摘要：隨著礦井開采深度的延深以及成熟綜采技術的推廣和應用，我礦現(xiàn)階段使用的圓鋼麻花式錨桿全斷面支護方式從支護安全上已無法滿足越來越復雜的地質條件，同時在綜采回采時因錨桿卷入截割滾筒造成設備損傷及安全隱患等矛盾也日益突出。通過計算研究、現(xiàn)場實驗和反復論證，在綜采工作面準備巷道掘進支護時合理選用多類型的錨桿相結合的支護方式即能保證支護的合理、有效，同時降低對綜采設備的損傷和危害，在確保安全的同時降低成本和設備損耗，為多類型錨桿組合支護方式在集團所屬礦井掘進巷道支護中推廣提供有力的技術保障和科學的依據(jù)。
前言
一九三〇煤礦于1988年12月投產至今，礦井設計生產能力60萬噸/年，實際核定生產能力81萬噸/年，主要生產優(yōu)質焦煤?，F(xiàn)階段礦井在開拓和掘進巷道頂、幫均使用圓鋼麻花式錨桿進行永久支護，圓鋼麻花式錨桿為礦區(qū)維修中心自制。為了在煤巷、半煤巷（統(tǒng)稱煤巷，下同）中科學、規(guī)范、有效地進行錨桿支護，提高質量、保證安全，促進礦井煤巷錨桿支護技術的發(fā)展，通過仔細計算、現(xiàn)場實驗和反復論證，最終選取了安全可行的多類型錨桿組合支護方式。
1掘進巷道布置概況
以一九三〇煤礦炮掘的37123運輸巷為例。此巷道位于礦井一采區(qū)西翼，巷道沿7號煤層頂板掘進。煤層厚度為1.8～2.2m，平均2.0m；煤層傾角18°～26°，由西向東煤層傾角逐漸增大；煤層直接頂為含礫粗砂巖，平均厚度3.6m；老頂為粗砂巖，厚度8.3m左右；底板為粉砂巖，平均厚度2.7m。
7#煤層屬中厚煤層，巷道設計斷面為斜梯形，巷道掘進寬度3.7m，下幫高度2.0m，巷道凈斷面積為9.8m2。巷道兩幫及下幫側底板為煤體，容重1.35t/m3，巷道圍巖為Ⅰ類，屬非常穩(wěn)定圍巖，頂?shù)装逡屏縣<200mm，巖石硬度f>6；巖性完整性較好。
圍巖性質及煤層特征：7#煤層系侏羅系八道灣組煤系地層中的可采煤層，平均傾角為22°，平均厚度2.0m。頂、底板巖性特征。
7號煤層直接頂板為粗砂巖，比重2.94g/cm3，天然容重2.85g/cm3，含水率3.06%，飽和狀態(tài)下單向抗壓強度37.2Mpa，天然狀態(tài)下單向抗拉強度2.6Mpa，軟化系數(shù)0.74；直接底板為粗砂巖，比重2.58g/cm3，天然容重2.42g/cm3，含水率6.20%，飽和狀態(tài)下單向抗壓強度4.1Mpa，天然狀態(tài)下單向抗拉強度2.0Mpa，軟化系數(shù)0.26。
2選用錨桿支護參數(shù)計算
錨桿支護發(fā)揮加固拱作用和懸吊作用，使復合頂板內的各煤巖體與錨桿緊固形成一個所謂的"組合梁"，從而提高頂板巖層的抗彎強度，減少各巖層層面滑移、離層和冒落的機率，從而保證巷道的穩(wěn)定性。
2.1現(xiàn)階段錨桿支護概況
37123運輸巷現(xiàn)階段巷道頂、幫均使用圓鋼麻花式錨桿進行永久支護。通過計算確定：頂板每排四根錨桿，錨桿間排距為1.0×1.2m；上幫每排三根錨桿，間排距為1.0×1.2m；下幫每排兩根錨桿，錨桿間排距為1.0×1.2m；均使用Φ16mm長度1.6m的圓鋼麻花式金屬錨桿。錨桿支護距迎頭最小距離0.3m，最大距離2.7m。
2.2錨桿長度選型計算
（1）按巷道跨度及圍巖影響進行計算：L=N（1.1+n/10)=1.47（m）
式中：N-圍巖影響系數(shù)，取1；n-為巷道跨度；
（2）按懸吊原理進行計算：L＝ＫＨ+Ｌ1+Ｌ2＝2×0.5+0.6+0.1＝1.7（m）
式中：L-錨桿長度，m；Ｋ-為安全系數(shù)，一般取2；Ｌ1-為錨桿錨入穩(wěn)定巖層的深度，一般按經驗取為0.6m；Ｌ2-為錨桿在巷道中的外露長度，取0.1m；Ｈ-易冒落巖層厚度或冒落拱高度，根據(jù)地質資料和37122運輸巷掘進情況來看，局部冒落高度均在0.5m以下。
由計算可知，兩幫選用Φ18mm長度1.6m的樹脂錨桿，頂部選用Φ16mm長度1.8m的等強全螺紋金屬錨桿滿足錨桿長度的支護要求。
2.3錨桿直徑的確定
金屬錨桿支護系列
錨桿直徑根據(jù)經驗公式：d=1/110×L=1/110×1.7=15.45（mm）
式中：L-錨桿長度，選取3.2-（2）計算值，mm
由計算可知，頂部錨桿直徑取16mm，兩幫錨桿直徑取18mm。
2.4錨桿間、排距的確定
2.4.1頂部錨桿間、排距的確定
φ16mm等強全螺紋金屬錨桿：桿體抗拉力≥98KN，桿體螺紋承載力≥75KN，錨固力≥75KN，為75kg/mm2，巖石密度2850kg/m3。
每根錨桿懸吊巖石重量：1.8S×2850=5130
即，S=75000/5130×9.8=1.49㎡；
式中：S為每根錨桿支護面積=錨桿間距×錨桿排距
錨桿采用矩形布置，取間排距為：1.2×1.2m，可以滿足要求。
2.4.2兩幫錨桿間、排距的確定
兩幫錨桿支護選用Φ18mm長度1.6m的樹脂錨桿進行支護，間排距參數(shù)計算如下：
錨桿承載能力為：Q=45KN；P=NQ
根據(jù)煤幫跨落時，對錨桿載荷為P=DR
1.6S×1.4×9.8×103=21952S
式中：D-垮落體積=1.6S；S-每根錨桿支護面積；R-煤的比重1.4t/m3；N為安全系數(shù)取0.9。
S=NQ/1.6R=0.9×45000/21952=1.84m2
根據(jù)計算每根錨桿支護面積為1.84m2，間排距選擇1.2×1.2m，可以滿足要求。
3錨桿支護方式的確定
本巷道永久支護：頂板采用Φ18mm長度1.8m的等強全螺紋金屬錨桿，兩幫采用Φ18mm長度1.6m的樹脂錨桿配合金屬網(wǎng)、鋼帶進行錨網(wǎng)梁支護。通過以上計算確定，本巷道頂板每排三根錨桿，錨桿間排距為1.2×1.2m。上幫每排三根錨桿，間排距為1.2×1.2m。下幫每排兩根錨桿，錨桿間排距為1.2×1.2m，錨桿距迎頭最小距離0.3m，最大距離2.7m。詳見支護斷面圖
4配套支護材料選擇
4.1金屬網(wǎng)規(guī)格選擇
考慮到7號煤體在支承壓力作用下巷道兩幫易產生塌落及片幫，為防止這種現(xiàn)象發(fā)生，煤巷支護除錨桿以外，還需鋪設金屬網(wǎng)。金屬網(wǎng)除可防止圍巖及煤體的塌落和片幫以外，還將錨桿之間松動的圍巖壓力進行傳遞，使得錨網(wǎng)支護結構受力均勻。
金屬網(wǎng)均選用10#鐵絲編制成的菱形網(wǎng)，網(wǎng)片規(guī)格為3300×1500mm。網(wǎng)片之間必須保證壓接20mm，并做到用扎絲每150mm聯(lián)一扣將網(wǎng)片聯(lián)好。
4.2鋼帶敷設要求
巷道兩幫及破碎處頂部采用錨網(wǎng)梁進行支護。鋼帶的作用是：一方面能保持頂板的平整，另一方面將頂板錨桿連結起來，形成一個支護結構，當頂板某一錨桿失效時，因鋼帶的作用仍能保持對頂板圍巖的有效支護。鋼帶梁：采用Φ12mm的圓鋼加工成。
4.3錨桿其它附件及選型
錨固劑：采用型號為Z3535中速合成樹脂錨固劑，直徑35mm，長度為350mm。
托板：金屬托板采用100×100×5mm的鐵托板，中心孔直徑為18.5mm；竹托板用竹質材料制成，規(guī)格為300×300×50mm，中心孔直徑為18.5mm。
5煤巷采用等強全螺紋金屬錨桿及樹脂錨桿支護優(yōu)點分析
5.1現(xiàn)場應用
通過在37123運輸巷的現(xiàn)場應用，配合頂板離層觀測儀和巷道頂?shù)装寮皟蓭鸵平坑^測。37123運輸巷施工完畢后巷道成形及支護狀況良好，未發(fā)生垮幫、滑幫或是頂板下沉量超標現(xiàn)象。隨著37123備采面的形成，通過綜采工作面回收、安裝以及回采效果來看，兩幫采用樹脂錨桿支護避免了在使用金屬錨桿時存在一系列安全問題，同時通過加強對頂部錨桿配件的回收，大大降低了巷道支護成本，提高了二次利用率。
5.2多類型錨桿組合支護方式優(yōu)點分析
1、頂部采用等強全螺紋金屬錨桿的優(yōu)點
?、倏估瓘姸雀撸浩胀▓A鋼麻花錨桿的抗拉力Φ16mm為7噸左右，Φ18mm的為8.5噸左右，而Φ16mm等強全螺紋金屬錨桿抗拉力11噸左右，是同等直徑圓鋼麻花錨桿抗拉力的1.5倍以上。理論上：同面積巷道等強錨桿的使用量為圓鋼錨桿使用量的70%左右。
?、诙位赜寐矢撸旱V井現(xiàn)在使用的圓鋼麻花錨桿因宜銹蝕、變形回用率較低且螺母、托板等附件也不能回收；而等強度錨桿由于螺距較寬，只需要將桿體校直即可再次使用，螺母、托板等附件也能回收。
?、壑ёo有效率高：煤巷出現(xiàn)脫層、偏幫時，圓鋼麻花錨桿由于受尾部螺紋長度的限制導致支護失效，需充填托板或補打錨桿。等強全螺紋錨桿只需要繼續(xù)擰緊螺帽就可以有效支護，從而降低了工人的勞動強度，提高了工作效率同時也降低了成本。
④運輸損壞率低：圓鋼麻花錨桿在裝運卸車過程中由于擠壓、碰撞導致尾部螺紋損壞，螺帽無法安裝，一般損壞率在5%左右；等強全螺紋金屬錨桿螺距寬，螺紋不易損壞，使用率較高。
?、菥C合使用成本低：等強全螺紋金屬錨桿支護強度高，回收復用率高，使用方便，巷道維護投入成本低。
2、兩幫采用樹脂錨桿支護
?、偈褂脴渲^桿在回采期間采煤機截割煤體時不易造成截齒損傷；
?、诮饘馘^桿桿體卷入采煤機滾筒后取出困難，而采用樹脂錨桿后采煤機滾筒可直接截割煤體；
?、劢饘馘^桿隨原煤外運時威脅運輸設備安全運行，人力清運則增加勞動強度。使用樹脂錨桿不會存在上述問題。
④采煤機截割金屬錨桿易產生火花，造成安全隱患，使用樹脂錨桿不存在此類安全隱患。
6支護效果分析
煤巷通過采用等強全螺紋金屬錨桿及樹脂錨桿支護與原有支護方式相比：一是巷道整體變形量較小，斷面收縮率有所降低，因此這種支護方式較好的保持了巷道的穩(wěn)定。由以上結果可以看出，在煤層的巷道中，采用此支護方式比圓鋼麻花式錨桿支護的效果好；二是頂部錨桿回收率提高的同時降低了巷道支護成本；三是兩幫樹脂錨桿的使用在回采期間不易造成截齒損傷的同時消除了安全隱患等。通過數(shù)月的現(xiàn)場實驗，確定此巷道支護方式能有效地解決和改進礦井原有支護方式存在的安全隱患，值得在集團公司所屬礦井中推廣應用。
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