煤业巷道锚固支护方案设计研究毕业论文.doc

山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究 山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司 0 煤业巷道锚固支护方案设计研究毕业论文煤业巷道锚固支护方案设计研究毕业论文 目目 录录 1 绪论 7 2 顶底板岩石物理力学性质 9 2 1 煤层基本情况 9 2 2 地质构造与水文地质条件 10 2 3 巷道几何形状与尺寸 10 2 4 巷道顶底板岩石物理力学参数 12 3 支护设计方法与锚固参数研究 17 3 1 支护设计方法 17 3 1 1 以巷道围岩稳定性分类为基础的工程类比法 17 3 1 2 理论计算法 20 3 1 3 以地质力学条件为基础的数值计算法 26 3 2 围岩稳定性分类及锚固参数选择范围 27 3 2 1 分类指标 27 3 2 2 分类结果 28 4 锚固方式与锚固参数设计 29 4 1 采区辅助运输巷支护设计 29 4 1 1 采区辅助运输巷两帮锚固参数理论计算 29 4 1 2 采区辅助运输巷顶板锚固参数理论计算 32 4 1 3 采区辅助运输巷支护设计方案 35 4 2 采区皮带巷支护设计 37 4 3 采区回风巷支护设计 39 4 4 运输顺槽和回风顺槽支护设计 40 4 5 开切眼的锚固参数设计 43 4 6 交叉点支护设计 45 4 7 临时支护 46 4 8 锚固材料的规格 性能及其选择 48 4 8 1 锚固剂的规格 性能及其选择 48 4 8 2 预应力锚索的规格 性能与选择 49 4 8 3 锚杆的规格 性能与选择 50 4 8 4 锚杆梁 钢带或钢筋梯子梁 的规格 性能与选择 51 4 8 5 锚杆与锚索托盘的规格 性能与选择 54 山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究 山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司 1 4 8 6 网的规格 性能与选择 55 4 9 锚杆 索 预紧力的确定 57 4 10 喷射混凝土 62 4 10 1 喷射混凝土的常用配比 63 4 10 2 影响喷射混凝土强度的因素分析 63 4 11 锚杆与锚索的施工工艺 66 4 11 1 锚杆施工工艺 67 4 11 2 锚索施工工艺 67 4 12 施工操作安全技术要求 67 4 12 1 顶板管理及锚杆施工安全技术要求 67 4 12 2 锚索施工与操作安全技术要求 68 5 锚固质量检查与围岩动态监测 70 5 1 锚固质量的日常检查 70 5 2 围岩动态的专项监测 71 6 总结 77 山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究 山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司 2 1 绪论 受山西煤炭运销集团惠阳煤业有限公司的委托 山西煤炭运销 集团科学技术研究有限公司承担了 惠阳煤业巷道锚固支护方案设 计研究 课题 该课题主要包括巷道围岩地质力学评估 巷道支护 初始设计 井下专项监测 日常监测 信息反馈和修正设计等 5 个 部分 在巷道围岩地质力学评估部分中 主要包括地质条件和生产条 件调查 巷道围岩物理力学性质测定 围岩结构观测 地应力测量 和锚杆拉拔力试验 具体内容为 煤层厚度 煤层倾角与水平方向 的夹角 地质构造 水文地质条件 煤巷几何形状与尺寸 2 倍巷 道宽度范围内顶底板岩层层数与厚度 岩层物理力学参数 岩层的 分层厚度 岩层节理裂隙间距 巷道轴线方向 巷道埋深 原岩应 力的大小与方向 煤柱宽度 采动影响 锚杆在岩层中的拉拔力等 在巷道支护初始设计部分中 主要包括巷道地质与生产条件及 地质力学评估结果 巷道断面设计 锚杆支护形式设计 锚杆支护 参数设计 锚杆支护材料选择 锚杆支护施工工艺 锚杆支护矿压 监测设计 巷道围岩复杂地段支护设计 采动影响时巷道超前支护 设计 在井下专项监测部分中 主要包括巷道表面收敛量监测 顶板 离层动态监测 锚杆 锚索受力状态监测等内容 山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究 山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司 3 在日常监测部分中 主要包括锚杆 锚索预紧力检查 锚杆 锚索锚固质量巡回视检查 锚固力拉拔检查等内容 在信息反馈和修正设计部分中 指出 锚杆支护设计不是一次 完成 而是一个动态过程 一个成功 安全的巷道锚杆支护设计 要充分的利用每一个过程中提供的信息 即巷道围岩情况调查和地 质力学评估 以理论计算为主的初始设计 井下日常检查与专项监 测 信息反馈和修正设计 矿井地质条件的不同 需及时调整支护 参数 重视锚杆 锚索的支护质量检查与受力监测 发现问题及时 纠正 山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究 山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司 4 2 顶底板岩石物理力学性质 在 惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究 课题中 所涉及的 巷道主要为采区辅助运输巷 采区皮带巷 采区回风巷 工作面运 输顺槽 工作面回风顺槽 工作面开切眼 在巷道围岩地质力学评估部分中 主要包括地质条件和生产条 件调查 巷道围岩物理力学性质测定 围岩结构观测 地应力测量 和锚杆拉拔力试验 具体内容为 煤层厚度 煤层倾角与水平方向 的夹角 地质构造 水文地质条件 煤巷几何形状与尺寸 2 倍巷 道宽度范围内顶底板岩层层数与厚度 岩层物理力学参数 岩层的 分层厚度 岩层节理裂隙间距 巷道轴线方向 巷道埋深 原岩应 力的大小与方向 煤柱宽度 采动影响 锚杆在岩层中的拉拔力等 2 1 煤层基本情况 山西煤炭运销集团惠阳煤业有限公司获批开采 15 煤层 全井田 布置一个采区 开采水平 590m 根据矿井的开拓布置形式 该矿 井共布置两个盘区 一盘区即首采盘区 布置参数为东西方向 1200m 南北 2000m 两翼回采 二盘区为接替盘区 布置参数为 东西方向 1200m 南北 1000m 单翼回采 前进式布置 后退式回 采 15 煤层位于太原组下部 K2灰岩之下 下距奥陶系界面 16 5m 山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究 山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司 5 煤层厚度 1 30 3 60m 平均厚度 1 86m 发育 0 1 层夹矸 矸厚 0 10 0 35m 结构简单 顶板 K2灰岩下部局部发育一薄层黑色泥 岩 底板为泥岩或含黄铁矿砂质泥岩 井田内 15 煤层除在井田西北 部 东南部局部无 15 煤层赋存外 为稳定可采的煤层 2 2 地质构造与水文地质条件 山西阳城惠阳煤业有限公司位于阳城县城南 7km 的白桑乡通义 村附近 地理坐标为 东经 112 23 18 112 25 44 北纬 35 22 07 35 23 16 批准开采 15 煤层 开采深度标高由 590m 至 640m 井田面积为 6 18km2 据 山西阳城惠阳煤业有限公司资源整合矿井地质报告 该井 田构造简单 总体呈现为小型宽缓的向斜 轴向东西向 北翼地层 倾角 3 4 南部较缓 倾角 1 左右 井田内无断层 陷落柱 构 造总体属简单类型 2 3 巷道几何形状与尺寸 采区巷道采用三巷布置 采区辅助运输巷 采区皮带巷和采区 回风巷 沿 15 煤层顶板布置 首采区为井田西部的一采区 采区布 置参数为东西方向 1200m 南北方向 2000m 南北两翼回采 图 2 1 为采区辅助运输巷 采区皮带巷和采区回风巷的层位与断面形状 采区辅助运输巷尺寸为宽 4 5m 高 2 8m 煤柱宽度 30m 采区皮带 巷尺寸为宽 4 0m 高 2 2m 煤柱宽度 30m 采区回风巷尺寸为宽 4 5m 高 2 2m 煤柱宽度 30m 三巷埋深约 20 80m 山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究 山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司 6 采区回风巷 采区皮带巷采区辅助运输巷 15号煤层 图 2 1 采区辅助运输巷 采区皮带巷和采区回风巷断面形状 首采工作面长度 120m 采高 1 86m 顺槽长度 1000m 图 2 2 为运输顺槽和回风顺槽的层位与断面形状 两巷均沿 15 煤层顶板布 置 均为矩形断面 运输顺槽和回风顺槽尺寸均为宽 4 0m 高 2 2m 与相邻采空区间的煤柱尺寸为 35m 开切眼高 2 2m 宽 6 0m 工作面顺槽沿煤层顶板垂直于采区巷道布置 运输顺槽与胶 带巷直接联接 回风顺槽与回风巷直接联接 15号煤层运输顺槽回风顺槽 图 2 2 工作面运输和回风顺槽的层位与断面形状 山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究 山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司 7 2 4 巷道顶底板岩石物理力学参数 巷道顶底板岩石物理力学参数的资料来源为 山西阳城惠阳 煤业有限公司资源整合矿井地质报告 和惠阳煤业矿方对工业广场 进行实测得到的部分煤层综合柱状图 区内 15 煤层顶板为 K2灰岩 厚 8 26m 一般情况下 K2灰岩下 部有 0 05 0 10m 的泥岩伪顶 随煤层开采而崩落 底板多为深灰 色泥岩 局部含铝土质及黄铁矿 据 山西阳城惠阳煤业有限公司资源整合矿井地质报告 山西 省煤炭地质研究所施工的三个钻孔 ZK1 ZK2 ZK4 的钻孔资料显 示 顶板 K2灰岩差异性不大 且较完整 顶板岩层取 20m 底板岩 层取 10m 图 2 3 图 2 4 和图 2 5 为 ZK1 ZK2 和 ZK4 钻孔柱状 图 图 2 6 为惠阳煤业矿方对工业广场进行实测得到的部分煤层综 合柱状图 据钻孔顶底板岩石力学性质试验报告 顶板 K2灰岩自然抗压强 度为 27 1 53 1Mpa 平均为 41 57Mpa 抗拉强度为 0 66 1 37Mpa 平均为 1 10Mpa 抗剪强度为 4 32 5 20Mpa 平 均为 4 72Mpa 泥岩自然抗压强度为 5 2 7 6Mpa 平均为 6 0Mpa 抗拉强度为 0 2 0 51Mpa 平均为 0 34Mpa 抗剪强度为 0 78 1 51Mpa 平均为 1 10Mpa 底板铝质泥岩自然抗压强度为 16 7 22 4Mpa 平均为 19 7Mpa 抗拉强度为 0 78 1 76Mpa 平 均为 1 17Mpa 抗剪强度为 3 09 4 43Mpa 平均为 3 95Mpa 据町 店详查报告干燥灰岩单轴强度为 101Mpa 干燥底板泥岩单轴强度为 山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究 山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司 8 14Mpa 因此 15 煤层顶板灰岩强度大 稳定性好 层 面 倾 角 厚 度 标 志 煤 层 号 岩 性 描 述 采 长 岩 芯 采 取 岩 芯 率 柱 状 70 10 30 72 6 0 30 泥岩 灰 灰黑色 含炭质 偶见页岩 砂页 岩 顶部见铝土质泥岩 时有黄铁矿 15号煤 1 7 0 2 0 3 顶部光亮型为主 底部条带 灰岩 灰 灰黑色 含炭质 燧石结核 厚 层块状 溶蚀裂隙发育 煤 光亮型为主 泥岩 灰黑色 含炭质 泥质结构 厚层块 状 煤 光亮型为主 泥岩 灰色 泥质结构 块状构造 13号煤 光亮型为主 72 32 20 77 3 77 0 0 30 4 40 89 50 2 20 87 3010 0 15 91 702 20 99 507 8 深灰色铝土质泥岩 底部时有紫红色铁矿层 2 K 1 200 累 计 深 度 米 煤 煤 1000 30 91 02 00 1000 30 91 04 00 1000 30 86 38 8 92 51 85 86 41 90 83 36 5 图 2 3 ZK1 钻孔柱状图 山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究 山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司 9 层 面 倾 角 厚 度 标 志 煤 层 号 岩 性 描 述 采 长 岩 芯 采 取 岩 芯 率 柱 状 58 15 80 27 306 40 39 70 4 70 32 04 70 33 01 00 35 02 00 51 85 40 52 3 0 50 泥岩 黑色 为微风化 有20 30cm煤线 灰岩 黑色 含矿物质 砂岩 灰黑色 夹薄层泥岩 含云母 煤 光亮型为主 45 15 50 15号煤 0 9 0 1 0 3 光亮型为主 亦有条带型 46 401 30 2K 15 灰岩 深灰色 致密 性脆 底部含燧石 团块 泥岩 深灰 浅灰色泥质结构 厚层块状 灰岩 灰黑色 致密 性脆 含大量燧石团 块 厚层块状 层面具波痕 泥岩 深灰黑色 有时可见植物化石 泥岩 灰色 黑色 含炭质 可见植物化石 1 200 累 计 深 度 米 煤 煤 2K 3K 3 K 4 K 4K 5 5086 0 80 8 3 8 80 00 8 82 51 65 78 73 70 84 5 4 60 96 0 1 15 85 24 60 0 50100 84 5 4 90 图 2 4 ZK2 钻孔柱状图 山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究 山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司 10 柱 状 厚 度 岩 煤 芯 采 取 率 岩 煤 芯 采 长 层 面 倾 角 岩 性 描 述 标 志 煤 层 号 1 200 累 计 深 度 m 17 60 14 60 65 9 50 19 00 1 40 86 1 20 20 10 1 10 82 0 90 30 30 10 20 84 8 60 32 10 1 80 891 60 砂质泥岩 褐黄色 疏松破碎 岩芯被风化 细粒砂岩 黄灰色 较疏松 岩芯被风化 石灰岩 深灰色 致密 质硬 方解石垂直发育 含海生动物化 石 煤 黑色 块状 半光亮型半亮煤为主 夹薄层暗煤 具裂隙 砂质泥岩 黄灰色 疏松破碎 岩芯被风化 34 70 2 60 852 20 砂质泥岩 黑灰色 致密 含粘土质有少量豆状黄铁矿 偶产 植物根茎化石 54 5019 80 7715 20 石灰岩 青灰色 致密 局部富含泥质 不规则的方解石脉发 育 K 15 图 2 5 ZK4 钻孔柱状图 山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究 山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司 11 煤 层 米 泥质砂岩米 石灰岩 米 泥质页岩 米 石灰岩 米 泥质页岩 米 石灰岩 米 泥质页岩 米 石灰岩 米 米 煤线 石灰岩 米 粘土 米 惠阳煤业工业广场部分煤层综合柱状图 图 2 6 惠阳煤业工业广场部分煤层综合柱状图 山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究 山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司 12 3 支护设计方法与锚固参数研究支护设计方法与锚固参数研究 3 1 支护设计方法 锚杆支护设计的基本方法可以归纳为以下几大类 工程类比法 理论计算法 以地质力学为基础的数值计算法 3 1 1 以巷道围岩稳定性分类为基础的工程类比法 工程类比法在我国巷道锚杆支护设计中应用比较广泛 主要分 为以回采巷道围岩稳定性分类为基础的锚杆支护设计方法和以巷道 围岩松动圈为基础的支护设计法等 工程类比法是煤矿巷道锚杆支护设计中应用最为广泛的方法之 一 它是根据已经成功的类似工程经验 通过类比 直接提出锚杆 支护参数 这与设计者的实践经验关系很大 然而 要求每一个设 计人员都具有丰富的实践经验是不切实际的 为了将特定围岩条件 下的设计与已有的相应条件下的工程实践经验联系起来进行工程类 比 做出比较合理的设计方案 进行围岩稳定性分类是必要的 1988 年原煤炭工业部颁发了试用 我国缓倾斜 倾斜煤层回采 巷道围岩稳定性分类方案 一来 经过多年的应用 已进一步完善 发展成为包括缓倾斜 倾斜 急倾斜和各种煤层厚度的回采巷道 煤层上下山 其他煤巷以及岩石巷道等全部在内的采准巷道围岩稳 定性分类方案 根据这一分类方案 巷道围岩的稳定性可划分为非 常稳定 类 稳定 类 中等稳定 类 不稳定 类 山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究 山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司 13 和极不稳定 类 5 个类别 我国煤炭系统的专家 学者和工程技术人员在煤巷锚杆支护研 究 设计与施工方面做了大量的工作 积累了丰富的经验 原煤炭 工业部锚杆支护专家组将他们的经验集中起来 在采准巷道围岩稳 定性分类的基础上 制定了煤巷锚杆支护技术规范 该规范的要点 为 1 顶板必须采用金属杆体锚杆 全长锚固或加长锚固锚杆应选 用螺纹钢体杆 采用端部锚固锚杆时 设计锚固力不应低于 64KN 采用全长锚固锚杆时 杆体破断力不应小于 130KN 2 一般情况下 巷帮应支护 巷帮锚杆的设计锚固力不应低于 40KN 根据巷道断面 煤层厚度与强度 节理裂隙发育程度 埋藏 深度 护巷煤柱宽度 锚杆是否经受截割等因素确定巷帮锚杆的形 式与参数 3 锚杆孔径与锚杆杆体锚固段直径之差宜保持在 6 10mm 范 围之内 4 顶板靠巷道两帮的锚杆 一般应向两帮倾斜 15 30 与铅 垂线夹角 5 推荐的金属杆体锚杆支护参数系列见表 3 1 所示 6 推荐的巷道锚杆基本支护形式与主要参数见表 3 2 所示 表 3 1 金属杆体锚杆系列参数 项目系列 锚杆长度 m1 4 1 6 1 8 2 0 2 2 2 4 2 6 锚杆杆体直径 mm16 18 20 22 24 山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究 山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司 14 锚杆孔径 mm26 28 31 33 锚杆排距 m0 6 0 7 0 8 0 9 1 0 1 1 1 2 1 4 锚杆间距 m0 6 0 7 0 8 0 9 1 0 1 1 1 2 1 4 注 帮锚杆杆体直径可选用 14mm 锚杆孔径优先选用 28mm 表 3 2 巷道顶板锚杆基本支护形式与主要参数选择 巷道 类别 巷道围岩稳 定状况 基本支护形式主要支护参数 整体砂岩 石灰岩 不支护不支护 非常稳定 其它岩层 单体锚杆 顶板较完整 单体锚杆 端锚 杆体直径 16mm 杆体长度 1 6 1 8m 间排距 0 8 1 2m 设计锚固力 64 80KN 稳定 顶板较破碎 锚杆 网 顶板较完整 锚杆 钢筋梁 或桁 架 端锚 杆体直径 16 18mm 杆体长度 1 6 2 0m 间排距 0 8 1 0m 设计锚固力 64 80KN 中等稳定 顶板较破碎 锚杆 W 钢带 或钢筋梁 网 或增加锚索 桁架 网 或增加锚索 端锚 杆体直径 16 18mm 杆体长度 1 6 2 2m 间排距 0 6 1 0m 设计锚固力 64 80KN 全长锚固 杆体直径 18 22mm 杆体长度 1 8 2 4m 间排距 0 6 1 0m 不稳定 锚杆 W 钢带 网 或增加锚索 桁架 网 或增加锚索 全长锚固 杆体直径 18 22mm 杆体长度 1 8 2 4m 间排距 0 6 1 0m 极不稳定 1 顶板较完整 锚杆 金属可缩支架 或增加锚索 2 顶板较破碎 锚杆 网 金属可缩支架 或增加锚 索 3 底鼓严重 锚杆 环型可缩支架 全长锚固 杆体直径 18 24mm 杆体长度 2 0 2 6m 间排距 0 6 1 0m 注 1 巷帮锚杆支护形式与主要参数视地应力大小 巷帮煤 岩 强度 节理状况 护巷 山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究 山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司 15 煤柱尺寸 巷道断面与是否切割等 参照顶锚杆确定 2 对于复合顶板 破碎围岩 易风化 潮解 遇水膨胀围岩 可考虑在基本支护形式 基础上增加锚索加固或注浆加固 封闭围岩等措施 3 锚杆各构件强度应与相应锚固力匹配 4 顶板较完整 指节理 层理分级为 级 顶板较破碎 指 级 见表 2 4 表 3 3 节理 层理发育程度分级 节理 层理分 级 节理 层理发育 程度 极不发育不发育中等发育发育很发育 节理间距 D1 m 31 30 4 10 1 0 421 20 3 10 1 0 3 M t t 为两帮锚固体厚度 M 为两帮锚固体高度 5 1 3 1 3 以地质力学条件为基础的数值计算法 以地质力学条件为基础的数值计算方法是由英国 澳大利亚等 国建立的煤巷支护系统支护设计方法的一部分内容 其核心是首先 根据地应力测试结果 以岩体力学评估为基础 结合数值模拟分析 进行锚杆支护初始设计 然后再根据现场监测结果对原设计进行修 正和完善 这种设计方法通过对多个方案的比较分析 可以选择得 山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究 山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司 22 到更好的方案 数值计算结果主要从采动影响前围岩稳定性和采动对围岩稳定 性影响两个方面来考虑 在采动影响前围岩稳定性方面 考虑围岩 屈服破坏特征 围岩垂直应力分布特征 围岩水平应力分布特征 围岩位移变化特征等内容 在采动对围岩稳定性影响方面 一般只 考虑围岩位移变化特征等内容 在围岩屈服破坏特征中 数值计算不同埋深条件下巷道侧巷直 墙部位 巷道底板中部 两底角处等部位的破坏深度与分布以及锚 索的最大轴力 在围岩垂直应力和水平应力分布特征中 数值计算 不同埋深条件下巷道围岩的垂直应力和水平应力分布云图以及其分 布曲线 在围岩位移变化特征中 数值计算不同埋深条件下巷道围 岩垂直位移和水平位移分布云图 分析采动影响前巷道顶底板和两 帮移近量 锚杆 锚索锚固高度顶板下沉量 锚杆 锚索锚固范围 顶板离层量等计算结果 3 2 围岩稳定性分类及锚固参数选择范围 3 2 1 分类指标 回采巷道围岩稳定性分类是直接为生产服务的 因此 选取分 类指标应遵循的原则是 分类指标是影响回来巷道围岩稳定性的主 要因素 能定量表示 在煤矿现场容易测取 便于现场使用和分类 方案的推广 也就是说 所选择的指标应具有科学校和实用性 回采巷道围岩稳定性受多种因素的影响 它不仅取决于地质因 山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究 山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司 23 素 同时也取决于生产技术因素 巷道围岩变形是其稳定性的综合 反映 是多种因素综合影响的结果 与围岩稳定性分类相关的指标 主要为 顶板岩石单轴抗压强度 巷道煤层单轴抗压强度 底板岩 石单轴抗压强度 巷道埋深 采动影响系数 护巷煤柱宽度和围岩 完整性指数 其中 采动影响系数是指因工作面回采引起的超前支 撑压力的影响 其值等于直接顶厚度除以煤层采高 围岩完整性指 数是指围岩节理 裂隙和层理的影响程度 一般可利用直接顶初步 跨落步距代替 3 2 2 分类结果 根据地质报告 该矿井地质条件简单 岩层倾角小 且煤层顶 底板岩层分布稳定 未见断层和陷落柱 顶板岩层为灰岩 完整性 好 煤层埋深较小 为 20m 80m 平均 30m 煤层厚度平均为 1 87m 本设计上述分类指标对矿井的采区辅助运输巷 采区回风巷 采区皮带巷 运输顺槽 回风顺槽 开切眼围岩进行了分类 分类 结果均为 级 为稳定围岩 根据煤道锚杆支护技术规范推荐的 类巷道锚杆支护基本形式 为 端锚 杆体直径 16mm 杆体长度 1 6 1 8m 间排距 0 8 1 2m 设计锚固力 64 80KN 上述结论将作为本次设计的 基本依据 并通过理论计算和工程类比的方法对这些参数进行进一 步的修正 以达到最优支护效果 山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究 山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司 24 4 锚固方式与锚固参数设计锚固方式与锚固参数设计 在本巷道支护初始设计部分中 采用工程类比法和理论计算法 相结合的方法进行巷道支护初始设计 主要包括巷道地质与生产条 件及地质力学评估结果 锚杆支护形式设计 锚杆支护参数设计 锚杆支护材料选择 锚杆支护施工工艺 锚杆支护矿压监测设计 巷道围岩复杂地段支护设计 采动影响时巷道超前支护设计等内容 采区巷道采用三巷布置 采区辅助运输巷 采区皮带巷和采区 回风巷均沿 15 煤层顶板布置 其层位与断面形状见图 2 1 采区辅 助运输巷尺寸为宽 4 7m 高 3 1m 采区皮带巷尺寸为宽 4 2m 高 2 4m 采区回风巷尺寸为宽 4 7m 高 2 4m 工作面长度 120m 采 高 1 86m 顺槽长度 1060m 工作面采用两巷布置 均沿 15 煤层顶 板布置 均为矩形断面 均为宽 4 2m 高 2 4m 开切眼高 2 2m 宽 6 2m 工作面顺槽沿煤层底板垂直于采区巷道布置 运输顺槽与 胶带巷直接联接 回风顺槽 辅助回风顺槽与回风巷直接联接 4 1 采区辅助运输巷支护设计 4 1 1 采区辅助运输巷两帮锚固参数理论计算 采区辅助运输巷高 2 8m 宽 4 5m 根据惠阳煤矿地质报告资料 顶板岩层平均容重取 26KN m3 顶板岩体的普氏系数取 5 0 两帮岩 体普氏系数取 2 0 内摩擦角取 30 单根帮锚杆最小锚固力取 山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究 山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司 25 90KN 树脂药卷粘结强度取 1 0MPa 则两帮锚固参数确定如下 两帮所需要的锚固强度为 1 sin1 sin30 192 964 3 1 sin1 sin30 PqKPa 其中 q 为两帮可承载锚固体所受载荷集度 KPa f b h l bb q 919226 22 8 28 5 0 62 0 2 7 48 28 2 2 3 b 为巷道等效跨度 mtgb8 2830 1327 4 两帮可承载锚固体厚度 mhl62 0 13 5 1 5 1 03 锚杆布置密度 643 0 100 64 3 0 P P n 帮锚杆布置间 排距 m n a25 1 643 0 11 根据采区辅助运输巷断面参数 取帮锚杆排距为 1 2m 间距为 1 0m 每排 3 根锚杆 上 下帮锚杆距离顶底板 0 40m 并且分别 向顶 底板倾斜约 20 锚杆长度为 锚固长度为 54321 llllll 其中 黏锚力积聚段长度 山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究 山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司 26 m C P l57 0 1000028 0 14 3 100 2 1 2 1 0 0 1 锚固端锚杆影响区未重叠区厚度为 mtg a l 601 2 21 45 2 2 锚尾端锚杆影响区未重叠区厚度为 mtg a l55 0 45 2 1 0 4 锚杆外露长度为 l5 根据锚杆施工工艺 一般取 0 1m 锚杆总长度 mllllll44 2 1 062 0 6 055 0 57 0 54321 取为 2 4m 锚固长度为 mll14 1 2 10 锚固剂的选取 根据设计锚固长度按下式计算帮锚杆锚固需要的药卷长度 mL R RR KL12 114 1 5 11 914 3 11 2 22 2 22 锚 药 锚 药 式中 树脂药卷总长度 锚杆半径 树脂药卷 药 L 锚 R 药 R 半径 锚固剂损耗系数 取 K15 1 1 1 K 钻孔半径 R 根据计算结果 应该选取 K2360 一支和 Z2360 一支树脂药卷 依上述分析 若选用的锚杆设计锚固力为 90KN 则两帮锚固 参数可确定为 锚固强度 64 3KPa 山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究 山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司 27 锚杆长度 2 4m 锚杆间距 1 0m 锚杆排距 1 2m 锚固长度 1 14m 4 1 2 采区辅助运输巷顶板锚固参数理论计算采区辅助运输巷顶板锚固参数理论计算 1 顶板支护载荷集度 KPa f bkM h2 138 2 2 q 2 顶板锚杆布置密度 2 1 2 38 12 0 65 140 KK q n F 式中 载荷集度q 安全系数K 变形载荷系数 K 锚杆设计锚固力F 顶锚杆布置间 排距 11 1 24 0 61 am n 根据采区辅助运输巷断面参数 取顶锚杆排距为 1 2m 间距为 1 2m 每排 4 根锚杆 靠近两帮的锚杆距离巷帮 0 45m 并且分别 向巷帮倾斜约 20 3 锚杆长度的确定 顶板锚杆长度为 mllllll09 2 6 055 062 0 2 20 10 54321 山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究 山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司 28 取为 2 0m 式中 锚杆外露长度 m 1 l 黏锚力积聚段长度 m 2 l 可承载锚固结构厚度 m 3 l 锚固段锚固力未重叠区高度 m 4 l 围岩外表面锚固力未重叠区高度 m 5 l 4 锚固长度的确定 根据顶板岩层锚固条件 锚固长度最小为 0 150 0 40 3 14 0 028 4000 lm 5 锚杆锚固剂的选取 根据设计锚固长度按下式计算帮锚杆锚固需要的药卷长度 22 22 22 1411 1 13 0 400 26 11 5 RR LKLm R 锚 锚药 药 式中 树脂药卷总长度 锚杆半径 树脂药卷 药 L 锚 R 药 R 半径 锚固剂损耗系数 取 K15 1 1 1 K 钻孔半径 R 根据计算结果 应该选取型号为 Z2360 的树脂药卷 1 支 依上述分析 若选用的锚杆设计锚固力为 140KN 则顶板锚固 参数可确定为 锚固强度 38 12KPa 锚杆长度 2 0m 山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究 山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司 29 锚杆间距 1 2m 锚杆排距 1 2m 锚固长度 0 26m 6 锚索参数的确定 选用 17 8mm 高强度锚索 设计锚固力 300KN 根 则顶板每 延米锚索数量为 6 0 F bKq n 锚索排距为 m n a 671 6 0 11 取锚索排距为 2 4m 则每排布置 1 根锚索 锚索最小锚固长度 ml5 80 400028 004 13 300 0 根据设计锚固长度按下式计算帮锚杆锚固需要的药卷长度 mL R RR KL678 058 0 5 11 5 7814 3 11 2 22 2 22 锚 药 锚 药 式中 树脂药卷总长度 锚杆半径 树脂药卷 药 L 锚 R 药 R 半径 锚固剂损耗系数 取 K15 1 1 1 K 钻孔半径 R 根据计算结果 应该选取型号为 K2360 和型号为 Z2360 的树脂 药卷各 1 支 锚索最小长度 取为 5m mHll95 833 05 2 0 山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究 山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司 30 载荷体高度H 4 1 3 采区辅助运输巷支护设计方案采区辅助运输巷支护设计方案 根据以上理论计算分析 结合工程类比法 确定采区轨道巷 采区胶带巷和采区回风巷的锚杆支护设计见图 4 1 基本支护方式 锚杆 钢筋焊结网 补强支护方式 快速承载预应力小直径锚索 表面封闭方式 喷射混凝土 喷射厚度 120mm 锚杆材料 左旋螺纹钢 25MnSi 顶板锚杆 22 2000mm 帮 锚杆 18 2400mm 顶板锚杆钻孔深度 1900mm 外露 100mm 排距 1200mm 间 距 1200mm 靠近两帮的顶板锚杆向两帮倾斜 20 锚固剂 Z2360 一支 两帮锚杆钻孔深度 2300mm 外露 100mm 排距 1200mm 间 距 1000mm 靠近顶板和底板的帮锚杆向两帮倾斜 20 锚固剂 K2360 一支和 Z2360 一支 锚杆托盘 厚度为 10mm 钢板穹形多功能锚索托盘 规格为 150 150 10mm 锚索材料 7 股钢绞线 17 8 5200mm 钻孔深度 5000mm 外露 200mm 锚索布置方式 每排 1 根 排距 2400mm 锚固剂 K2360 一 支和 Z2360 一支 锚索托盘 厚度为 20mm 钢板穹形多功能锚索托盘 规格为 山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究 山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司 31 300 300 20mm 网 用 6 0mm 钢筋焊接 网孔尺寸为 100 100mm 的矩形网 特别注意 在遇到顶板破碎或断层等地质构造段以及采空区时 增加 1 根锚索 即每排 2 根锚索 排距为 2400mm 间距为 2000mm 加强围岩稳定性监测 必要时采用注浆锚索 或增加棚式 支护加固围岩 以确保安全 山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究 山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司 32 4 2 采区皮带巷支护设计采区皮带巷支护设计 采区皮带巷尺寸为宽 4 0m 高 2 2m 锚杆支护设计见图 4 2 基本支护方式 锚杆 钢筋焊结网 补强支护方式 快速承载预应力小直径锚索 表面封闭方式 喷射混凝土 喷射厚度 120mm 锚杆材料 左旋螺纹钢 25MnSi 顶板锚杆 22 2000mm 帮 锚杆 18 2400mm 顶板锚杆钻孔深度 1900mm 外露 100mm 排距 1200mm 间 距 1200mm 靠近两帮的顶板锚杆向两帮倾斜 20 锚固剂 Z2360 一支 两帮锚杆钻孔深度 2300mm 外露 100mm 排距 1200mm 间 距 900mm 靠近顶板和底板的帮锚杆向两帮倾斜 20 锚固剂 山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究 山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司 33 K2360 一支和 Z2360 一支 锚杆托盘 厚度为 10mm 钢板穹形多功能锚索托盘 规格为 150 150 10mm 锚索材料 7 股钢绞线 17 8 5200mm 钻孔深度 5000mm 外露 200mm 锚索布置方式 每排 1 根 排距 2400mm 锚固剂 K2360 一 支和 Z2360 一支 锚索托盘 厚度为 20mm 钢板穹形多功能锚索托盘 规格为 300 300 20mm 网 用 6 0mm 钢筋焊接 网孔尺寸为 100 100mm 的矩形网 特别注意 在遇到顶板破碎或断层等地质构造段以及采空区时 增加 1 根锚索 即每排 2 根锚索 排距为 2400mm 间距为 2000mm 加强围岩稳定性监测 必要时采用注浆锚索 或增加棚式 支护加固围岩 以确保安全 山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究 山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司 34 4 3 采区回风巷支护设计采区回风巷支护设计 采区回风巷尺寸为宽 4 5m 高 2 2m 锚杆支护设计见图 4 3 山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究 山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司 35 基本支护方式 锚杆 钢筋焊结网 补强支护方式 快速承载预应力小直径锚索 表面封闭方式 喷射混凝土 喷射厚度 120mm 锚杆材料 左旋螺纹钢 25MnSi 顶板锚杆 22 2000mm 帮 锚杆 18 2400mm 顶板锚杆钻孔深度 1900mm 外露 100mm 排距 1200mm 间 距 1200mm 靠近两帮的顶板锚杆向两帮倾斜 20 锚固剂 Z2360 一支 两帮锚杆钻孔深度 2300mm 外露 100mm 排距 1200mm 间 距 900mm 靠近顶板和底板的帮锚杆向两帮倾斜 20 锚固剂 K2360 一支和 Z2360 一支 锚杆托盘 厚度为 10mm 钢板穹形多功能锚索托盘 规格为 150 150 10mm 锚索材料 7 股钢绞线 17 8 5200mm 钻孔深度 5000mm 外露 200mm 锚索布置方式 每排 1 根 排距 2400mm 锚固剂 K2360 一 支和 Z2360 一支 锚索托盘 厚度为 20mm 钢板穹形多功能锚索托盘 规格为 300 300 20mm 网 用 6 0mm 钢筋焊接 网孔尺寸为 100 100mm 的矩形网 特别注意 在遇到顶板破碎或断层等地质构造段以及采空区时 增加 1 根锚索 即每排 2 根锚索 排距为 2400mm 间距为 山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究 山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司 36 2000mm 加强围岩稳定性监测 必要时采用注浆锚索 或增加棚式 支护加固围岩 以确保安全 4 4 运输顺槽和回风顺槽支护设计 山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究 山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司 37 运输顺槽和回风顺槽尺寸为宽 4 0m 高 2 2m 锚杆支护设计见 图 4 4 基本支护方式 锚杆 网 钢筋梯子梁 补强支护方式 快速承载预应力小直径锚索 锚杆材料 左旋螺纹钢 25MnSi 顶板锚杆 22 2000mm 帮 锚杆 18 2400mm 顶板锚杆钻孔深度 1900mm 外露 100mm 排距 1200mm 间 距 1200mm 靠近两帮的顶板锚杆向两帮倾斜 20 锚固剂 Z2360 一支 两帮锚杆钻孔深度 2300mm 外露 100mm 排距 1200mm 间 距 900mm 靠近顶板和底板的帮锚杆向两帮倾斜 20 锚固剂 K2360 一支和 Z2360 一支 锚杆托盘 厚度为 10mm 钢板穹形多功能锚索托盘 规格为 150 150 10mm 锚索材料 7 股钢绞线 17 8 5200mm 钻孔深度 5000mm 外露 200mm 锚索布置方式 每排 1 根 排距 2400mm 锚固剂 K2360 一 支和 Z2360 一支 锚索托盘 厚度为 20mm 钢板穹形多功能锚索托盘 规格为 300 300 20mm 梯子梁 采用 14mm 整根钢筋 焊点少 焊口搭接 在布设锚 杆处焊接锚杆卡栏 锚杆需安装在卡栏内 山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究 山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司 38 网 12 铁丝编制的网孔为 50mm 的菱形网 两帮也可采用高强 度钢塑 夹筋 网 特别注意 在遇到顶板破碎或断层等地质构造段 增加 1 根锚 索 即每排 2 根锚索 排距为 2400mm 间距为 2000mm 加强围岩 稳定性监测 必要时采用注浆锚索 或增加棚式支护加固围岩 以 确保安全 山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究 山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司 39 4 5 开切眼的锚固参数设计 工作面长度 120m 采高 1 86m 顺槽长度 1000m 开切眼高 2 2m 宽 6 0m 图 4 5 为开切眼的支护设计方案 基本支护方式 锚杆 网 钢筋梯子梁 补强支护方式 快速承载预应力小直径锚索 锚杆材料 左旋螺纹钢 25MnSi 顶板锚杆 22 2000mm 帮 锚杆 18 2400mm 金属可回收锚杆 18 2400mm 顶板锚杆钻孔深度 1900mm 外露 100mm 排距 1200mm 间 距 1200mm 靠近两帮的顶板锚杆向两帮倾斜 20 锚固剂 K2360 一支和 Z2360 一支 两帮锚杆钻孔深度 2300mm 外露 100mm 排距 1200mm 间 距 900mm 靠近顶板和底板的帮锚杆向两帮倾斜 20 锚固剂 K2360 一支和 Z2360 一支 锚杆托盘 厚度为 10mm 钢板穹形多功能锚索托盘 规格为 150 150 10mm 锚索材料 7 股钢绞线 17 8 5200mm 钻孔深度 5000mm 外露 200mm 锚固剂 K2360 一支和 Z2360 两支 锚索布置方式 每排 2 根 间距 2000mm 排距 2400mm 锚索托盘 厚度为 20mm 钢板穹形多功能锚索托盘 规格为 300 300 20mm 梯子梁 采用 14mm 整根钢筋 焊点少 焊口搭接 在布设锚 杆处焊接锚杆卡栏 锚杆需安装在卡栏内 山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究 山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司 40 网 12 铁丝编制的网孔为 50mm 的菱形网 两帮也可采用高强 度钢塑 夹筋 网 特别注意 在遇断层或地质构造影响带 或围岩较破碎 受顶 板淋水影响段 应增加锚索密度 将锚索排距变为 1200mm 每排 3 根锚索 间距 1500mm 距巷帮 1500mm 顶板两侧锚索向巷帮侧 倾斜 20 必要时采用注浆锚索 在锚索下增加 10 槽钢梁 开切眼 扩宽后 立即在切眼中线上加打间距 3000mm 的单体柱 山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究山西煤炭运销集团惠阳煤业巷道锚固支护方案设计研究 山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司 41 4 6 交叉点支护设计 在交叉附近巷道围岩中的应力会有所增加 故在交叉点处和交 叉点附近 锚固方式由端锚改为全锚 采区回风巷和回风顺槽的交 叉点锚杆支护设计如图 4 6 所示 山