62下山变电所及3#贯支护设计.doc

62下山变电所及3#贯锚杆支护设计中 国 矿 业 大 学2006年7月62下山变电所及3#贯锚杆支护设计总工程师： 掘进副总：安全副总：安 技 科：地 测 科：生产中心 ： 审 核：1 62下山变电所及3#贯概况62下山变电所施工时以净宽3米、净高3.2米的矩形断面，开始沿煤层底板以267上坡掘进7.75m后到煤层顶板，再沿煤层顶板掘进22.25m与62下山轨道贯通。然后退回来以净宽4.5米、净高3.2米的矩形断面，从距62下山轨道贯通点15米处沿煤层顶板向西掘进58米长的62下山变电所主硐室。最后在62下山变电所主硐室最西端向北以净宽3米、净高3.2米的矩形断面沿煤层顶板掘进与62下山专回贯通。62下山3#贯施工时以净宽3米、净高3.2米的矩形断面开始沿煤层底板掘进5m，然后以1045上坡掘进20m后到煤层顶板，再沿煤层顶板掘进5m与62下山轨道贯通。巷道顶底板情况见表1。表1 62下山变电所及3#贯顶底板柱状图厚度岩石名称岩性描述2.25细砂岩灰白色， 中厚层状，主要成分石英、长石7.9砂质泥岩黑色、块状、质坚硬，断口不平坦，含植物化石碎屑6.83#煤2.85泥岩灰黑色、块状、质坚硬、性脆，含植物化石碎屑，断口不平坦2 巷道支护方案巷道东西布置，南北两侧分别为62下山轨道巷和62下专回，保护煤柱为30米，则东西两侧为实煤体，巷道将要受到工作面采动影响，由于保护煤柱较大、煤层强度较大，根据王庄矿采准巷道维护状况，预计工作面回采对62下山变电所及3#贯维护有一定程度的影响，但影响不会太大，由于，巷道服务时间长、断面大，围岩一旦产生较大变形而影响使用时，将影响整个采区的生产，因而巷道支护要求高，应采用安全可靠的支护方式。 顶板支护巷道为穿层掘进，根据巷道柱状图，巷道直接顶及煤顶的厚度有11.5m，巷道宽度大，为3m、4.5m， 所以应采用高强度螺纹钢锚杆支护。采用树脂药卷加长锚固，铺设金属网和钢筋梯子梁，采用小孔径预应力锚索加强支护。该方案主要考虑以下因素：（1） 顶煤内含有夹矸，层理弱面发育，加长锚固高强度锚杆支护系统能够提供较高的轴向和横向约束力，有效约束顶板围岩破坏和变形，并对上部顶板下沉起到限制作用。（2） 顶板锚杆通过钢筋梯子梁和金属网形成整体，防止破碎煤顶冒落，共同约束锚固区内、外顶板的变形和破坏。（3） 顶板采用高强度锚杆系统支护，减小两帮煤体的压力，提高巷道围岩的整体稳定性。（4） 巷道宽度大，为3m、4.5m，并且服务时间长，应采用小孔径预应力锚索加强支护。 两帮支护两帮采用树脂药卷加长锚固A3 圆钢锚杆支护，铺设金属网和钢筋梯子梁，该方案主要考虑如下因素：巷道采用较大的煤柱保护，受采动影响不严重，煤体承载能力较大，顶板采用高强度锚杆支护，减小了两帮的维护难度，因而两帮可以采用A3 圆钢锚杆支护；锚固长度过短时，锚杆锚固力偏低，影响锚杆的支护作用，应加长锚固长度。同时为了阻止破碎煤块掉落，应铺设金属网和钢筋梯子梁。 巷道围岩喷砂浆由于62下山变电所主硐室巷道服务时间长，顶板、两帮均为煤层，易风化、遇水强度弱化，所以巷道两帮和顶板宜喷砂浆封闭水源、隔绝空气，砂浆强度不小于M15。3巷道锚杆支护参数设计锚杆支护参数主要确定锚杆长度、间排距等。（1）锚杆直径及材质顶板、两帮锚杆直径均为20mm。顶板均采用螺纹钢锚杆，两帮为A3圆钢锚杆。（2）锚杆长度锚杆长度是锚杆支护的重要参数，锚杆长度太短，在巷道围岩内形成的加固厚度较小，不利于巷道围岩的稳定。确定顶锚杆长度为2.4m、帮锚杆长度均为2.0m。（3）锚杆间排距锚杆间排距是锚杆支护中的关键参数之一，对巷道支护整体结构而言，间排距过大，在巷道围岩中形成的加固厚度较小，甚至不能形成连续的承载结构，难以有效控制巷道围岩变形。根据地质条件、巷道断面尺寸和生产技术条件初步确定62下山变电所及3#贯锚杆间排距见表1。根据上述分析，初步确定62下山变电所及3#贯巷锚杆支护参数取值范围，见表1。表162下山变电所及3#贯锚杆支护参数取值范围序号项目参数取值范围1锚杆长度(m)顶板锚杆2.4两帮锚杆2.02锚杆排距(m)0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、3两帮、顶板锚杆根数3、4；3、5；4、4；4、6；4、73.1锚杆支护参数通过对表1锚杆支护参数取值范围内的参数进行数值模拟计算，对比分析，根据62下山变电所及3#贯掘进支护情况，确定62下山变电所及3#贯锚杆支护方案。 顶板支护3.03.2m矩形断面：4根20L2400 mm的螺纹钢锚杆，间距为800mm、排距为800mm，树脂药卷锚固，每根锚杆采用双速2360、Z2360各1支，锚固长度1400mm，抽查锚固力80kN以上，铺设金属网和14mm圆钢焊制的钢筋梯子梁，锚杆布置见下图。4.53.2m矩形断面：6根20L2400 mm的螺纹钢锚杆，间距为840mm、排距为800mm，树脂药卷锚固，每根锚杆采用双速2360、Z2360各1支，锚固长度1400mm，抽查锚固力80kN以上，铺设金属网和14mm圆钢焊制的钢筋梯子梁，锚杆布置见下图。 两帮支护3.03.2m矩形断面：每帮4根20L2000mm的A3圆钢锚杆，间距900mm、排距800 mm，树脂药卷锚固，每根锚杆采用CK2335、Z2360各1支，锚固长度1000 mm，抽查锚固力60kN以上，铺设金属网和14mm圆钢焊制的钢筋梯子梁，锚杆布置见下图。4.53.2m矩形断面：每帮4根20L2000mm的A3圆钢锚杆，间距900mm、排距800 mm，树脂药卷锚固，每根锚杆采用CK2335、Z2360各1支，锚固长度1000 mm，抽查锚固力60kN以上，铺设金属网和14mm圆钢焊制的钢筋梯子梁，锚杆布置见下图。3.2 理论计算确定的锚杆支护参数应用组合梁理论对数值模拟结果进行验证，根据雅可比计算公式确定锚杆有效长度、间排距等。 式中 t 锚杆有效长度，m；B 组合梁的跨度，m；k1 安全系数；kp 动压系数；pi 组合梁承受的均布载荷，MPa；考虑直接顶和煤顶的重量。 锚固区顶板的抗拉强度，MPa；Sc 锚杆间排距，m；k 顶板抗拉强度折减系数；t 最下层顶板抗拉强度，MPa。取B =4.5.0m，k1=3，kp=2，Pi=0.08 MPa，t=2.0 MPa，k=0.8, =3.0 MPa。 计算得t=1.13m，锚杆最短长度为L=1.13+0.10+0.35=1.58(m) 0.8m。因此，62下山变电所及3#贯锚杆支护参数安全可靠。4 62下山变电所及3#贯锚杆支护材料及费用统计62下山变电所及3#贯锚杆支护材料及费用统计见表2、表3表2 62下山变电所锚杆支护材料及费用统计序号名 称规 格用量单价/元费用/元要 求1顶板锚杆20L2400mm螺纹钢锚杆6套50300破断力180kN,延伸率18%2两帮锚杆20L2000mmA3圆钢锚杆8套40320破断力90kN，螺纹M22，滚丝3双速树脂药卷23606支6364中速树脂药卷Z236014支6845快速树脂药卷CK23358支4326顶梯子梁1条262614圆钢焊制7帮梯子梁2条27548经纬网14.4m2273899锚索0.25套20050合 计1291元/排 1614元/米 表3 62下山3#贯锚杆支护材料及费用统计序号名 称规 格用量单价/元费用/元要 求1顶板锚杆20L2400mm螺纹钢锚杆4套35140破断力180kN,延伸率18%2两帮锚杆20L2000mmA3圆钢锚杆8套20160破断力90kN，螺纹M22，滚丝3双速树脂药卷23604支4164中速树脂药卷Z236012支3365快速树脂药卷CK23358支3244顶梯子梁1条303014圆钢焊制5帮梯子梁2条22446经纬网9.5m210957锚索0.25套8020合 计565元/排 565元/米 5巷道矿压观测方案为确保62下山变电所及3#贯安全可靠，需在巷道掘进过程中设置相应的测站，对围岩表面位移、顶板离层状况、锚杆锚固力等进行观测。5.1 测站设置（1）巷道表面位移测站：锚杆支护开始设置测站，隔40m 设1个测站，连续设3个，岩性或锚杆支护参数发生变化均应设置测站观测。在每个断面的顶、底板和两帮的中部各布置1个测点。（2）顶板离层监测：锚杆支护开始设置测站，每隔50m在顶板中部安设一个离层指示仪。（3）锚杆锚固力：每300根锚杆为1组，每组测6根，顶板4根、两帮各1根。5.2 矿压监测指标值62下山变电所及3#贯锚杆支护决定是否调整锚杆支护参数的矿压观测数据有4个，根据工程实践、计算机数值模拟分析，初步确定3个观测数据在掘进影响期间的指标值如下：A锚固区内顶板离层值，20mm；B锚固区外顶板离层值，30mm；C两帮相对移近量，100mm；D测力锚杆屈服点数，3个；如在掘进影响期间，上述观测内容超过指标值，锚杆支护参数要作相应调整。（1）锚固区内顶板离层值大于20mm，每排顶锚杆增加1根或排距减小100mm；（2）顶板锚固区外离层值大于30mm，锚杆排距减小100mm；（3）两帮相对移近量大于100mm，锚杆排距减小100mm； 5.3 观测要求顶板离层指示仪安设第一个星期要求每班观测一次，在测站设置第2个星期每天观测一次，34个星期每周观测23次，然后1周观测1次，变形稳定后（顶底板、两帮相对移近速度小于0.5mm/d为变形稳定）一个月观测一次。在巷道受到工作面采动影响期间，工作面距巷道200100m范围期间每星期观测3次，100m范围内每天观测1次。每次观测除了记录上述内容外，还要记录观测时间、最新测站与掘进面的距离，采动影响期间还要记录观测时间、回采面与巷道的距离。5.4施工要点与支护材料要求 施工要点（1） 顶锚杆锚固力大于80kN；两帮锚杆锚固力大于60kN。（2） 锚杆外露长度（螺母外）大于20mm、小于50mm。（3） 锚杆间排距误差不超过50mm。（4） 钻孔深度与锚杆有效长度（钻孔内锚杆长度）误差不大于30mm。（5） 锚杆安装扭矩不小于150Nm。（6）巷道超高300mm，两帮各补打一根帮锚杆