总第１８９期 ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５—２７９８．２０１５．０５．００７ 大断面巷道交叉处围岩支护设计 申明科 （潞安环能股份公司王庄煤矿，山西长治０４６０３１） 摘要：大断面巷道交叉处围岩变形控制是现代大型煤矿生产环节中的重大难题之一。王庄煤矿９１０１回 风巷车场和胶轮车大巷２都属于矩形大断面巷道，通过理论分析和现场实测对巷道交叉位置围岩变形特 征和控制参数进行研究。结果表明，顶板和巷道锐角拐角处由于应力集中系数高，围岩稳定性较差，岩体 较为破碎：以此为基础设计的锚网索支护方案现场实施后，两帮移近量最大为１５ ｍｍ，顶板下沉量最大为 １４ ｍｍ．控制效果较好。 关键词：交叉巷道；应力集中；支护方案 中图分类号：ＴＤ３５３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００５—２７９８（２０１５）０５—００２３—０２ Ｌａｒｇｅ Ｓｅｃｔｉｏｎｓ Ｒｏａｄｗａｙ ａｔ Ｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｒｏｃｋ Ｓｕｐｐｏｒｔ Ｄｅｓｉｇｎ ＳＥＨＮ Ｍｉｎｇ－ｋｅ （Ｃｈａｎｇｃｕｎ Ｃｏａｌ Ｍｉｎｅ ｏｆ Ｌｕｈｎ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｃｈａｎｇｚｈｉ ０４６０３ １，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｌａｒｇｅ ｓｅｃｔｉｏｎｓ ｒｏａｄｗａｙ ａｔ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｊｏｒ ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ ｉｎ ｍｏｄｅｒｎ ｌａｒｇｅ—ｓｃ＇，ｄｅ ｃｏａｌ ｍｉｎｅｓ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ．Ｗａｎｇ—ｚｈｕａｎｇ ｃｏａｌ ｍｉｎｅｓ ９１０１ ｒｅｔｕｒｎ ｙａｒｄ ａｎｄ ｒｕｂｂｅｒ—ｔｙｒｅｄ ｖｅｈｉｃｌｅ ｒｏａｄｗａｙⅡａｒｅ ｂｅ— ｌｏｎｇ ｔｏ ｌａｒｇｅ ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ ｓｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｒｏａｄｗａｙ，ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｃｒｏｓｓ ｔｈｅ ｒｏａｄｗａｙ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｌｏｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ａｎｄ ｆｉｅｌｄ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｒｏｏｆ ａｎｄ ａｃｕｔｅ ａｎｇｌｅ ａｔ ｔｈｅ ｃｏｒｎｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏａｄｗａｙ ｈａｖｅ Ｈｉｇｈ ｓｔｒｅｓｓ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｆａｃｔｏｒ，ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋ ｉｓ ｐｏｏｒ，ｔｈｅ ｒｏｃｋ ｉｓ ｃｒｕｓｈｅｒ．Ａｓ ａ ｂａｓｉｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅａｒ ａｎ— ｃｈｏｒ ｎｅｔ ｓｕｐｐｏｒｔ ｓｃｈｅｍｅ ｓｉｔｅ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ，ｒｏａｄｗａｙｇ ｓｉｄｅｓ ｍａｘｉｍｕｍ ｃｌｏｓｅｒ ｉｓ １５ｍｍ，ｒｏｏｆ ｍａｘｉｍｕｍ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ ｉｓ １４ｒａｍ， ｃｏｎｔｒｏｌ ｉＳ ｂｅｔｔｅｒ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｒｏｓｓ ｒｏａｄｗａｙ；ｓｔｒｅｓｓ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ；ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ｓｃｈｅｍｅ １巷道概况 王庄煤矿井下存在有较多的交叉巷道，而巷道 交叉点处顶板和两帮裸露面积大，且交叉巷道在施 工中会经过多次开挖，应力多次重新分布，交叉口位 置围岩应力集中程度较为严重，导致围岩稳定性差， 变形破坏严重，成为巷道支护较为困难的地点之一。 ９１０１回风巷车场和胶轮车大巷２交叉口位于 该矿８１采区内，两巷道问呈１５２。夹角，胶轮车大巷 交叉巷道进行围岩稳定性分析，并且提出支护方案。 一 ＼ １＼ ／ ｌ ＼｜ ＼＼’０／＼ ／ ／ ≤ 、 ＝ ／胶轮车大巷 ＼＼』 ５４０胶带大巷 …巷 轮车大巷： 坚 、胶轮车大巷２反掘段＼ ２东侧为设计巷道为＋５４０ ｍ胶带大巷。南端为实体 煤，西侧为回风大巷２设计巷道，北接９１０１运巷。 胶轮车大巷２正巷沿煤层底板掘进，巷道断面宽为 ｓ 图１ ９１０１回风巷车场和胶轮大巷２平面布置示意 ６．３ ｉｎ、高为４．６ ｍ，而９１０１回风巷车场巷道断面宽 为５．５ ｉｎ，高为３．５ ｍ，两巷道都属于矩形大断面巷 道，采用机掘方式掘进，如图１所示。文章将针对该 收稿日期：２０１５－０３—１８ ２围岩变形特征 胶轮车大巷２开挖后，围岩应力重新分布，随后 作者简介：申明科（１９７８一），男，山西长治人，助理工程师，从事生产技术工作。 ２３ ２０１５年５月 申明科：大断面巷道交叉处围岩支护设计 第２４卷第５期 ９１０１回风车场开挖后巷道交叉点处应力又进行了 重新分布，两条巷道的支撑压力区和顶板卸载区将 Ｄ≤告 （３） 交叉口处顶板、两帮锚杆采用高强度螺纹钢锚 发生相互叠加，巷道交叉形成一定角度的三角形区 域应力集中程度最高Ｉ】 ］，围岩承载能力降低．更 杆。将相关参数带入式（１）、（２）、（３）计算，确定顶 ，／ｌｍ，排距取 容易发生塑性破坏，当应力超过岩体的极限强度时， 板锚杆长度２ ４００ ｍｍ，锚杆直径２２ １围岩发生破裂、失稳现象。现场观测可知．９１０１回 １ ０００ ｍｍ，间距取８５０ ｍｍ，顶角锚杆距帮２００ ｍｍ． 风车场与胶轮车大巷２交叉处围岩与其它没有交叉 顶角锚杆向两帮倾斜１５。角打设，每排打设７跟锚 点的巷道围岩相比，围岩较为破碎，变形较大。 胶轮车大巷２ 图２ ９１０１回风巷车场和胶轮大巷２交叉口处不意 查阅相关资料可知，两巷道交叉角度为９０。时， 交叉中心线两侧的位移等值线基本相同．３０。时巷道 位移等值线向交叉段锐角侧偏移现象最为明显，而 且巷道拐角处围岩的应力集中系数最大『３］。由图２ 所示，９１０１回风车场与胶轮车大巷２交叉口处右侧 为锐角，角度为２８。，最为接近３０。，巷道位移向该处 偏移的程度最大，而且此巷道拐角处承压面积较小， 应力集中系数大，围岩破碎程度严重，变形量大，是 首要加强支护的部位；而该巷道交叉口处左侧为钝 角，角度为１５２。，角度较大，巷道位移向该处偏移的 程度不明显，巷道拐角处承压面积较大，应力集中系 数较小，与锐角侧相比围岩破碎程度较轻，变形量较 小 ３支护设计 针对交叉巷道特点必须采取主动支护方式，充 分发挥锚杆、锚索的主动支护作用和破碎围岩的自 承能力，使支护体与围岩耦合成为一体，从而提高支 护效果。 ３．１锚杆支护设计 锚杆长度计算公式： Ｌ＝Ｌ１＋￡２＋Ｌ３ （１） 式中： 为锚杆长度，ｍｍ；Ｌ 为锚固长度，取 ４００ ｍｍ；Ｌ：为松动圈范围，交叉Ｅｌ处实测值为：顶板 Ｉ．７—１．９ ｍ，两帮１．３—１．５ ｍ；Ｌ 为锚杆外露长度， 取１００ ｍｍ。 锚杆直径计算公式： ｒ ｄ （２） 锚杆间排距计算公式： ２４ 杆；两帮锚杆长度２ ０００ ｍｍ，锚杆直径２０ ｍｍ，由上 文分析可知，巷道交叉口锐角侧巷道壁位于三角应 力集中区边缘，应力集中系数较大，易失稳，须要加 强支护，每排采用６根锚杆，间距取６５０ ｍｍ．另一侧 为交叉口钝角侧巷道壁，相比较为稳定，因此每排４ 根锚杆，间距取９５０ ｍｍ，排距均为１ ０００ ｍｍ。 锚杆锚固力不小于１２７ ｋＮ．预紧力不小于 ３００ Ｎ・ｍ，锚杆为树脂药卷加长锚固，每根锚杆采 用Ｚ２３３５、Ｚ２３６０型药卷各一支。铺设金属网和 Ｄ１４ ｍｍ×３ ３００ ｍｍ×８０ ｍｍ圆钢焊制双筋双梁钢 筋梯子梁，采用１５０ ｌｆ１．ｍ×１５０ ｍｍ×１０ ｍｍ的锚杆托 板。 ３．２锚索支护设计 锚索锚固长度计算公式： Ｌ。 １Ｄ ｍ （４） 厶●●』Ｌ Ｊ 式中：Ｐ 为设计的锚固力，取锚索的破断荷载 ２６０ ｋＮ；Ｒ为锚索孔半径，取２５ ｍｍ； ｒ为锚固剂与孑Ｌ 壁的粘结强度，取１．３ ＭＰａ。 锚索长度计算公式： Ｌ０＝Ｌ ＋Ｌｂ＋Ｌ （５） 式中： 为锚索长度，ｍ；Ｌ 为锚索锚固长度， ｍ；Ｌ 为需悬吊不稳定岩层厚度，取７ ｍ；Ｌ 为锚索 外露长度，取０．３ ｍ。 交叉口处采用直径１８．９ ｍｍ大孔径预应力锚 索。将相关参数带人式（４）、（５）计算，确定锚索长 度为９．３ｍ，锚索加强支护为每２ ｍ布置一排两根大 孔径预应力锚索，锚索预紧力２００ ｋＮ。由上文分析 可知，胶轮车大巷２沿巷道交叉口开口处顶板裸露 面积大，应力集中，稳定性较差，因此对该处应增加 支护强度，在胶轮车大巷２垂直与原顶板钢筋梯子 梁再布置一排从交叉口钝角侧开始到锐角侧结束的 钢筋梯子梁，同时每１．６ ｍ布置１根大孑Ｌ径预应力 锚索。从交叉１５开始，随着巷道开口三角区断面不 断变大，顶板钢筋梯子梁由１ ｍ逐渐增加到５．３ ｉｎ； 锚杆由１根逐渐增加到７根；锚索由每两排１根增 加到每两排２根。 锚索采用的树脂药卷型号为（ＣＫ＋Ｚ）２３６０一 支，Ｚ２３６０两支，每根锚索配套 （下转第３８页） ２０１５年５月 张瑞生：楔形绳环楔子专用卸载器的设计与应用 第２４卷第５期 ２） 楔子专用卸载器采用风炮作为动力，解放 了人力．提高了效率和矿井自动化水平。 ３） 楔子专用卸载器可根据楔形绳环规格不 同进行尺寸重新设计，通用性强。且制造成本低。 短了８ ｈ以上，大大缩短了设备检修时间。 社会效益及推广前景：楔形绳环是多绳或单绳 提升容器的钢丝绳悬挂装置，目前国内大部分矿井 提升机钢丝绳使用此类型的楔形绳环，本楔子专用 卸载器有广阔的市场前景。 参考文献： ［１］ 于明灿．新型拆楔形绳环器具的设计与应用［Ｊ］．矿山 机械，２０１３（１１）：１３８—１３９． ７经济效益或前景 安全效益：采用风动扳手作业，避免了井筒高空 作业时人工猛烈挥动大锤，有效地保证了作业人员 的人身安全和相关设备的安全。 经济效益：单个楔形绳环楔子卸载作业由原先 的２ ｈ缩短到１０ ｍｉｎ以内，使整个调绳检修作业缩 ［责任编辑：王伟瑾］ ◆一◆－＋ ◆－◆一◆－＋－◆一◆－－● －◆－◆一－ －◆－－◆。◆。◆－４ｂ－ －◆－◆。◆－。・● －．－◆－◆－－，ｏ－￣－，ｏ，－－◆。◆－．－．－．－◆－ ｓ刁 ｓ （上接第２４页）使用一块规格为３００ ｍｍ Ｘ ３００ ｍｍ ｘ １套。 ３．３帮、顶网铺设 顶板下沉量最大为１４ ｍｍ。从现场支护实施效果来 量，大大提高了围岩自身的稳定性和抵抗变形的能 力。 １６ ｍｍ。拱高不得低于６０ ｍｍ的锚索托板１块，锁具 看，采用锚网索支护方案加强围岩强度、控制位移 金属网采用１６号铅丝，梳辫方式。双丝双扣，不 小于３圈，孔孔相联。顶网规格：１．Ｏｍ Ｘ ５．５ｍ小格 ４结语 型金属经纬网。帮网规格：１．Ｏｍ×３．５ｍ小格型金 属经纬网。 的支护设计如图３所示。 １） 在巷道交叉中心点附近的巷道顶板裸露面 积较大，稳定性较差，巷道交叉点处锐角侧巷道壁位 岩破碎较为明显，都需要加强支护。 ９１０１回风车场与胶轮车大巷２交叉口处巷道 于三角区域应力较为集中，屈服破坏的面积较大．围 ２） 在对巷道交叉位置围岩变形特征分析的基 础上，优化支护方式和增加锚杆、锚索的支护密度， 从而达到加强支护的目的。 ３） 设计的支护方案实施后。交叉巷道围岩顶 板和两帮的位移量均显著减小。达到了预期的支护 效果 参考文献： ［１］钱鸣高，石平五，许家林．矿山压力与岩层控制［Ｍ］．徐 州：中国矿业大学出版社．２０１０． 图３ ９１０１回风巷车场和胶轮车大巷 交叉口处顶板平面支护 ［２］朱建明，徐金海，张宏涛．巷道围岩大变形机理及控制 技术研究『Ｍ］．北京：科学出版社，２０１０． ３．４矿压观测 ［３］曹１３红，曹平，林航，等．巷道交叉段围岩变形规律 在９１０１回风巷车场和胶轮车大巷２交叉中心 及安全度分析［Ｊ］．采矿与安全工程学报，２０１３，３０ （５）：７２８—７３４． 点处布置顶板离层仪，两帮处设立位移观测点。观测 频率为每天观测１次。通过观测，支护未完成前巷 道两帮移近量最大为２３ ｍｉｌｌ，顶板下沉量最大为 ２０ ｍｍ，支护完成后巷道两帮移近量最大为１５ ｎｌｍ． ［责任编辑：王伟瑾］ ３８