淮北礦業股份****袁店一井煤礦
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設計名稱：1026機巷沿空掘進支護設計
主持人1026機巷沿空掘進支護設計
1、1026機巷預計於2023年2月20日沿空掘進施工，總長898公尺，跟煤層頂板施工。
2、巷道沿1025風巷掘進，西至-305m防水煤柱線,南為1026風巷。施工工藝採取綜掘機破煤掘進配合後運皮帶運輸方式。採用單班正規迴圈作業,中班、夜班各2個正規迴圈，早班1個正規迴圈。
1、煤層情況：本工作面10煤層賦存較穩定，煤層結構較簡單，煤層厚度2.30～5.70m，平均3.90m。煤層傾角7～17°，平均傾角10°。
2、頂底板岩性：頂板：10煤層直接頂板主要為泥岩，厚度0～2.
30。老頂一般以砂岩為主，厚度3.44～16.
65m。底板：10煤層直接底板為粉砂岩，厚0～1.
30。老底為細砂岩，厚度11.01～14.
02。3、圍岩類別：10煤頂板屬於ⅲ類圍岩，中等穩定，預計巷道頂板移近率為10％-20％，支護型式可選擇剛性錨桿。
4、構造情況：巷道施工過程中主要受1025f17 218°∠35°h=1.8m、1025f15 227°∠50°h=1.
0m和ef7 22°∠65°h=0-15m等3條斷層影響，加強頂板管理及瓦斯監測監控。
三、窄煤柱寬度計算
1026機巷屬中等穩定圍岩條件，合理窄煤柱寬度的確定可以從理論計算、工程實踐兩個方面綜合考慮。
（1）理論計算法
如果煤柱過窄，則開巷後煤柱易於迅速變形破裂而使錨桿安設在破碎圍岩中，使錨固力減弱、錨桿的支護作用降低。通過極限平衡理論研究認為，合理的最小煤柱寬度b為：
（1）式中：x1—因上區段工作面開採而在下區段沿空掘巷窄煤柱中產生的破碎區，其寬度按式（2）計算[3]。
（2）式中：x2—巷道窄煤柱一幫錨桿有效長度，再增加15%的富裕係數，m；
x3—考慮煤層厚度較大而增加的煤柱穩定性係數，按0.2(x1+x2)計算；
m—上下區段平巷高度，m；
a—側壓係數，a=μ/(1-μ)；
μ—泊松比；
φ0—煤體的內摩擦角，?；
c0—煤體的粘聚力，mpa；
k—應力集中係數，3左右。
γ—岩層平均容重，kn/m3；
h—巷道埋藏深度，m；
px—對煤幫的支護阻力，如上區段採空區側支護已拆除，可取px＝0。
對於中等穩定圍岩的沿空掘巷，最小煤柱寬度b值一般為3.5～6.0m。
（2）工程實踐分析法
沿空掘巷的窄煤柱設計具有很強的工程特徵，故合理的窄煤柱寬度還應考慮工程中的一些要求：
①錨桿的安設基礎。窄煤柱採用錨桿支護時，煤柱的寬度至少應大於錨桿的長度。現有條件下，錨桿一般長度多在2.4m左右，考慮到保留一定的寬度富裕係數，故要求窄煤柱的寬度應不小於3m。
②錨桿安設的可操作性。在留設窄煤柱條件下，錨桿支護中常會出現這樣的問題，當窄煤柱破壞較為嚴重時，錨桿鑽孔在鑿出後會出現塌孔現象，致使錨桿的安裝無法正常進行，故在實踐中應予以考慮。
（4）窄煤柱的最終確定
由以上研究可見，沿空掘巷採用錨桿支護時，窄煤柱的確定應充分考慮以下三個問題：
其一，對沿空掘巷的窄煤柱來說，靠上區段工作面採空側煤體中存在一定範圍的破碎區，當在巷道側窄煤柱中安設錨桿時，其寬度最好應能使錨桿位於採空側所形成的破碎區之外，這樣錨桿作用在較為穩定的煤體中，可以保證錨桿可靠的錨固能力。
其二，沿空掘巷的窄煤柱尺寸決定了巷道與上區段工作面回採空間的距離，從而決定了巷道受側向支承壓力的影響程度；同時，窄煤柱的尺寸也將直接關係到窄煤柱自身的承載能力。
其三，窄煤柱的寬度應能保證錨桿支護在操作上可行性。
綜上研究後認為，在巷道圍岩中等穩定條件下，窄煤柱較為合理的寬度在6.0m較為合適。
四、錨桿支護設計原則和引數選擇
1、錨桿支護設計原則
1026機巷矩形斷面掘進，淨寬（腰線）×淨高=4800×3200mm。
（1）高預應力原則
預應力是錨桿支護的關鍵因素，是區別錨桿支護是主動支護還是被動支護的引數，只有高預應力的錨桿才是真正的主動支護，才能充分發揮錨桿支護作用。
（2）「三高一低」原則
即高強度、高剛度、高可靠性與低支護密度原則。保證支護系統可靠，降低支護密度，減少單位面積錨桿數量，提高掘進速度。
（3）相互匹配原則
錨桿各個構件，包括托盤、螺母、鋼帶等的引數與力學效能應互相匹配，最大限度地發揮錨桿支護的整體支護作用。
（4）動態支護原則。
合理選取支護引數並在支護的同時進行監測工作,及時對資料進行分析處理,及時觀察分析地質條件的變化，以保證地質條件變化時能選擇經濟合理的支護引數來控制圍岩變形,保證巷道的穩定。
2、錨桿支護引數
（1）錨桿長度
錨桿長度應保證錨固區內形成乙個穩定的承載結構，具有足夠的承載能力，不至於出現明顯的離層、結構面滑動和裂隙張開等擴容變形，導致圍岩鬆散、垮落。錨桿長度的選擇應與錨桿預應力、直徑、強度相匹配，形成有效的支護系統，實現良好的支護效果。
錨桿長度lm用下式表示：
lm=（l1+ l2）/sina+ l3
式中：l1 為錨桿有效長度；
l2為錨桿錨固段長度，取1000mm；
a為錨桿與岩面夾角，取75°；
l3為錨桿外露長度，取100mm。
錨桿有效長度的確定l1：
l1應大於巷道圍岩鬆動破碎區高度h；h=l/2f
l為巷道跨度，取4600mm；f為圍岩堅硬係數，取3，h=750mm； l1取1000mm。
經計算，lm=2174mm，錨桿取2400mm。
（2）錨桿直徑
鑽孔直徑、錨桿直徑和樹脂錨固劑直徑應合理匹配，錨桿直徑和鑽孔直徑之差應控制在6～10mm之間。
g=krl1d2
式中：g為錨桿懸吊岩石重量，t/根；
k為安全係數，取2.5；
r為軟弱岩層密度，取2.8kn/m3；
l1為錨桿有效長度，取1000mm；
d為錨桿間距，取900mm；
經計算，g= 4.48t/根，小於規定錨固力8 t/根。
屈服強度計算：
根據公式：p1=πd2δ1/4
式中：p1為錨桿屈服強度，t/根；
d為錨桿直徑，取20mm；
δ1為20錳矽螺紋鋼屈服強度，取34kg/mm2；
經計算，p1=10.676 t/根，實際現場不應大於錨桿屈服強度的90%，即9.61 t/根，因g= 4.48＜9.61t/根,所以直徑為20mm錳矽螺紋鋼錨桿符合要求。
抗拉強度計算：
根據公式：p2=πd2δ2/4
式中：p2為錨桿抗拉強度，t/根；
d為錨桿直徑，取20mm；
δ2為20錳矽螺紋鋼抗拉強度，取52kg/mm2；
經計算，p2=16.328t/根
錨桿懸吊岩石重量小於錨桿的屈服強度和抗拉強度，錨桿直徑選擇合理。
（3）錨桿間距
根據懸吊理論，錨桿的錨固力應不小於錨桿懸吊範圍內圍岩的重量。
d=［q/（k×h×r）］1/2
=1.07m
式中：q為錨固力，取80kn；
r為軟弱岩層密度，取28kn/m3；
k為安全係數，取2.5；
h為軟弱岩層厚度，取1000mm；
根據經驗公式：
d＜l/2
d＜2800/2=1400mm
考慮到所使用m型鋼帶的規格，錨桿間距均取900mm。
（4）鑽孔
根據三徑匹配原則，鑽孔直徑與樹脂錨固劑直徑之差應為4～8mm。因此，選擇φ28mm的鑽頭進行鑽孔。
（5）錨固長度
錨固長度屬於加長錨固。
3、掘進支護方案
（1）煤錨支護斷面尺寸：淨寬×淨高=4800mm×3200mm(巷道右幫一致)；水溝為鐵皮水溝，淨寬×淨深=200×200mm。
（2）風水管路調至巷道左幫，吊掛高度距底板上1m；電纜調至巷道左幫，吊掛高度距底板上2m。
（3）錨桿規格：頂板及幫採用φ20×2400mm高強無縱筋左旋螺紋鋼錨桿，m托盤150×150×10mm；幫、頂錨桿間排距均為900×800mm；
（4）網片規格：巷道頂部採用1×5m 10#鍍鋅菱形鐵絲網，左幫採用1×50m 礦用高強護幫網，網片壓茬100mm，每隔200mm用14#鐵絲雙股綁紮牢固；右幫採用1×50m 礦用高強護幫網配合φ6×2100×900mm 鋼筋網，鋼筋網網格間距150×150mm，彎鉤連線，逢鉤必掛；
（5）錨索規格：φ17.8×8300mm，托盤200×200×10mm，間排距1800×1600mm，配合m4型鋼帶替換錨桿布置；
（6）距巷道右幫300mm打設一排木點柱，間距3.2m，木點柱小頭直徑不小於180mm，長3.5m，木點柱頂、底部加木墊板，木墊板規格400×200×50mm，滯後迎頭不超過30m。
（7）距巷道右幫300mm頂板打設一排錨索梁加固，錨索規格：φ17.8×8300mm，採用廢舊u29型鋼加工梁及托盤，梁長1800mm，眼距1600mm，托盤長200mm，錨索梁緊跟迎頭施工。
（8）巷道右幫及距右幫三分之一頂板範圍內噴漿封閉，噴厚100mm，砼強度c20。
（9）採用中空螺紋注漿錨桿對巷幫注水泥單液漿。注漿錨桿選用φ22mm鋼管加工，注漿錨桿長1200mm；杆體上順序鑽有φ6mm注漿孔，注漿孔90°交錯布置、間距500mm；採用快乾水泥封孔，注漿壓力1.5mpa，穩壓時間3～5分鐘。
注漿水泥採用p.o42.5普通矽酸鹽水泥，注漿錨桿採取「2121」布置，如附圖所示。
4、異常地段支護方案
（1）在斷層破碎帶附近及遇到頂板淋水等地質構造情況，使用u29型鋼梯形棚支護引數
採用u29型鋼梯形棚支架，搭接長度500mm，每個搭接處使用2副卡纜，壓力較大地段使用3副卡纜；棚距750mm，棚腿扎角78°；採用帶掛鉤鋼筋網笆配合竹笆片及鐵背板腰幫過頂，壁後採用半圓木或編織袋裝煤矸與幫頂接實，u型棚架設時棚與棚之間使用連線板與下限位卡纜相連線。
5、礦壓觀測
（1）錨桿支護巷道均要開展頂板岩性探查和支護效果監測工作，並按規定配齊、設定各類監測儀器（表）和工具。所有錨桿（索）必須實行編號管理，責任到人，以便於責任追究。
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