定 ： 图３ ｂ＝ ａ ｄ—）ｎ０ ｎ ａａ ｆ 【 （ ５） 式 中：ｂ － Ⅱ ＿ 力 固拱厚度 ；Ｌ —锚杆 的有效长度 ；ｎ —锚杆在松散岩体 的控制角 ；ａ —锚杆间距 。 若锚杆间距按４０ ｍ ｆ ， ５ ｍ ｉ ￣ 则有 ：
中 图分 类号 Ｔ ３３６ 文 献标 识 码 Ａ Ｄ ５． 文章 编号 １７ —６ １（ １） １０ ３— １ ６３９７ 一２ ００ —０９ ０ ０ ２
煤矿开采中 ，因地质构造原因 ，多数矿都呈现不 同地质构造形式 。 有的地方压力 大 ，有的地点 就小。根据煤层 赋存情况 ，掘进 方式的不 同， 也使得支护方式有所不 同。为尽量减少支护材料 ，达到相应地支护 强度 ，满足安全生产要求 ，应选择适 当的支护方式 。
锚杆支护作为一种新的巷道支护形式 ，与传统方式相比，在改善支护 效果 、降低支护成本 、加快成巷速度、减轻劳动强度 、提高巷道断面利用 率 、简化 回 采面端头 区维护工艺等方面的优越性者 Ｅ 常突出。正确设计和 应用锚杆支护技术，加深对锚杆支护机理的认识 ， 完善锚杆支护理论作指 导 ，才能使支护技术在现场管理 中发挥作用，完成生产任务。 某处北翼集运巷 、回 采巷施工 ，考虑巷道施工运输 （ 安装ｓ Ｊ８０ Ｄ 一０ 皮 带 、Ｓ Ｗ— 刮板运输机 、行人及材料运输 、巷道维护及设备检修等 ） Ｇ 钾 要求 ，断面设计６ ｍ （ ． ２ 巷宽３ ｍ ４ ． ，高２ ２ ｍ），沿着该煤层顶板向前掘进施 工 。这类永久Ｊ支护巷道 ， ｌ 生 采用端头锚 固锚杆支护 ，设计巷道断面为卅 Ｅ 锚杆 ， 间距为８０ ｍ ０ｍ ，排距为 １ ０ ｍ。 ０ ｍ 使用锚固树脂、Ｋ ３０ ０ ２５￣药卷 。
ｂ＝Ｌ － － ａ
星 基本 支护 机理 分析 ６ 号层 主要 由３ 个煤分层组成 ， 纯煤厚 １０ ｍ 。各测 点变形 量均不 ５０ ｍ 同。中部及下部各有一层碳质泥岩，厚１０ ｍ ０ｍ ５ｍ 和１ ｍ，直接顶由２０ ｌ ０ ０ ｎ ｍ 灰黑色泥岩 、 ５ｍ ￣ 白色凝灰岩 、２０ ｍ ２０ ｍ ５ ｍ ￣黑色含碳粉砂岩和３０ ｍ ０ ｍ 的 层煤组成复合顶板 ，基本顶是 １ ０ ｍ的灰 白色细砂岩。由于煤层复合 ５ ｍ ０ 顶板是指煤层直接顶由软硬相间 、 数层厚度变化频繁的一组岩层构成 ， 其 岩 ｌ 般在泥页岩 、 凝灰岩、碳质粉砂岩、劣质薄煤或煤线间。当巷道开 拓时 ，围岩较易风化 ，顶板稳 固性差 。煤层复合 顶板属标准的沉积层状 岩体。复合顶板厚度在ｎ 一１ 之间，巷道破坏一般从稳定的 “ ８ ． 巷道关键 层”下开始离层 、破碎直至冒落。但 由于关键层作用 ， 巷道上方 冒 落岩层 不会形成完整的冒落拱 。此 “ 巷道关键层”就是位于巷道顶板上方一定层 位， 巷道开挖后 即 使不支护也能 自 稳的最下部的顶板岩层。 支护的作用就是将下部岩层锚固在关键层岩层上 ，并使复合顶板在 巷道开掘后通过锚杆的作用形成一个组合梁 ，防止关键层下位岩层的过 大离层与破碎 冒落 ，维持巷道稳定 （ ）。当巷道上覆一定范 围内的 图１ 岩层有关键层时，巷道支护设计应按悬 吊理论来计算 。
３ 巷道 锚杆 支 护机理 分 析
１ 悬 吊理论 设计锚杆参数 。根据悬 吊理论 ，设计锚杆参数 时可分 ） 两种情况计算 （ ） 图２ 。 ２）锚杆长度 。在锚杆总长度Ｌ上，主要 由锚杆锚固段长度 Ｌ、软弱 １ 岩层厚度或 冒落拱高度 ，以及锚杆外露长度Ｌ三部分所组成 。 根据锚杆长度Ｌ 的定义 ，公式 即为 ：
１ ０～１ ０ １ ３ ５ ｍｍ 。
１ 基 本支 护 方法
蔫 铸霸 辜
工 程 科 学
３ ９
煤矿掘进施工巷道复合顶板锚杆支护 的研究与探讨
徐 杰
（ 淮北矿业集 团公 司朔里煤矿 ，安徽淮 北 ２ ５ ５ ） ３０２
摘 要 本文 以某处支护 顶板与巷道 为例 ，从 基本支 护方法 、巷 道锚杆支护 机理分析 和具体施 工措施等方 面浅议掘 进巷道支 护。 关 键词 掘进巷 道 ；复合 顶板 ；锚杆 支护 ；施工措施
锚杆有效长度Ｌ为 ： Ｌ＝ＫＢ２ ＇／ｆ （ Hale Waihona Puke Baidu）
式 中： —安全 系数 ，一般 取值在 １ ～ ２间 ；Ｂ Ｋ ． ２： ５ —巷道宽度；卜 顶 板岩石普氏坚 固性系数 ， 取４ ６ Ｈ 一 ～ ； ＿ 软弱岩层厚度或 冒落拱高度。
锚杆间、排距计算 。对于锚杆的间、排距 ，可根据每根锚杆悬 吊的 岩石重量进行确定。所 以，锚杆的长度主要是确定锚杆有效长度Ｌ 。 锚杆间、排距ａ ，依据如下公式计算 ： ａ ＱＫ ＝［／Ｈ ］／ １ ２ （ ３） 式 中： 一锚杆 间、排距 ；Ｑ 锚杆设计锚 固力 ； 一被 悬吊岩石 一 的密度 。至于锚杆杆体直径 ，可根据杆体承载力和锚固力 等强度数值确 定 。杆体直径用ｄ 表示 ，抗拉强度用 ６ （ ｉ Ｍ ａ 表示。 ￣ ｐ） 当复合顶板厚度小于１ ５ 时 ， ． １ｍ 也就是在巷道上方 １ ５ 范围内有关 ．ｍ １ 键层存在下 ， 面复合顶岩层可悬吊在稳定 的关键层岩层上 。支护设计 下 按悬 吊理论计算 ，不需要锚 索补强 。锚杆 的有效长度Ｉ 于或等于关键 大 层下位复合顶板厚度，锚杆的间排距则有 ： Ｓ ＝ＱＫ ｃ ［／Ｈ ］ １ ２ ／ （ ４） 式 中：Ｑ 为锚固力 ，按５ｋ ｉｅ ； 为锚杆安全系数 ； ＾ ０Ｎｆ Ｋ ｙ 为顶板岩层 重力密度 。 按挤压加 固拱理论计 算锚杆参数 。挤压加固拱理论并不要求锚杆深 入坚硬岩层 中 （ ），加固拱厚度与锚杆 的长度及 间距按下式确定 ： 图３ ｂ＝ ａ ｄ—）ｎ０ ｎ ａａ ｆ 【 （ ５） 式 中：ｂ － Ⅱ ＿ 力 固拱厚度 ；Ｌ —锚杆 的有效长度 ；ｎ —锚杆在松散岩体 的控制角 ；ａ —锚杆间距 。 若锚杆间距按４０ ｍ ｆ ， ５ ｍ ｉ ￣ 则有 ：
中 图分 类号 Ｔ ３３６ 文 献标 识 码 Ａ Ｄ ５． 文章 编号 １７ —６ １（ １） １０ ３— １ ６３９７ 一２ ００ —０９ ０ ０ ２
煤矿开采中 ，因地质构造原因 ，多数矿都呈现不 同地质构造形式 。 有的地方压力 大 ，有的地点 就小。根据煤层 赋存情况 ，掘进 方式的不 同， 也使得支护方式有所不 同。为尽量减少支护材料 ，达到相应地支护 强度 ，满足安全生产要求 ，应选择适 当的支护方式 。
锚杆支护作为一种新的巷道支护形式 ，与传统方式相比，在改善支护 效果 、降低支护成本 、加快成巷速度、减轻劳动强度 、提高巷道断面利用 率 、简化 回 采面端头 区维护工艺等方面的优越性者 Ｅ 常突出。正确设计和 应用锚杆支护技术，加深对锚杆支护机理的认识 ， 完善锚杆支护理论作指 导 ，才能使支护技术在现场管理 中发挥作用，完成生产任务。 某处北翼集运巷 、回 采巷施工 ，考虑巷道施工运输 （ 安装ｓ Ｊ８０ Ｄ 一０ 皮 带 、Ｓ Ｗ— 刮板运输机 、行人及材料运输 、巷道维护及设备检修等 ） Ｇ 钾 要求 ，断面设计６ ｍ （ ． ２ 巷宽３ ｍ ４ ． ，高２ ２ ｍ），沿着该煤层顶板向前掘进施 工 。这类永久Ｊ支护巷道 ， ｌ 生 采用端头锚 固锚杆支护 ，设计巷道断面为卅 Ｅ 锚杆 ， 间距为８０ ｍ ０ｍ ，排距为 １ ０ ｍ。 ０ ｍ 使用锚固树脂、Ｋ ３０ ０ ２５￣药卷 。
ｂ＝Ｌ － － ａ
星 基本 支护 机理 分析 ６ 号层 主要 由３ 个煤分层组成 ， 纯煤厚 １０ ｍ 。各测 点变形 量均不 ５０ ｍ 同。中部及下部各有一层碳质泥岩，厚１０ ｍ ０ｍ ５ｍ 和１ ｍ，直接顶由２０ ｌ ０ ０ ｎ ｍ 灰黑色泥岩 、 ５ｍ ￣ 白色凝灰岩 、２０ ｍ ２０ ｍ ５ ｍ ￣黑色含碳粉砂岩和３０ ｍ ０ ｍ 的 层煤组成复合顶板 ，基本顶是 １ ０ ｍ的灰 白色细砂岩。由于煤层复合 ５ ｍ ０ 顶板是指煤层直接顶由软硬相间 、 数层厚度变化频繁的一组岩层构成 ， 其 岩 ｌ 般在泥页岩 、 凝灰岩、碳质粉砂岩、劣质薄煤或煤线间。当巷道开 拓时 ，围岩较易风化 ，顶板稳 固性差 。煤层复合 顶板属标准的沉积层状 岩体。复合顶板厚度在ｎ 一１ 之间，巷道破坏一般从稳定的 “ ８ ． 巷道关键 层”下开始离层 、破碎直至冒落。但 由于关键层作用 ， 巷道上方 冒 落岩层 不会形成完整的冒落拱 。此 “ 巷道关键层”就是位于巷道顶板上方一定层 位， 巷道开挖后 即 使不支护也能 自 稳的最下部的顶板岩层。 支护的作用就是将下部岩层锚固在关键层岩层上 ，并使复合顶板在 巷道开掘后通过锚杆的作用形成一个组合梁 ，防止关键层下位岩层的过 大离层与破碎 冒落 ，维持巷道稳定 （ ）。当巷道上覆一定范 围内的 图１ 岩层有关键层时，巷道支护设计应按悬 吊理论来计算 。
３ 巷道 锚杆 支 护机理 分 析
１ 悬 吊理论 设计锚杆参数 。根据悬 吊理论 ，设计锚杆参数 时可分 ） 两种情况计算 （ ） 图２ 。 ２）锚杆长度 。在锚杆总长度Ｌ上，主要 由锚杆锚固段长度 Ｌ、软弱 １ 岩层厚度或 冒落拱高度 ，以及锚杆外露长度Ｌ三部分所组成 。 根据锚杆长度Ｌ 的定义 ，公式 即为 ：