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来源：北京智宏科信科技发展有限公司
矿井位于山西省忻州市，首采工作面开采5号煤层，5号煤层赋存于石炭系上统太原组下部，是井田的最下一层主要可采煤层，煤厚4.60～13.90m，平均10.50m，属特厚煤层，煤层倾角25º～35º，含1～2层夹矸，顶板岩性为泥岩或砂质泥岩、粉砂岩，底板岩性为砂质泥岩、泥岩或细粒砂岩，全井田可采。
首采工作面煤层厚度平均10.5m，煤层倾角平均30°，根据试验测定，5号煤容重平均1.395t/m3，硬度系数0.15~0.19，平均0.17；煤层直接顶板为一层2.3m左右的灰岩，抗压强度69.04MPa，其上为一层7.7m左右的砂质泥岩，抗压强度28.88MPa，直接底板岩层砂质泥岩厚度10.2m，抗压强度平均24.13MPa。
矿井为低瓦斯矿井，煤尘具有爆炸性，5号煤层属Ⅱ级自燃煤层，发火期4～6月。矿井设计产能120万t/a，一井一面达产，工作面设计采用综放开采，采高2.6m，放煤高度7.9m，采放比1:3，设计截深0.6m，放煤步距1.2m，两刀一放。
矿井首采面采用倾斜-圆弧过渡-水平的布置方式，工作面上顺槽巷道沿煤层底板布置，下顺槽巷道沿煤层顶板布置。
针对现场实际，结合国内知名专家提出的支护理念，提出以下设计原则：
⑴一次支护原则。锚杆支护应尽量一次支护就能有效控制围岩变形，避免二次或多次支护。
⑵高预应力原则。高预应力是锚杆支护实现主动支护的关键，只有较高的预应力才能充分发挥锚杆支护的作用，才能提高锚杆和托板等组成的锚固体的整体刚度与强度。
⑶“三高一低”原则。采用高强度、高刚度、高可靠性锚杆与低支护密度相结合，能够实现在保证支护系统可靠性的基础上，降低锚杆使用量，提高掘进速度。
⑷相互匹配原则。锚杆及其配套的各构件的参数与力学性能应当匹配，锚杆与锚索的参数与力学性能应当匹配，以利于整体支护效能的发挥。
⑸可操作性原则。支护设计应具有较强的可操作性，以利于现场施工及管理。
1）上顺槽巷道
由于煤层较软，现场采用半圆拱形断面时，综掘机一次成形困难，且支护要求最右侧锚索必须达到13m以上才能锚固到顶板岩层范围，软煤施工困难；后续工作面回采时超前支护较困难，在综合考虑矿方意见和梯形断面（套棚）方案的基础上，优先采用梯形断面（套棚）方案。
矿方采用柴油动力单轨吊，要求宽度1800mm（包括安全间隙），考虑掘进期间的皮带安装架1800mm，皮带与巷边500mm安全间隙，则梯形巷道中宽（净宽）为1800+1800+500=4100mm。单轨吊安装要求巷道净高不低于3200mm，按棚腿角度80°考虑，据此确定上宽（净宽）为3500mm，下宽（净宽）为4700mm。考虑到软煤体变形和套棚的要求，巷道毛高确定为3500mm，按棚子宽度200mm进行考虑，据此确定梯形断面毛宽上宽3900mm，毛宽下宽5100mm。
由此确定上顺槽梯形断面（套棚）巷道掘进毛断面上宽3900mm，下宽5100mm，毛高3500mm，掘进断面15.75m2。
2）下顺槽巷道
下顺槽为运输顺槽，考虑到煤层倾角30°，且下顺槽沿顶板布置，下顺槽断面优先设计为矩形断面，其次为异形断面。其中矩形断面考虑破顶、留顶煤两种方案。在矿井进行的探巷掘进过程中沿顶板进行，由于煤层较软，发现留顶煤困难。下顺槽巷道断面只能考虑破顶矩形和不留顶煤异形两种断面。
若下顺槽巷道采用异形断面，按安装单轨吊和正常生产时铺设皮带等要求，巷道毛宽4700mm，按30°倾角考虑，则矮帮至少为1800mm，高帮达到4300mm，高帮为靠近工作面侧，现场维护将十分困难，且超前支护较难解决，而采用破顶留设矩形断面，虽然掘进期间直接顶较硬，破岩成本相对较高，但后期工作面期间的超前管理变得简单，且支护容易，综合分析认为采用破顶矩形断面设计最佳。
确定下顺槽矩形断面巷道掘进毛宽4700mm，毛高3500mm，掘进断面16.45m2。
3）工作面切眼
根据配套要求，开切眼设计断面为矩形，毛宽8.2m，毛高2.8m。分两次掘进，第一次掘进毛宽4.5m，第二次扩帮至设计断面。
1）顶板支护
⑴锚杆形式和规格：杆体为Φ22mm左旋无纵筋500号螺纹钢筋，长度2.5m，杆尾螺纹为M24，螺纹长度150mm，配高强度螺母。
⑵锚固方式：树脂加长锚固，采用两支锚固剂，一支规格为CK2340，另一支规格为Z2388。钻孔直径为30mm，锚固长度为1200mm。
⑶钢带规格：采用W型钢带，厚度5mm，宽280mm。当顶板在掘进过程中出现较严重程度的冒落，导致架设W型钢带困难时，可采用Φ14mm圆钢焊接的钢筋梯来替代W型钢带，梯子的宽度为80mm。
⑷托盘：采用拱型高强度托盘，规格为Φ130mm×8mm蝶形。
⑸锚杆角度：如图1所示。
⑹网片规格：采用金属网护顶，菱形金属网由10号铁丝编织而成，网孔规格50×50mm。
⑺锚杆布置：锚杆排距800mm，每排5根锚杆，间距800mm。
⑻锚杆预紧扭矩：达到180N·m以上。
⑼锚索形式和规格：锚索材料为Φ17.8mm，高强度低松弛预应力钢绞线，长度8.3m，树脂加长锚固，采用两支CK2340和两支Z2388树脂药卷锚固，锚固长度2416mm。
⑽锚索布置：采用每排两根和每排一根交错布置，排距800mm。锚索安装在两排锚杆间顶板中部，垂直巷道轮廓线。用400mm×400mm×12mm高强锚索托板。
⑾锚索张拉预紧力：200~250kN。
2）巷帮支护
⑴锚杆形式和规格：杆体为Φ20mm左旋无纵筋500号螺纹钢筋，长度2.0m，杆尾螺纹为M22，螺纹长度150mm，配高强度螺母。
⑵锚固方式：树脂加长锚固，采用两支锚固剂，一支规格为CK2340，另一支规格为Z2388。钻孔直径为28mm，锚固长度为1200mm。
⑶钢带规格：采用W型钢带，厚度5mm，宽280mm。也可采用Φ14mm圆钢焊接的钢筋梯来替代W型钢带，梯子的宽度为80mm。
⑷托板：采用拱型高强度托盘，规格为Φ130mm×8mm蝶形。
⑸网片规格：采用菱形金属网护帮，网孔规格50×50mm。
⑹锚杆布置：锚杆排距800mm，每排每帮5根锚杆，间距为750mm。
⑺锚杆角度：如图1所示。
⑻锚杆预紧扭矩：达到180N·m以上。
设计采用梯形断面套棚支护，棚子每米架设一架。巷道支护方案如图1所示。
图1 上顺槽巷道支护方案图
基本支护和所用材料与上顺槽巷道一致，巷道支护方案如图2所示。
图2下顺槽巷道支护方案图
锚杆索等支护材料与前述基本一致，因切眼断面较大，在形成刷大巷道后要用单体支柱配合3600mm“π”梁进行支护，单体支柱排距为1.6m（掘进方向），间距为第一根单体距后方煤柱侧900mm，第二根在第一根前方2400mm，第三根在第二根前方1600mm，第四根在第三根前方2400mm。切眼巷道支护方案如图3所示。
图3 切眼支护方案图
两条顺槽巷道采用综掘机实现顺利掘进，切眼采用人工风镐施工实现顺利掘进。工作面切眼刷扩时采用分段台阶导硐式施工，每段施工长度12-20m，自下向上施工，每段下部设置台阶挡板，段内分两层采用人工风镐掘进施工，先施工上层1.8m高度左右，完成顶板支护，再掘进下层，完成巷帮支护。
现场采用上述技术，顺利实现大倾角松软特厚煤层综放面巷道掘进与支护，工作面已经完成综放设备安装。
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