玻璃钢锚杆支护设计毕业论文

苏村6煤层综采工作面两巷支护优化设计0前言由于锚杆支护具有安全可靠，经济、快速等优点，因此在我国煤矿巷道中迅速得到推广应用。为了实现高产高效，我司成立后一直在各矿推广采用金属锚杆支护的形式，现被各矿普遍接受，施工工艺和安全效果较好。我司各矿下步陆续都将要实行机械化采煤，在实践中由于金属锚杆在采面巷道使用不能被采煤机直接截割，易缠绕在采煤机滚筒上，不易清除，不仅易损坏采煤机的截齿，降低装煤效率，而且极易产生火花，如有瓦斯积聚或局部异常涌出的情况容易引起瓦斯爆炸，威胁井下安全。因此，需采取爆破方式超前拆除煤璧和采帮侧的金属锚杆，这样不但增加了生产工序，浪费人力、物力，影响生产，而且爆破拆除本身就存在着严重的不安全隐患。科研单位一直此方面进行研究，相关成果已广泛推广和应用。为此，公司确定对中阳苏村矿5、6煤工作面两巷帮部及工作面切眼的支护设计进行优化，采取可截割玻璃钢锚杆在该巷道进行支护试验。待取得一定经验和参数后，在全公司相应矿井的采煤工作面巷道进行推广和应用，消除隐患、简化生产工序，提高工作效率。1、玻璃钢锚杆简介针对煤矿井下作业的特点，开发高强轻质、采煤机械能直接切割的非金属锚杆，是国内外有关部门十分重视的项目。其中高强度玻璃纤维增强塑料锚杆是主要的研究方向。高强度玻璃纤维增强塑料锚杆，是以不饱和树脂为基本材料，以玻璃纤维为增强材料复合而成，合成树脂良好的化学性能和玻璃纤维高度的特点，决定了玻璃钢这种复合材料具有其他材料无法比拟的性能优势。11玻璃钢锚杆在煤矿井下支护中使用，有以下几个突出的优点（1）玻璃钢锚杆轻质高强玻璃钢的相对质量只有铁锚杆的1/4，而强度却能接近钢材的水平，玻璃钢锚杆的支护强度接近钢锚杆的支护强度，而其重量只有同规格钢锚杆的1/5左右。（2）玻璃钢锚杆易切割，不会产生火花，玻璃钢是非金属材料，易切割，且不会产生火花，特别适合于“综采”作业。既保证了井下作业的安全，又解决了矿井锚固支护作用，可大幅度提高煤炭开采效率，可大大减少割煤机截齿的损坏，降低了生产成本。此外，玻璃钢锚杆切割后随煤一起输送进仓，避免了废钢锚杆对设备的损坏。12全螺纹玻璃钢锚杆在矿井应用实例玻璃钢锚杆在全国各矿务集团得到了推广应用，如山东鲁泰煤业有限公司太平煤矿、河南平煤集团公司十三矿、山东兖矿集团北宿煤矿、黑龙江鹤岗矿业集团南山煤矿、神东煤炭公司保德煤矿、山西西山晋兴能源有限责任公司斜沟煤矿（兴县）等，其中河南平煤集团公司十三矿自2005年1月开始投入使用，煤层厚度4M煤质松软F03左右，倾角24，现场观测巷道变形值，两帮变形平均在120MM，顶板下沉小于等于150MM,锚固力满足要求。另外山东鲁泰煤业有限公司太平煤矿2008年6月开始试用，2008年11月全部推广，煤层为中硬，经实测两帮最大移近量为54MM、37MM，底鼓量39MM，顶下沉28MM，巷道变形完全满足要求。综上所述，玻璃钢锚杆在回采巷道的帮部支护，能满足要求，是可行的，值得推广。2、预实验巷道煤层地质情况21煤层及煤层顶底板苏村煤矿6号煤层位于太原组顶部，L5灰岩多为其直接顶板，下距K2灰岩36M。井田内该煤层厚度120195M，平均158M，一般含有12层夹矸，夹矸厚度013030M，煤层倾角725，煤层硬度中等，一般F23。煤层伪顶为泥岩或粉砂岩，为一类岩石；直接顶为L5石灰岩，为四类岩石；底板多为砂质泥岩细砂岩，岩性较致密坚硬。为二类岩石。22岩石物理力学性质矿井在2010年，山西省煤炭地质一队在苏村煤业有限公司西北方向约55公里处的中阳付家焉煤业有限公司煤矿施工的部分钻孔中，采集有代表性的岩石力学试验样，兹将其岩石力学物理实验结果如下岩石力学实验结果表取样钻孔号取样层位岩石名称抗压强度（MPA）抗拉强度（MPA）抗剪（凝聚力导数）5035046号煤顶板泥岩325035046号煤底板泥岩砂质泥岩38从上结果可以看出，井田内批采6煤层顶底板主要为泥岩，单向抗压强度不高，易碎，易垮，较难管理，建议矿方高度重视。3、试验方案31巷道支护参数设计根据巷道的地质条件，采用组合梁理论和工程类比法确定回采巷道锚网梁支护参数（详见支护设计断面图）。类别锚固长度/M长度/M直径/MM间距/MM排距/MM锚孔直径/MM顶锚杆10222080080028帮锚杆10202080080028锚索206315241500300028工作面两道巷均为不规则梯形断面，规格为巷宽4200MM,巷高为2400MM，顶板采用螺纹钢锚杆与W型钢带配锚索联合支护，巷道两帮侧改可切割的截割的全螺纹式玻锚杆支护。311玻璃钢锚杆参数木次试验的全螺纹式玻璃钢锚杆规格为直径为20MM、长2000MM，其锚固深度2000MM,312支护形式及支护参数两巷顶板使用直径为20MM、长2200MM的左旋螺纹钢锚杆与钢筋梯子梁配锚索支护。锚杆为矩形布置锚杆间排距为900800MM，每孔注人23支型树脂锚杆锚固剂，加长锚固，扭矩不低于150NM；金属梯子梁采用12MM圆钢焊接而成；帮锚杆间排距为900800MM，使用直径为20MM、长2000MM的全螺纹式玻璃钢锚杆，每孔配12卷端头锚固，扭矩不小于40NM,锚固力不低于70KN。顶板两肩窝锚杆与水平方向成75角布置,帮最上下一排分别与水平方向成15角布置；顶部铺金属菱形网，帮部采用高纤维塑料经纬网；锚索采用1524MM，7股钢绞线，长度L63M，单排布置，排距2400MM用3支药卷端头锚固,锚固力不小于240KN。32巷道在过断层、破碎带时的支护巷道在过断层、破碎带及其它不宜使用锚网支护的地点，改用定型支架支护（11号工字钢加工而成），棚距800。帮顶各用水泥背板接实，不准空邦、空顶、空肩，顶空部分必须用大料接实，不准填碎煤矸，棚子要扶正且垂直于顶底板，不准立肩、吊斜、扒肩，棚子要架设牢固。33三、四角门支护考虑到开门后顶板悬露面积较大，三四角门处补打2根锚索加强支护。34巷道超宽、超高时的支护巷道超高300时，在超高处补打锚杆，数量根据现场情况而定；巷道超宽300时，在顶板超宽处补打锚杆，数量根据现场情况而定；当巷道顶部因围岩性质差而出现较大范围的围岩冒落时，锚杆应按冒落线轮廓施工。35临时支护锚网巷道使用吊环支护，架棚巷道采用前探梁支护，要求必须紧跟迎头，严禁空顶作业；必须接实、瞒严，带有初撑力。4、锚杆、锚索施工方法锚杆支护是一个隐蔽工程，一旦施工质量存在问题，及易造成冒顶事故的发生，为此，现场施工成为锚杆支护的关键环节，要求从事锚杆支护的技术人员和操作人员对锚杆支护的施工工艺必须了解、熟悉和掌握。41、树脂锚杆结构特点树脂锚杆由杆体、锚固剂、托盘和螺母组成。树脂锚杆操作简单，安装方便，具有锚固速度快、强度大、锚固方式易改变、质量易控制、安全可靠等优点。42树脂锚杆的安装工艺421树脂锚固剂的储存和使用应遵守规定1）树脂锚固剂应在425的避光防火仓库中储存。2）锚杆安装前应检查树脂锚固剂的性状。严禁使用过期、硬结、破裂等变质失效的锚固剂。3）井下运输、存放树脂锚固剂应注意避免受压、受折、受热、已破损或废弃的树脂锚固剂要挖坑掩埋或采用其他方式妥善处理，严禁混入掘进出煤系统。4）搅拌树脂锚固剂时，必须严格按以下标准掌握搅拌时间和等待时间建议使用快速、中速两种树脂锚固剂，先装快速，后装中速，树脂锚固剂用锚杆送至孔底后边搅拌边推进，搅拌2030秒停转，等待2分钟后再落下钻机。5安装树脂锚固剂时，必须严格按设计要求的顺序和数量在锚杆孔中放置锚固剂。43安装树脂锚杆应遵守的规定1）宜采用快速安装工艺，即搅拌树脂药卷、上托板、拧螺母一次完成。2）宜用锚杆钻机作为安装机具。3）安装扭矩应控制3040NM为宜,以防扭坏杆体。4）锚杆尾端的托板应紧贴托梁或壁面，未接触部位必须契紧垫实。5）螺母距锚杆杆体尾端不大于50MM锚杆间排距不得超过设计值50MM。44煤巷树脂锚杆的安装步骤441打钻孔用煤电钻配与锚杆相配套的麻花钻杆和双翼煤钻头打钻孔，孔深控制规定范围之内。锚杆眼的角度和孔深。锚杆布置方向应尽量与巷道轮廓线（或岩层主要层理面）垂直，其夹角不小于75，煤巷顶板靠两帮的锚杆，与顶板法线夹角呈1525。锚杆眼深度必须与锚杆长度相匹配，眼深误差030MM，并在作业规程中予以规定。442装药卷安装前所有锚杆眼都要用压风扫孔，清除积水、岩渣。检查锚杆孔的质量（深度与角度）、锚杆构件是否齐全以及待装药卷是否硬化、过期或损坏等（对已硬化、过期或损坏的药卷严禁使用），并按设计要求将树脂药卷的型号及数量依次装入孔内。锚杆眼孔径应与锚杆直经、树脂药卷直径合理匹配。锚固剂的环形壁厚应控制在410MM。孔径允许时，应尽量选用大直径树脂卷。443插入锚杆杆体锚杆杆体套上托板及带上螺母，杆尾通过连接套与锚杆机头连接，杆端插入已装好树脂药卷的岩孔内，升起锚杆机并利用锚杆杆体将孔口处的药卷推送至孔内，使药卷接触到煤孔孔底为止，然后开始转动锚杆机搅拌药卷。树脂锚固剂凝固1小时后，方可进行张拉预紧上托盘工作，预紧力一般18不大于60KN、20不大于70KN、22不大于80KN。445安装托盘及螺母必须使用锚杆钻机或其它专用锚杆安装机具，使树脂锚固剂充分搅拌混合。并使用快速安装工艺，即搅拌树脂锚固剂、上托盘、拧紧螺母一次完成。严禁用锤击或风锤搅拌的方法安装锚杆。煤巷帮锚杆的安装扭矩应控制3040NM为宜,以防扭坏杆体，锚固力不大于60KN。锚杆安装后，应使托盘紧贴煤壁。必须采用风动扳手或力矩扳手拧紧螺母，及时对所有锚杆进行二次紧固，确保锚杆螺母拧紧力矩达到设计要求。4、5锚索安装工艺1）、采用普通单体液压锚杆钻机，配中空六方接长式钻杆和27双翼钻头湿式打眼，为保证眼深精确可在起始钻杆上用白色或红色油漆标出终孔位置；2）、安装树脂药卷前应检查其质量，并注意快凝药卷上，缓凝药卷在下；3）、用棉丝将锚索锚固段的水、煤屑等干净，用塑料封箱胶带将树脂药卷与锚索粘结定位；4）、锚索下端装上专用搅拌驱动器，2人配合用锚索顶住锚固急缓送入钻孔（注意不要反复抽拉锚索）确保锚固剂全部送到孔底；5）、将专用搅拌驱动器尾部六方插入锚杆机；6）、一人扶机头，一人操作锚杆机，边推进边搅拌，前半程用慢速旋转，后半程用快速旋转，搅拌时间控制在2030S；7）停止搅拌，但继续保持锚杆机的推力约3分钟，然后可缩下锚杆机并移开打下一个锚索孔；8）、10MIN后先卸下用搅拌驱动器，装上托梁、托盘、锚具，并将其托到紧贴顶板的位置；9）、2人一起将张拉千斤顶套在锚索上并用手托住；10）、开泵进行张拉，并注意观察压力表读数，达到设计预紧力千斤顶行程结束时，迅速回程；11）、卸下张拉千斤顶（注意用手接住避免坠落）；12）、用液压切割器载下锚索的外露部分（可将一个班成或几个班安装色锚索集中一次切割）。451、技术要求锚索应靠近工作面与锚杆同时安装1）、锚索孔深误差控制在30MM2）、锚索外露长度控制在30020MM；3）、锚索搅拌树脂药卷过程中不能停顿要一次完成，绝对不能反复搅拌，否则已开始聚合反应的树脂分子链会遭到破坏，导致锚固失败；4）、搅拌树脂药卷后1015MIN张拉锚索，张拉预紧力控制在50100KN；5）、锚索安装48小时后如发现预紧力下降，必须及时补拉；6）、锚索锚固力应不低于200KN；7）、张拉时发现锚固不合格的锚索，必须立即在其附近补打合格锚索，或者用张拉器将不合格的锚索拔出，然后用钻机将原来的钻孔清洗一遍重新安装锚索；452锚索施工安全技术措施1）、打锚索孔时，接长式钻杆连接处强度较低，在接头位置进入孔内之前要控制锚杆推力，以避免钻杆折断伤人；2）、松开盘住的锚索时，要注意其张性较大，防止突然张开伤人；3）、锚索要随打随安装，但可把当班安装的锚索集中一次进行张拉；4）、张拉锚索前，应检查张拉千斤顶油泵各油路接头处是否有松动，若发现有松动现象应及时拧紧；5）、张拉锚索时，应使张拉油缸与锚索保持同轴，张拉千斤顶卡住锚索后人员可暂时撤到千斤顶侧面，张拉千斤顶下方严禁站人；6）、掘进过程中遇到地质恶化时，必须及时采取应急措施并立即向有关领导和职能部门报告；7）、禁止在锚索、锚杆上系倒链、滑轮起吊大件；8）、巷道掘进过程中，每隔50M由掘进队探一次顶板煤层，掘进作业过程中需按有关规定制定其它有短安全技术措施9）、有关机具设备的使用、操作、维护、保养等均应按厂家的厂品说明书或操作指南进行。5、锚杆支护质量检查、验收1）锚杆、锚索、树脂锚固剂、托盘、螺母、菱形网等材质、品种、规格结构、强度等应符合国家行业标准、规范及设计作业规范的规定，供应部门必须对锚杆支护材料进行质量验收、试验、检测。2）锚杆设计锚固力检查（拉拔力试验如下图）班组验收人员应对照规程、措施的要求对锚固情况进行检查与验收。巷道每掘进3050M或每300根锚杆（含300根以下），抽样一组（不少于3根，顶板2根，帮1根，下同）进行检查，拉拔加载至锚杆设计锚固力的90。锚杆锚固质量合格的条件被检查的3根锚杆都应符合要求，其中只要有1根不合格，再抽样一组（3根），再不符合要求，由矿总工组织有关部调查分析不合格原因，并采取措施进行处理。当设计变更或材料变更时，必须做相应的拉拔力试验。检验锚杆锚固力应遵守如下规定拉拔锚杆时，拉拔装置下方严禁站人。拉力计必须牢固可靠。锚杆杆端一旦出现颈缩时，应及时卸载。拉拔试验后应及时重新拧紧螺母，若锚杆失效应及时补打。3）锚杆螺母扭距的检查每小班必须对当班施工锚杆的每一个螺母扭矩进行检查，检查时使用扭力扳手。扭矩小于规定的必须重新将其拧紧，达到设计要求。巷道每掘进3050M或每300根（含300根以下）用扭力扳手检查一组（不少于10个螺母，顶板6个，帮4个，下同），称一次抽检，若只有1个不合格，将其拧紧；若有2个不合格，再抽查一组，称二次抽查（不少于10个螺母）。若一次抽查有3个螺母扭矩不合格或二次抽查有2个不合格，必须采取相应措施，将该段范围内所有螺母拧紧，全部达到要求。4）必须坚持日常巡查，对失修巷道应及时进行维护，对巡查不合格或失效锚杆等问题及时处理并采取补救措施。5）锚索的拉拔力不小于设计规定。6、锚杆支护质量监测1）由于锚杆支护巷道顶板活动情况具有隐藏性，巷道顶板下沉、离层、冒顶预兆不易被直观觉察，所以对巷道围岩进行监测，尤其是顶板离层监测。2）该巷道采用顶板离层仪及多点位移计对顶板进行离层监测。离层仪垂直安装在巷道宽度的中间，每40M左右安设1个，距迎头不大于60M。3）顶板离层仪的安装由工区技术人员负责，应选择在顶板完好、平整处，安装要牢固，各部分螺丝应及时紧固好。安装及使用情况都应符合要求，不得弄虚作假。4）顶板离层仪安装步骤A、用2728MM钻头在顶板上打垂直孔打至预定深基点深度（深基点应固定在稳定岩层内3000以上）。B、用安装杆将上部锚固器1深基点推至钻孔上端，轻拉一下细钢绳确认锚固器已锚住。（注上部锚固器与显示孔口到上部锚固器之间的总变形量的T刻度指示环相连。）C、用端部带槽的安装杆将下部锚固器2（浅基点）推至钻孔中预定监测位置通常与顶板锚杆上端处于同一高度，轻拉一下细钢绳确认锚固器已锚住。D、检查确认孔口套管组件连接牢固，然后将其插入钻孔中，确保两个刻度指示环移动顺畅，不受任何卡阻，并确认孔口套管组件已固定在钻孔中（注在将孔口套管组件推入钻孔中的同时，需将细钢绳从刻度杆端向外拉）。E、将深刻度指示环T的红色边缘与“0”刻度对齐，然后用卡箍将与其相连的细钢绳卡住，确认指示环移动不受卡阻，截去多余的细钢绳。F、将浅刻度指示环L的红色边缘与“0”刻度对齐，然后用卡箍将与其相连的细钢绳卡住，确认指示环移动不受卡阻，截去多余的细钢绳。G、记录指示仪编号、安装日期及位置，初始读数5）观测频度距离迎头50M以内每天观测1次，其它位置12次/周，若顶板一直趋于不稳定状态，应每天观测1次。6）当顶板离层超过100MM时，必须立即回报，由矿总工召集有关人员分析顶板离层原因，并采取相应的处理措施。7）可以采取的主要措施有A、锚固范围之内离层，加大支护密度。B、锚固范围之外离层，增加锚杆长度，或补打锚索，或用金属支架、带帽点柱加强支护。8）当顶板或锚杆、锚索孔出现淋水时，必须采取措施加强支护。9）区队干部、班组长及其他工作人员也应随时注意顶板离层情况，以便及早发现并及时采取措施。7矿压观测71巷道矿压监测内容、目的及手段为了观测巷道支护效果，研究巷道帮部支护参数的现实合理性，需设置相应的测站，对围岩表面位移、顶板离层状况、锚杆载荷进行观测。锚杆支护时主要监测内容、目的及手段见表71。表51监测内容、目的及手段序号观测内容观测目的测试手段1巷道表面位移监测巷道相对变形量，从而判定稳定性测杆、测枪2顶板离层监测顶板稳定状况，及时采取安全措施离层指示仪3锚杆受力检测锚杆强度是否合适，以调整密度锚杆液压枕4顶板状态监测顶板的岩性变化及软弱面层位钻孔窥视仪5螺母拧紧力矩检查锚杆安装质量扭力扳手72测站设置对围岩表面位移、顶板离层状况、锚杆锚固情况等进行观测。1）巷道表面位移测站新方案开始施工30M后设置第一个测站，隔20M后再设1个测站，共设2个，每个测站3个测面。在每个测面的顶、底板和两帮的中部各布置1个测点。采用“十字测量法”进行观测。采用钢尺进行量测，主要观测内容包括顶底板相对移近量，两帮的相对移近量和底鼓量。表面位移观测均填表，表格形式如表72所示。表72巷道表面围岩变形观测表观测数据观测日期距工作面距离两帮相对移近量/MM顶底板相对移近量/MM底鼓量/MM初读数2）顶板离层监测每隔40M在顶板中部安设一个离层指示仪。每个离层仪共2个测点，一个深度为25M（锚固区内），一个为60M（锚固区外）。观测表格如表73所示。表73顶板离层观测表观测数据观测日期距工作面距离锚固区内/MM锚固区外/MM差值/MM初读数3）锚杆锚固情况为检查锚杆与围岩的锚固情况，应对锚杆的拉拔力进行检测，可采用拉拔计进行。73观测要求顶板离层指示仪要求每班观测1次，其余内容，在测站设置2周内每天观测1次，24个星期每周观测23次，然后每周观测1次，变形稳定后每月观测2次。8、国内外玻璃钢锚杆应用上世纪三、四十年代，“美国是最早使用锚杆并以锚杆作为唯一的煤矿顶板支护方式的国家”，目前也是锚杆支护技术最先进，使用最广泛的国家。上世纪九十年代中期，杜邦公司推出用于煤矿支护的玻璃钢锚杆，已迅速在采煤业发达国家得到广泛应用，如英国、德国、澳大利亚和新西兰等等，而澳大利亚已将巷道支护使用玻璃钢锚杆列入国家法规，据美国政府网站公布美国2002年煤矿使用玻璃钢锚杆的数量已高达14亿支。近年来，我国已涌现出了诸多致力于玻璃钢锚杆技术开发研制的先行者，在他们的努力推动下，已有少量加工生产玻璃钢锚杆的设备投产，粗糙表面式玻璃钢锚杆已在相当数量的煤矿中投入支护应用，社会与经济效益已初步显现。9、经济社会效益1经济效益玻璃钢锚杆与金属锚杆的价格比较玻璃钢锚杆价格咨询厂家规格价格类别玻璃钢锚杆（元/套）金属锚杆（元/套）每套差价（元/套）182103131032023037514522246445199综采工作面两巷及切眼帮部使用玻璃钢锚杆支护具有一定的经济效益，经比较每套玻璃钢锚杆比金属锚杆单价约低14元（实际矿帮部采用锚杆直径18MM金属锚杆，实际比较单价节约83元），巷道支护设计帮部各布置3根玻璃钢锚杆，间排距800800MM,每米75根锚杆，经计算每100M直接节约支护费用约1万元751410010500元；75831006225元。另外金属锚杆虽可回收一部分，但增加了一定的人力，以及增加火工品的消耗等，远远大于报废锚杆的销售价格。2）社会效益玻璃钢锚杆的可切割性服务于采面回采，可减少采煤机械磨损，减少辅助工时，加快采煤进度。而其切割不产生火花，更是一笔无形效益，在高瓦斯及煤与瓦斯突出工作面更为重要。玻璃钢锚杆重量较轻，减少了掘进过程中工人运输时的劳动强度，提高单进水平。公司下属各矿井多属于综采工作面，因此玻璃钢锚杆在在综采工作面两巷应用具有显著的社会效益和广阔的应用前景。