山西马军峪常信煤业有限责任公司井下9+10#煤层巷道支护设计.doc

毕业设计(论 文)graduate design (thesis)设计（论文）题目 矿井支护设计 学 生 教学中心 山西省沁源县教师进 修学校奥鹏学习中心 专 业 采矿工程 指导教师 二一三年 3 月 1 日山西马军峪常信煤业有限责任公司井下9+10#煤层巷道支护设计一、概 况：山西马军峪常信煤矿井下9+10#煤层赋存于太原组中下部l1石灰岩之下，上距8#煤层55.9369.93m，煤层厚度1.793.50米，平均为2.83m，为全井田稳定可采煤层。煤层结构简单至较复杂，一般不含夹矸或含二层夹矸。从北向南逐渐变薄，中东部最薄，厚度为2.30m左右。总体属泥岩及砂岩稳定可采煤层。煤层顶板为石灰岩，底板多为泥岩，局部为粉砂质泥岩及砂岩。巷道设计宽度通常为3.04.5米（切眼为6.06.5米），高度通常为2.63.0米。二、支护设计：（一）、巷道围岩变形趋势巷道在开掘以后，巷道围岩将发生如图所示趋向的应力场。巷道支护的目的就是有效地控制巷道围岩的变形，以达到安全生产的目的。（二）、锚杆支护用解析法确定单体锚杆的支护参数锚杆长度l的确定：l=l1+l2+l3式中：l1锚杆外露长度，考虑钢筋梁支护，l1取65，确定l1取值为65；l2l2有范围易调查确定的易碎直接顶厚度，8#煤层顶板围岩属于、类较稳定或中等稳定围岩，l2取值范围为4001500。 l3深入稳定岩层长度，按锚固粘结力（dcl3）等于杆体屈服或拉断承载力（）而得的公式估算：l3=495 式中： d锚杆直径，18（事先假定使用18锚杆）； 2杆体材料的设计抗拉强度，18螺纹钢锚杆设计抗拉强度为550mpa。 c锚杆与树脂的粘结强度，螺纹钢取5.0mpa。所以锚杆长度确定为l=l1+l2+l3=65+（4001500）+495=9602060取中间值确定锚杆长度1700。 锚杆直径d的核定按锚杆杆体承载力与锚固力等强度原则确定锚杆直径d锚杆锚固力q等于锚杆杆体承载力p，p=，由p=q得：式中：q按通常锚固力拉拔试验数据取7t=68600n； t锚杆杆体材料的设计抗拉强度，按普通低碳钢抗拉强度取值420 mpa。所以锚杆直径选择为18大于14.4可满足支护需要。锚杆间、排距根据每根锚杆悬吊载荷大小确定锚杆间（a）、排距（b），即锚杆悬吊岩石载荷（g=abl2）大于或者等于锚杆的锚固力（q）。考虑安全系数k的情况下qkl2ab 则： ab式中：a、b锚杆间、排距，；q锚固力，吨。（根据经验拉拨验试710吨，取7吨）8#煤层顶板石灰岩平均容重，吨/3，查表取2.5k安全系数，一般取k=1.31.8；考虑到石灰岩较稳定，k=1.3l2巷道顶板岩体潜在破碎带高度，取0.41.5则： ab ab ab1.961.51.3从计算结果可知，9+10#煤层顶板为稳定型及中等稳定型石灰岩类顶板，采用181700左旋螺纹钢锚杆，间排距为15001300，配合钢筋梁支护8#煤层顶板，可满足支护需要并提高支护安全系数，能够达到预期支护目的。（三）、钢筋梁设计钢筋梁由本矿自行加工供应，使用14钢筋加工制作，设计图如下：图1 型钢筋梁设计图图2 型钢筋梁设计图图3 型钢筋梁设计图（四）、护帮锚杆根据以往支护经验确定，采用181700麻花头锚杆配合铁托盘将菱形金属网固定在巷道帮，排间距为11001500mm。（五）、锚索支护9+10#煤层顶板为坚硬稳定的石灰岩，原则上不考虑采用锚索支护，除遇节理发育、地质构造带等顶板破碎或大断面掘进、悬顶面积较大等特殊情况下采用锚索支护。锚索型号选用15.244000、15.246000两种，配合相应锁具与铁托板。三、锚杆支护材料1、锚杆锚杆杆体为18#左旋无纵筋螺纹钢筋，锚杆专用钢材，钢号为bhrb400。杆体公称直径为f18mm，极限抗拉强度为570mpa，极限破断拉力为156kn，屈服强度为400mpa，屈服拉力为109kn，延伸率为18%。杆尾螺纹规格为m20mm，采用滚压加工工艺成型。所有锚杆采用拱型高强托板，规格为1001008mm，配合m203高强螺母、高强托板调心球垫和尼龙垫圈。2、钢筋梯梁净宽为50mm，采用14号圆钢焊接而成。3、树脂药卷采用低粘度树脂药卷，型号为： k2335（即直径为f23mm，长度为350mm，固化时间为快速的低粘度树脂药卷），z2360（即直径为f23mm，长度为600mm，固化时间为中速的低粘度树脂药卷）。4、锚索锚索采用17股钢绞线，直径为15.24mm，延伸率4。四、井下施工工艺和安全措施井下施工是该项目的关键部分，所以必须按照设计要求，保证施工质量。1、 施工机具本次试验所需施工机具如表1所列。采用myt-150钻机打孔，安装锚杆。配套钻杆直径为26mm，钻头为f28mm。表1施工所需机具名称型号数量 锚杆钻机 myt-1503台 钻杆 f26mm，1.0m30套 钻杆 f26mm，2.0m30套 钻头 f28mm 200个2、施工前的准备工作(1) 准备好试验所需的一切材料、机具和矿压观测仪器，并保证质量。(2) 对施工队伍进行技术培训，使其了解试验目的，施工工艺和要求，掌握有关机具的操作，以便在井下施工中保证质量。3、施工工艺和技术要求1） 施工工艺过程施工工序包括掘进和支护两大部分。巷道顶板支护的施工工艺流程为：掘进出煤敲帮问顶找掉危岩临时支护用锚杆钻机钻进顶板中部锚杆钻孔清孔往钻孔内放入树脂药卷用锚杆头部顶住树脂药卷并送入孔底升起锚杆钻机并用搅拌器联接锚杆钻机和锚杆尾部转动锚杆钻机搅拌树脂药卷至规定时间（根据树脂药卷使用说明书，一般为1530秒）停止搅拌并等待规定时间（根据树脂药卷使用说明书，一般为1分钟）用安装器联接锚杆钻机和锚杆尾部转动锚杆钻机拧紧螺母(200n.m)安装其它顶板锚杆。两帮锚杆施工工艺：上钢筋托梁用煤电钻钻进两帮锚杆钻孔清孔往钻孔内放入树脂药卷用锚杆头部顶住树脂药卷并送入孔底用搅拌器联接煤电钻和锚杆尾部转动风动帮钻搅拌树脂药卷至规定时间（根据树脂药卷使用说明书，一般为1530秒）停止搅拌并等待规定时间（根据树脂药卷使用说明书，一般为1分钟）用扳手拧紧螺母(200n.m)安装其它两帮锚杆。2） 技术要求(1) 掘进采用掘进机掘进。要求按设计尺寸施工，保证成形质量。不得超挖或欠挖。巷道掘进尺寸与设计尺寸相差不得超过200mm。(2) 临时支护采用两根单体柱托板梁进行临时支护。(3) 安装顶板锚杆 锚杆应紧跟掘进头及时支护，当直接顶为灰岩时，最大空顶距不得超过4.1m，最小控顶距为0.5m。当顶板比较破碎时，应适当缩小空顶范围(将每循环掘2排缩小为1排)。 锚杆钻孔采用单体锚杆钻机完成。(1) 顶板为灰岩时，只能采用7655钻机施工，先用1.0m的短钻杆，后换2.1m的长钻杆，采用f28mm岩石钻头。钻孔时钻机升起,使钻头插入相应的钢筋托梁孔中，然后开动钻机进行钻孔。孔深要求为1910-1950mm。钻头钻到预定孔深后下缩锚杆钻机，同时清孔，清除泥浆。(2) 顶板为其它软岩时，采用锚杆钻机施工，先用1.0m的短钻杆，后换2.1m的长钻杆，采用f28mm岩石钻头。钻孔时钻机升起,使钻头插入相应的钢筋托梁孔中，然后开动钻机进行钻孔。孔深要求为1910-1950mm。钻头钻到预定孔深后下缩锚杆钻机，同时清孔，清除煤粉和泥浆。 放入树脂药卷：放入msk2335快速树脂药卷和msz2360中速树脂药卷。锚杆杆体套上托板及带上螺母，杆尾通过安装器与锚杆机机头联接，杆端插入已装好树脂药卷的钻孔中，升起锚杆机，将孔口处的药卷送入孔底。 利用锚杆钻机搅拌树脂药卷：树脂药卷搅拌是锚杆安装中的关键工序，搅拌时间按厂家要求严格控制（根据树脂药卷使用说明书，一般为1530秒）。同时要求搅拌过程连续进行，中途不得间断。停止搅拌后等待规定时间（根据树脂药卷使用说明书，一般为1分钟）。 利用锚杆钻机拧紧螺母，使锚杆具有一定的预紧力。拧紧力矩应达到200nm。 锚杆排距误差不得超过设计值50mm。(4) 安装两帮锚杆孔深要求1910-1950mm。采用钻机搅拌。拧紧力矩应达到200nm。其它技术要求同顶板锚杆。4、安全技术措施(1) 须定期进行井下锚杆锚固力拉拔试验，每次数量不少于3根。如果发现锚杆实际锚固力与设计值相差较大，必须对锚固参数进行调整和修改。(2) 为了保证施工质量，须对锚杆锚固力进行抽检（不小于15%的比例），抽检指标为螺纹钢锚杆锚固力顶板不低于100kn，巷帮不得低于80kn。发现不合格锚杆，应在其周围200mm的范围内补打合格锚杆。(3) 掘进时形成的巷帮超宽或片帮超宽时，应及时处理，可采用加长钢筋托梁和补打锚杆的方法进行补强。(4) 巷道地质条件发生变化时，应根据变化程度，调整支护参数或采取应急措施及时处理，如采用锚索加固或缩小排距等。(5) 试验过程中，每隔50m在顶板安装一个离层指示仪，观测围岩移动情况。一旦发生异常现象，观测人员应立即报告有关领导，以便采取相应措施。五、矿压监测矿压监测是动态信息设计方法的核心内容之一。通过测试锚杆受力和巷道围岩位移分布，就可比较全面地了解锚杆支护的工作状态，进而验证或修改锚杆支护初始设计，并保证巷道的安全状态。1、矿压监测前的准备工作井下实施矿压监测之前，需做好以下工作：(1) 组建矿压监测队伍矿压监测队伍成员由矿方安排，要求对监测工作认真负责，并具有一定巷道支护经验。(2) 准备监测仪器和测点安设物品按照设计要求的规格和数量购置所需监测仪器，准备测点安设所需物品。(3) 准备监测记录表格矿压监测所需记录表格应提前准备好，以供井下测试时使用。(4) 技术培训在井下测试之前，由试验小组对测工进行技术培训。2、矿压监测内容和方法1) 巷道表面位移采用十字布点法安设表面位移监测断面（图8）。 400mm a 400mm c d o b图8巷道表面位移监测断面布置在顶底板中部垂直方向和两帮水平方向钻f28mm、深400mm的孔，将f30mm、长400mm的木桩打入孔中。顶板和上帮木桩端部安设弯形测钉，底板和下帮木桩端部安设平头测钉。两监测断面沿巷道轴向间隔0.6-1.0m。观测方法为：在c、d之间拉紧测绳，a、b之间拉紧钢卷尺，测读ao、ab值；在a、b之间拉紧测绳，c、d之间拉紧钢卷尺，测读co、cd值；测量精度要求达到1mm，并估计出0.5mm；采用皮卷尺测量监测断面距掘进工作面的距离。测量频度：距掘进工作面和采煤工作面50m内，每天观测1次，其它时间每周观测1-2次。2)顶板离层采用lby-3型顶板离层指示仪测试顶板岩层锚固范围内外位移值。离层仪的安装方法和步骤：钻孔：采用b19接长式钻杆、f28mm钻头用锚杆机在巷道中线处打垂直钻孔，深度7m；深部基点：用安装杆将深部基点锚固器推入孔中，直至孔底，抽出安装杆后，用手拉一下钢绳，确认锚固器已固定住。浅部基点：用安装杆推入浅部基点锚固器至2.3m处，抽出安装杆后，用手拉一下钢绳，确认锚固器已固定住。孔口套管：安装孔口套管对准刻度：将a刻度（浅部基点刻度）坠与孔口套管下边缘对齐，将其绳卡卡死并截去多余钢绳；将b刻度（深部基点刻度）坠与a刻度坠下边缘对齐，将其绳卡卡死并截去多余钢绳。初读数：记录初读数。安装注意事项： 离层指示仪安装位置距迎头不得超过1.5m，否则无法捕捉顶板离层的全过程； 钢绳应事先盘好，推入锚固器时逐圈展开，以防纠缠打结； 推入锚固器时，安装杆不能回拉，否则锚固器双爪会从安装杆上端槽中脱出； 浅部基点锚固器一定要准确定位，为此可提前在安装杆上做好标记； 安装后，两个刻度坠均应处于自由悬垂状态，不得有任何卡阻现象。观测频度：观测频度与表面位移相同。3)锚杆预紧力矩抽检巷道掘进施工过程中，安排专人按不小于30%的比例和不大于二天的时间间隔用力矩示值扳手对锚杆螺母预紧力矩进行抽检，顶锚杆达200nm为合格，帮锚杆达到200nm为合格。一旦发现不合格锚杆，必须在其托板上注明“预紧”