5-1091巷支护设计.doc

5-1091巷支护设计总 工: 生产科：编 制： 韩文盛日 期：2012年3月10日第一章 地质概况5#煤赋存于山西组下部，煤层结构简单，一般含一层夹矸，煤层顶底板均为泥岩及砂质泥岩。工作面位于高山丘陵区，地表以侵蚀性黄土梁峁为主，其次为黄土沟谷地貌中的冲沟，北部为吉家庄，西部为榆林沟，南部为通往庞庞塔旧矿的一条砂石路。盖山厚度为+705-+816m。地面标高+1143m+1290m，工作面标高+438+474m，盖山厚度+705-+816m。工作面北部为西区四条暗斜井，东部为未开采的5-107工作面，西部为+440水平回风巷，南部为实体煤，东部的5-105工作面正在回采。直接顶：粉砂岩，厚度3.97m，灰黑色夹浅灰色粉砂岩，夹细砂岩条带及薄层含云母碎片半坚硬，下部裂隙发育。老顶：泥岩，厚度5.8m，灰黑色，厚层状，断口参差状，垂直裂隙发育，方解石充填，含植物化石。直接底：k3砂岩，厚度8.42m，浅灰色，粉砂岩，薄层状含云母碎片裂隙发育具方解石脉，水平纹理，坚硬，夹细砂岩薄层。老底：砂质泥岩，厚度4.59m，灰黑色，砂质泥岩，薄层状，含云母碎片，水平纹理发育，裂隙发育，可见方解石脉，半坚硬，含植物化石，夹菱铁质薄层。根据相邻工作面中揭露的断层，预计该工作面1-3m左右的断层较多，但由于该煤层较厚，小于煤层落差的断层不会对工作面的施工带来影响。煤尘：煤尘具有爆炸性，爆炸指数为36.06%。瓦斯：绝对涌出量为0.44m/min，相对涌出量为4.885m/t,属低瓦斯。涌水量的预测：预计掘进工作面正常涌水量10-20m3/h，最大涌水量30-50m3/h。后附煤层综合柱状图第二章 巷道断面选择及支护设计一、断面选择采用合理的断面形状，一方面可以保持巷道顶底板的完整，这对巷道的稳定性是极为有利及现场的施工；另一方面：以便于提高巷道的服务年限。因此，5-1091巷选用矩形断面。北翼回风巷:断面形状为异形断面（底板水平，顶板左高右低）。毛宽（m）净宽（m）巷中毛高（m）巷中净高（m）铺底（mm）喷厚（mm）毛断面（）净断面（）可缩尺寸（mm）高度宽度5.25.03.63.510015018.7217.5100200二、 基本支护技术方案设计（1）锚杆规格及其布置（后附锚杆布置图）5-1091巷每排布置17根锚杆，顶部采取“七七”布置，帮部采取“五五”布置，顶锚杆采用222500mm的左旋螺纹钢高强锚杆，帮锚杆采用202000mm的左旋螺纹钢高强锚杆，锚杆间、排距为800800mm。顶锚杆采用CK2340与Z2388型树脂锚固剂各一条进行锚固，帮锚杆采用Z2388型树脂锚固剂一条进行锚固，顶锚杆初锚力不小于200NM，帮锚杆的初锚力不得低于180NM。（2）锚杆支护参数选用锚梁配合锚网（钢筋网）进行支护。帮部W钢带采取三眼钢带（1800mm）与三眼钢带(1800mm)搭接的方式布置。帮部W钢带：1800mm180mm2mm（长宽厚），三眼，眼距800mm菱形网规格：10000 mm1000mm（长宽）金属垫片垫片规格：130mm822.5mm 锚杆间、排距初步确定间、排距为800800mm。锚固方式每根顶部锚杆锚固采用规格为Z2388和CK2340型树脂锚固剂各一条，先短后长，每根帮部锚杆锚固采用规格为Z2388型树脂锚固剂一条，以此保证锚杆的锚固质量。锚杆预紧力初步确定顶部锚杆预紧力矩为200Nm，帮部锚杆预紧力矩为180Nm要求采用风动或手动扳手上紧锚杆螺母。三、 锚索支护技术方案设计5-1091巷采用小孔径锚索进行加强支护时的方案。锚索支护采取单体锚索配合40040016mm（长宽厚）的自制钢板和锁具进行张拉预紧，预紧力不得小于25Mpa.（1）锚索布置锚索采用21.88300mm的钢绞线，每孔使用Z2388树脂锚固剂2条，配合16400400mm的钢板张拉至25MPa，排距2.4m，间距1.6m，每排3根，沿巷道中心线1.6m对称布置。（2）锚索选择锚索采用21.8mm的19股低松弛预应力钢铰线，锚索长度为8300m，外露长度为300mm。（3）锚索托板锚索托板选用40040016mm（长宽厚）的自制钢板。（4）锚固方式每根锚索用2支Z2388型树脂药卷锚固进行锚固。（5）锚索张拉力锚索预紧力不小于25 Mpa。四、 锚喷支护技术方案设计喷射混凝土时选用C20号混凝土，配合比：根据煤矿巷道锚杆支护技术提供的数据，以1：2：2（水泥：砂：石子）为宜。水灰比为0.4-0.5。每掘进50m做一组混凝土试块（规格150mm150 mm150mm），进行强度试验。五、锚杆支护设计顶锚杆的验算1、顶部锚杆长度的理论验算1）根据组合拱理论：L=N(1.1+B/10)L锚杆长度，m；N围岩稳定性影响系数；取1.2B巷道跨度；取5.2m代入数值，计算可得：L=1.2（1.1+5.2/10）=1.944m因此：类比5#煤其它回采巷道顶锚杆长度选择2.5m符合要求。2）根据悬吊作用,(锚杆支护对象为岩层顶板时)LL1+L2+L3L锚杆总长度，m；L1锚杆外露长度（包括钢带、托板、螺母厚度），m；L2有效长度（顶锚杆取围岩松动圈冒落高度b）；b=B、H巷道掘进毛宽4.2m、毛高3.6m； 顶板岩石普氏系数；取6 两帮围岩的似内摩擦角，=，取80L3锚入岩（煤）层内深度，1.666m。代入数值，计算得L0.1+0.462+1.666=2.228m因此：类比5#煤其它回采巷道顶锚杆长度选择2.5m符合要求。2、锚杆间排距 a锚杆间、排距，m； G锚杆设计锚固力，(50kN/根=5t/根)k安全系数，一般取2；（松散系数）L2锚杆有效长度，取2.5m岩体容重，取1.41m带入数值，计算可得：a=0.84m，考虑到工作面实际情况，间、排距均取0.8m。3、锚杆直径的确定根据公式d=L/110=2400/110=21.8181mm，因此取锚杆直径22mm。（L取锚杆有效长度为2400mm）4、锚固长度的确定根据公式：L2/3 L 式中：L锚固长度 L 锚杆长度则：L2/32500=1666mm，采取全锚锚固。5、锚固长度验算：根据公式L=2126.4mm1666mm钻孔直径，28mm 锚杆直径，22mm 锚固剂直径，23mm钻孔深度，2450mm 锚杆有效长度，2400mm锚固剂长度，1280mm 理论锚固长度根据锚杆眼、锚杆、药卷直径及实际抽取样品检查情况，锚固剂选取Z2388和CK2340各一条能满足设计要求。6、锚杆强度验算a、锚杆锚固力验算根据悬吊理论：F=RHS式中：F锚杆悬吊岩体负荷重量 R顶板岩石比重，14.1KN /m3 S支护面积，S=0.80.8=0.64m2 H选择锚杆锚固深度 1.66m故：F=14.11.660.64 =14.98KN/根，考虑到安全系数，锚固力按50 KN/根设计。b、锚杆最大抗拉力根据公式：F=SQ拉式中：F锚杆最大抗拉力，KN/根S锚杆断面积，S=R2=3.14（22/2）2=380mm2Q拉锚杆抗拉强度，Q拉=56.4kg/mm2故：F=38056.4=21432(kg/根)=214.32KN/根经验算锚杆悬吊岩石重量小于锚杆抗拉强度，根据各类巷道合理的锚杆支护技术选择表，因此顶锚杆选择222500mm的高强锚杆，间距800mm，排距800mm，可以满足要求。帮锚杆验算1、锚杆长度的确定LL1+L2+L3L锚杆总长度，m；L1锚杆外露长度（包括钢带、托板、螺母厚度），取150mm；L2巷道两帮潜在松踏区宽度；c=Htan(45-/2)H巷道掘进毛宽、毛高； f顶顶板岩石普氏系数； 两帮围岩的似内摩擦角，=arctan(f顶) L3锚固段长度，827mm。 巷道两帮潜在松塌区宽度L1： L1=htan（45/2）=3600tan（4563.4/2）=827mm式中：h巷道掘进高度，取毛高3600mm； 煤层内摩擦角，煤层硬度系数f=23， =arctanf=63.4其中：L2帮锚杆伸出潜在松塌区的额定锚固长度，取600mm； L3帮锚杆外露长度，取150mm。锚杆长度：L= L1L2L3=827600150=1577mm根据理论分析及实际抽取样品检查情况，决定帮锚杆长度取 2000mm。2、树脂锚固剂数量的确定根据公式：L1/3 L 式中：L锚固长度 L 锚杆长度则：L1/32000=667mm，采取端锚锚固。3、锚固长度验算：根据公式L=1109.4mm667mm钻孔直径，28mm 锚杆直径，20mm 锚固剂直径，23mm钻孔深度，1950mm 锚杆有效长度，1900mm 锚固剂长度，880mm 理论锚固长度根据锚杆眼、锚杆及药卷直径，锚杆选用Z2388一条锚固剂进行锚固。4、锚杆直径根据公式d=L/110=2000/110=18.18mm，因此锚杆直径取20mm。式中： L锚杆长度5、锚杆间、排距的确定根据公式：D0.6L则： D0.62000=1200mm因此，类比5#煤其它回采巷道帮锚杆选择202000mm的左旋螺纹钢高强锚杆，间、排距均取800mm。锚索验算1、锚索长度理论验算按锚索直径21.8mm进行验算：A、锚索长度理论计算：L=La+Lb+Lc+LdL锚索总长度，m；La锚索深入到较稳定岩层的锚固长度；Lb需要悬吊的不稳定岩层厚度，取6m；Lc上托盘及锚具的厚度，取0.2m；Ld需要外露的张拉长度，取0.3m；锚索锚固长度：LaKd1fa/4fc式中K安全系数。取K=2；d1锚索钢绞线直径。取21.8mm；fa钢绞线抗拉强度。N/mm2（1860MPa，合1426.05 N/mm2）；fc锚索与锚固剂的粘合强度，取10 N/mm2；则LaKd1fa/4fc=221.81426.05/410=1554.39mm=1.55m取La=1.55m，则L=1.55+6+0.2+0.3=8.05m 类比5#煤其它回采巷道锚索长度为8.3m，满足要求。2、锚索排距理论计算LnF2/BHY-（2F1sin）/L1式中 L锚索排距，m；B巷道最大冒落跨度，取5.2m；H巷道最大冒落高度，取2.5m；（最大取锚杆长度） Y岩体容重，取25.62KN/m。 L1锚杆排距，取0.8m；F1锚杆锚固力，取90KN；F2锚索极限承载力，454KN； 角锚杆与巷道顶板的夹角，75；n锚索排数，取1；L454/5.22.525.62-（2900.966）/0.8=3.92m类比5#煤其它回采巷道锚索排距2.4m,满足要求。 3、锚索数目理论计算NKW/P断N锚索数目；K安全系数；2P断锚索最低破断力（取504kN；）W被悬吊岩石的自重，kN；(W=BhD）B巷道掘进毛宽，（取5.2m；）D锚索排距，（取2.4m）（按设计排距反算锚索数量）；h悬吊岩石厚度，（取2.5m；）悬吊岩石平均容重，（取13.72kN/m3）。带入数值，计算得：N=2（5.22.513.722.4）/504=1.699根据上述计算，锚索数量为3，符合要求。喷层厚度计算t8.3310-7a3/ t21.710-6a2/ tt混凝土抗拉设计强度；混凝土抗剪设计强度；顶板岩石容重； a 顶板锚杆间排距 t喷层厚度； 只要现场实测混凝土抗拉设计强度、混凝土抗剪设计强度，即可算出所需喷层厚度。六、锚索支护设计目前5-1091巷使用锚索为21.88.3m的19股低松弛钢绞线，其抗拉载荷为50Mpa，现根据试验情况取其值为45Mpa。目前锚索支护间排距为：1.6m2.4m，一组施工3根。现对其合理性验证如下：为保证锚索提供足够悬吊能力，需将锚索锚固于稳定岩层中，结合5#煤巷道沿顶板掘进时顶板实际情况，将锚索总长度设定为8.3m（外露0.3m），上覆岩层潜在垮落范围内直接顶岩层的自重载荷为：W=SD排式中：S潜在破坏范围的面积 S=1/2hB=16.56 h潜在冒高 h按关键层理论论证得（h=hi，hi关键层下各软弱分层厚度） 取2.5m B巷道宽度 取5.2m 岩体的容重 取13.8KN/m3 D排锚索排距 取2.4m故W=SD排=731.4KN 锚索的总悬吊能力为：P=3P1W P1锚索破断载荷 P1=450KN 3P1=1350KN 由此，得出 P=3P1W 成立 可以满足支护要求注：锚固段长度的确定原则是保证锚固段的粘锚力与锚索的极限抗拉载荷相匹配。通常,在可锚岩层中,锚固段长度不小于1.6 m时即可满足这一要求。锚索的布置参数包括锚索位置、锚索长度及间排距。通常宜将锚索布置在巷道的中线上,但当载荷体过高时则宜将锚索布置于适当靠近两帮的位置,从而避免使锚固段的一部分处于载荷体范围内的不合理现象。第三章 矿压监测一、 矿压监测目的（1）通过监测，对巷道采用锚杆支护后的效果进行评价，并及时发现存在的问题或不足，以便对锚杆支护参数进行优化、对技术方案进行调整，真正发挥锚杆支护的安全、经济的优越性。（2）总结试验巷道的基本矿压规律，为庞庞塔煤矿类似巷道的围岩控制提供指导。二、 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安排，要求监测工作认真负责，并具有一定巷道支护经验。（2）准