掘进巷道全锚索支护的设计与应用

掘进巷道全锚索支护的设计与应用

摘要：目前，全煤巷道支护模式以锚杆网钢带锚索支护形式为主，随着煤矿开

采程度的增加，老空区多，顶板压力大。为加强支护，在软煤条件下出现了顶板

锚杆布置过密和锚索断裂问题。我矿在七采区使用了顶板全锚索支护形式，很好

地解决了这一问题。现对这项应用进行一下总结。

关键词：支护；顶板；全锚索

一、巷道围岩赋存情况

1、顶底板岩性

直接顶为粉砂岩，厚0-2.0m，平均1.5m，灰黑色，有植物茎叶碳化物，含

1～3层煤线，岩石硬度f=3.0。老顶为细砂岩，厚6.4～28.4m，平均15.8m，深

灰色，钙质胶结致密坚硬，岩石硬度f=4.0。直接底为粉砂岩，厚2.6～4.2m，平

均3.4m，深灰色，泥质胶结，含植物化石及FeS，下部含有一层煤4下分层，厚

0.1～0.3m，平均厚0.2m，岩石硬度f=3.0。

二、巷道断面

巷道净宽4.0m，净高2.6m，净断面10.4m2；巷道荒宽4.2m，荒高2.8m，荒断面11.76m2。

三、支护设计

（一）顶板支护设计

1、长度计算

L = KH + L1 + L2 （1）

式中：

L —索体长度，m；

H —冒落拱高度，m；

K —安全系数，一般取K=2；

L1 —锚入稳定岩层的深度，一般按经验取1.5m；

L2 —索体在巷道中的外露长度，一般取0.25m。

根据经验，冒落拱高度可由下式进行计算：

（2）式中：

B —巷道开掘宽度，4.2m；

f —岩石坚固性系数，砂岩取3。

将式（1）带入式（2）得出，锚索长度L=2×0.7+1.5+0.25=3.15m，顶板采用长度L=4000mm锚索，满足要求。

现场直接顶板为直接顶为粉砂岩互层，厚度0～2.0m，平均1.5m，灰黑色，

含1-3层煤线，f=3.0。

取直接顶最大厚度2.0m时，锚索锚入老顶长度为L＝4-2.0-0.25＝1.75m>1.5m，满足要求。

2、间排距计算

通常间排距相等，取a

（3）

式中：

a —间排距，m；

Q —设计锚固力，200kN/根；

H —冒落拱高度，根据式（2）计算得H=0.7m；

r —被悬吊砂岩的重力密度，取25 kN/m³；

由式（3）得出a=〔200/(2×0.7×25)〕½=2.39m，实际采用的间排距为

1100×1100mm，满足要求。

3、直径计算

（4） P=abhr （5） P

=1.1×1.1×3.75×25=113.4kN

d=〔（4×113.4×2）/（3.14×1860×1000 ）〕½=0.0125m

式中：

a —排距，实际为1.1m；

h —承载岩体高度，取锚索锚固深度3.75m；

b —间距，实际为1.1m；

r —承载岩体容重，取25 kN/m³；

K —安全系数，取2;

δ —材料抗拉强度，取1860KPa

由式（4）和式（5）计算可得，d=12.5mm，实际施工中锚索直径为17.8mm，满足要求。

4、锚固长度计算

（6）La=23×23×1750×5÷（32×32-22×22）=1741.5mm

式中：

la—锚固长度，mm；

dr—锚固剂直径，mm；

D—钻孔直径，mm；

d—锚索体直径，mm；

lr—锚固剂长度，mm。

由式（6）计算可得，la=1714.5mm>15000mm，满足要求。

（二）设计结论

通过以上计算，顶部选用φ17.8×L4000mm锚索、间排距1100×1100mm，满

足要求。锚索托盘使用钢制蝶形托盘，托盘规格不小于200×200mm，厚度不小于12mm，采用不低于Q235的钢材制作。

四、永久支护参数

1、巷道顶板选用长4000mm,Ф17.8mm锚索+长4000mm“W”型钢带+金属菱形网护顶；锚索预紧力不低于250KN，金属网每隔150mm用14# 铁绑丝双股拧2

扣以上。

2、巷道帮部选用φ18×L1800mm等强全螺纹钢等强锚杆+“W”型护帮钢带+塑

料网护帮；护帮钢带长度不小于2100mm，护帮钢带顶端必须与在顶板钢带水平

方向的延长线上；塑料网逢孔必联，帮网底部必须用塑料串条锁边；当两帮全岩时，帮部使用金属网护帮，使用金属网时每隔150mm用14# 铁绑丝双股拧2扣

以上。

3、支护质量要求

（1）普通钢绞线锚索预紧力不低于250KN，锚索安装48小时后，如发现预

紧力下降，必须及时补拉。张拉时如发现锚固不合格，必须补打合格的锚索。每

个掘进工作面必须配备2 部施加高预应力锚索涨拉器，并保证检测机具正常、可靠。

（2）锚杆安装牢固，托板紧贴壁面，不松动。公称直径18mm的锚杆螺母

拧紧力矩应为300N·m。

（3）顶板间排距为1100mm×1100mm，两帮锚杆间排距为950×1100mm，顶

帮间排距允许误差均为±100mm。

（4）锚索锚固力不低于200KN，帮部锚杆锚固力不低于70KN。

（5）网搭接严密压实，锚盘压网紧贴岩面。

（6）锚杆露出螺母长度10-100mm，锚索露出锁具长度为150－250mm。

五、临时支护形式

采用吊环式前探梁做临时支护

(1)放炮前最大控顶距0.3m。循环进尺1.1m，放炮后最大控顶距不超1.4m。

（2）使用前探梁作临时支护，前探梁使用长度不低于3.5m的3寸钢管或π

型钢制作，严禁使用弯曲变形的前探梁；使用三根前探梁，前探梁间距0.8～

1.2m之间，前探梁前端方木使用两根，超前支护距两帮端面距不超过0.3m。专

用托梁固定在顶板中间两根支护锚索上，专用托梁上均匀布置3个前探梁吊环，

专用托梁、前探梁、吊环的强度要与前探梁的强度相匹配。人员必须在前探梁的

有效掩护下作业。前探梁到迎头的端面距不超过0.3m。必须保证人员在有效支护下作业。前探梁方木规格：长×宽×厚=3.7m×0.12m×0.12m（也可使用槽钢焊制，

方木规格：长×宽×厚=3.7m×0.1m×0.1m）。

（3）临时支护顺序

①迎头放炮后，洒水降尘；②用长把工具(≥2m) 敲帮问顶，摘除迎头危矸悬岩；③松前探梁方木仨，拿下方木；④松前探梁木仨，将后面的专用托梁及前

探梁吊环移至前排上紧，前移前探梁，其中两根前探梁端面距迎头不大于300mm，另一根前移至不影响放方木和放钢带、铺网为原则；⑤往前探梁上放后边一根方木；⑥往前探梁上放前边一根方木，往前探梁及方木上放钢带，铺顶网；⑦前

探梁连同钢带、网一同托起，将另一根前探梁移至端面距迎头不大于300mm；

⑧根据锚杆间排距和巷道中线将钢带调整到合适位置，涨紧网使两帮余留量对称；

⑨用板枇、木仨紧好前探梁方木，用木仨固定牢固前探梁。

（4）专用托梁安装、拆除措施

安装专用托梁时，人员在永久支护下施工，两人协作将专用托梁托起，并将

当排顶板中间两根锚索分别穿过托梁长圆孔，并在锚索下端加安锚具仨紧，保证

上下两锚具间隙大于托梁横筋厚度约1cm，以便于拆卸托梁时松卸锚具。

拆卸专用托梁时，人员在永久支护下施工，两人协作将专用托梁托起，然后

将两锚索下锚索松卸，将托梁取下。

六、补强支护

当顶板破碎严重时，采用小循环掘进，排距不得超过900mm。顶板破碎且易

形成网兜时，需要挂双网时，内层塑料网+外层10#金属菱形网，或单层8#金属

菱形网。

1、当顶板破碎且有淋水时，每排有一根中间锚索更改为长度不小于6000mm

的锚索，更改的锚索“之”字形布置。

2、当顶板破碎严重且有淋水时，隔排打设一组锚索桁架（保证每排1根补打锚索，锚索长度不小于6000mm），锚索“之”字形布置，锚索距帮1200mm。锚

索绳向巷道两侧倾斜，与铅垂线的夹角20-30°，锚索拖后放炮前迎头不大于2个

钢带空。

3、采用Φ17.8mm锚索布置仍不能有效控制顶板时，改用Φ21.8mm的锚索

或Φ22mm的注浆锚索（使用注浆锚索单独补充措施）。更改锚索后仍不能控制