鸿升煤矿巷道支护设计

1、山西晋煤集团晋圣鸿升煤业有限公司合并重组集成矿井支护设计天地科学技术株式会社开采设计事业部山西晋煤集团晋圣鸿升炭业有限公司2012年12月地址：北京市朝阳区青年沟路5号电话： 010-邮政编码：传真： 010 -项目名称：山西晋煤集团晋圣鸿升煤业有限公司合并重组集成矿井支护设计委托方：山西晋煤集团晋圣鸿升炭业有限公司受托机构：天地科学技术株式会社受托机构项目负责人：颜新天地科学技术株式会社研究员受托机构项目的主要参与者：郭相平天地科技股份有限公司技术人员张占涛天地科技股份有限公司技术人员姜鹏飞天地科技股份有限公司技术人员李飞天地科技股份有限公司技术人员编写程序设计书：郭相平方案审查：林健研究员

2、姚建国研究员批准：孙震研究员目录前言一1锚定设计方法介绍22试验点调查和地质力学评价22.1地层22.2顶板条件32.3地区水文地质概况32.4区域结构42.5地应力42.6粘合强度试验43锚杆支撑初始设计43.1胡同情况43.2截面设计63.3巷道锚定设计64高强度锚定材料224.1锚224.2钢筋梯子梁224.3树脂辊224.4锚索225井下施工技术和安全措施225.1工程机械225.2施工前的准备工作235.3施工技术和技术要求235.4安全技术措施246矿压监测256.1矿压监测前的准备256.2矿压监测内容和方法256.3监视设备和物品27山西晋煤集团晋圣鸿升炭业有限公司合并重组集成

3、矿井支护设计前言山西晋煤集团晋圣鸿升炭业有限公司位于晋城市城区西南约3km的西上庄吴家沟村，行政区划属于晋城市城区的西上庄管辖。 其地理坐标是东经1124748 1124906、北纬352828 353009。 矿山生产能力从150kt/a提高到450kt/a，整合的矿区面积为2.7598km2。该矿井田位于太行山脉南端西侧，位于沁水盆地东南缘，属于低山丘陵的黄土侵蚀性地形，地形主要以平缓的黄土台、梁和冲沟为主，地形比较简单。井田内地表整体地形为西部-东南部的山梁高，东北和南冲沟低。 最高点位于井田西北部的山梁顶，海拔842.6 m，最低点位于井田东北部边界的冲沟底，海拔733.2m，最大的相

4、对台阶109.4m。井田位于沁水煤田东南部边缘，晋获得断裂带南段，白马寺反向阻断东南盘，井田整体呈东南起伏的单斜结构，地层向东北-西南起伏，倾斜角在34之间。 从原梨园煤矿和庞贝煤矿的构造情况综合来看，井田内没有发现断层、塌陷柱、岩浆岩侵入体，井田地质结构复杂程度是简单类型。山西晋煤集团晋圣鸿升炭业有限公司合并矿山，为了保证矿区巷道安全和正常采矿，加强矿区生产管理和煤矿安全管理，必须全面系统地掌握矿区地质力学参数，为巷道支护和开采提供科学、合理的基础数据，解决矿区巷道支护技术问题因此，山西晋煤集团晋圣鸿升炭业有限公司与天地科技股份有限公司的开采设计事业部合作进行了研究和试验，确定了鸿升煤矿巷道

5、的合理支护方式和施工技术。经过大量的基础参数采集、理论计算，提出了目前鸿升煤矿大巷和工作面顺沟锚杆保护的初步设计。 该设计的主要内容包括地质力学调查、支护形式和参数设计、支护材料的选择、井下施工技术和安全措施、矿脉监测设计等。 这项设计在井下实施后，应进行矿压监测，验证或修改本设计，以保证巷道的安全。1锚杆设计方法介绍目前锚杆的保护设计方法很多，如基于以往的经验和围岩分类的经验设计法、基于某些假设和分析计算的理论设计法、基于现场监视数据的监视设计法等。 许多实践经验证明，单独采用任何方法都不符合巷道围岩的复杂性和多变性特征，不能得到理想的设计效果。 只有采用动态信息设计方法，包括试验点调查和地

6、质力学评价、早期设计、井下监测和信息反馈、修改设计和日常监测，才是符合井下巷道围岩特性的科学设计方法。 其中，试验点调查包括围岩强度、围岩结构、地应力和锚定性能测试等内容，在此基础上进行地质力学评价和围岩分类，为初期设计提供了可靠的参数。 初始设计采用数值计算和经验方法相结合的方法，根据围岩参数和现有实测数据确定了比较合理的初始设计。 然后在井下实施初始设计，进行详细的围岩位移和锚定力监测，根据监测结果验证或修改初始设计。 正常施工后，要进行日常监测，确保胡同的安全。 本设计包括试验点调查和地质力学评价、锚杆保护初期设计、井下施工所需材料、设备和技术、矿脉监测设计和设备等。2试验点调查和地质力

7、学评价2.1地层井田含煤地层主要为上煤系统太原组(C3t )和下二叠统山西组(P1s )。(1)太原组(C3t ) :井田是主要含煤地层之一，由深灰色灰色泥岩、砂质泥岩、砂岩、石灰岩、煤层组成。 含煤的9层，从上到下的号码是5、6、7、8、9、11、12、13、15，其中可以采用2层(9、15号)。 发育57层的石灰岩，自下而上称为K2、K3、K4、K4上、K5下、K5、K6，是良好的对比标志(其中K2灰岩的旧资料记为K1 )。 本组厚度为61.2388.23m，平均为77.76m。本组总体上，三角洲相和碳酸盐台地相堆积。k-1砂岩作为分流河川堆积，逐渐向泻湖、湖沼环境转移，最后形成了闭流湿地

8、，发育了15号煤层。 因为水流不好，处于还原环境，有利于黄铁矿的形成，所以15号煤的硫含量很高。随着海洋入侵范围的逐渐扩大，三角洲地带停止了前进，破坏了三角洲平原的发育，形成了碳酸盐台地的堆积物。 此后海水后退，海岸进入作用加强，碳酸盐台地逐渐成为以运河为主的三角洲地带堆积，其顶部堆积在三角洲地带的泥炭沼上，形成了厚度薄、层位稳定的煤层。 海入侵一开始，就逐渐成为碳酸盐台地的浅海环境。 当时地壳振动运动频繁，形成了多个三角洲碳酸盐台地相的沉积旋转。(2)山西组(P1s ) :井田是主要含煤地层之一。 由灰色深灰色的砂岩、灰色的黑泥岩、砂质泥岩、煤层组成。 含煤的三层，从上到下的号码是一、二、三

9、号，其中三号煤主要是可采煤的煤层。 本组厚度为48.0281.21m，平均为54.48m。本组堆积着三角洲平原亚相和泻湖、湖沼相。K7砂岩是分流河流的沉积物。 随着海面下降，堆积了以泥岩、粉砂岩为主的细粒堆积物。 此后，地壳相对稳定，为煤沉积提供了良好的条件，发育出了稳定性好、厚度大、硫含量低的第3号煤层。 之后地壳相对上升，分流到三角洲平原被河道、决口扇、溢岸堆积所复盖。 这些溢岸、决口沉积填充分流间湾，沉积物以细中粒砂岩为主，之间砂质泥岩和不稳定的煤层由于泥炭沼的分布有限，另外接近碎屑岩沉积系统，形成了薄的不连续煤层(1、2号煤)，没有工业价值。2.2顶板条件第15号煤层直接顶板为K2石灰

10、岩，厚度7.4013.3m，平均10.22m左右，呈深灰色，质较纯，含有黄铁矿浸染粒子和方解石细脉，含有动物化石。 该层硬度大，块状结构，强度高。 2007年07月26日，山西省煤炭地质研究所根据邻近区山西晋煤炭集团泽州天安吴王山煤业有限公司井田内ZK5号钻孔15号煤层顶板的数据显示，灰岩采样深度为152.40161.50m，抗压强度平均26.30Mpa，拉伸强度平均3.96Mpa 在ZK1号钻头15号煤层顶板检查资料中，灰岩的采样深度为68.0081.30m，抗压强度平均为52.1Mpa，抗拉强度平均为4.38Mpa，剪切强度平均为5.34Mpa。 底板为灰黑色泥岩、砂质泥岩，抗压强度为12

11、.9823.51Mpa。2.3地区水文地质概况区域位于沁水煤田东南部边缘，白马寺背斜东翼，太行复式背斜南段西翼，晋位于褶皱带东侧，区域水文地质单元位于三姑泉区域，井田位于三姑泉区域西北部的流出区域。 三姨泉域北始于金泉山、色头一带，以丹河和浊漳河南源的地表分水岭为界，邻接辛安泉域的西北以丹河和沁河的地表分水岭为界，西南以晋获得断裂带白马寺断层为界，邻接延河泉域的南界以近东西向弧形褶皱带的切地构造为界， 以尊大箕-三姨泉-南石瓮线为界，从东到太行山麓的遮水层隆起地带，从柳口夺走火黄金窑-马轮一带，与焦作泉域有边界。地区内主要河流为丹河支流白水河，白水河为丹河支流，来源于晋城市区北边的白马寺山，全

12、长约61km，河床宽度约50m，流域面积约411.7km2，南掌村以南约1300m以下为常流水河。 井田内无常的年性河流和大地表水体，地表水的排泄条件很好。2.4区域结构井田位于沁水盆地东南缘，白马寺背斜东翼，太行复式背斜南段西翼，晋获得折叠带东侧，受区域结构影响，井田整体为背斜一翼，背斜轴部位于井田外西南部，井田内地层倾斜角4左右，目前井田内未发现断层、凹陷柱结构，未见岩浆岩侵入2.5地应力鸿升煤矿是晋煤集团新整合的矿山，没有进行地质力学参数的测定。 鸿升煤矿离晋煤集团的古书院煤矿很近，借古书院矿15#煤盘区进行的3个测定点的地应力测定，3个测定点中H最大为9.45MPa，最小为7.11MP

13、a，3个测定点的侧压系数H/V分别为1.69、1.21、1.65，侧压系数三个站的最大水平主应力方向为N33.1E、N50.4E、N77.5E，最大水平主应力方向从北向东。2.6粘合强度试验用锚杆拉拔仪确定了树脂锚固剂的粘接强度。 采用强力锚杆时，拉拔力应在10t以下。 试验采用施工中使用的锚杆和树脂药卷，分别在巷道顶板和两组设计锚杆深度进行三组拉拔试验。 在粘合强度满足设计要求前不能在井下工程中采用。3锚杆的初步设计3.1胡同情况这次锚杆的保护设计主要有鸿升煤矿的两个巷道和最初开采工作面的两个沟和眼。 鸿升煤矿在整合前挖出了一部分胡同。 现有胡同宽度为3.5m，高度为2m，截面积为7m2，后

14、期生产前胡同宽度扩大为4.7m，高度为2.4m，截面积扩大为11.28m2。 两个大巷之间的煤柱宽度为20m，工作面的采停线距回风巷的距离为30m。 图1是鸿升煤矿开采工程平面图。图1 15#煤炭开采工程平面图3.2截面设计考虑到掘进中的设备尺寸、通风要求和巷道围岩的变形预约量，鸿升煤矿的大巷掘进断面尺寸为宽4.7m，高2.4m，掘进断面面积为11.28m2，第一个采面巷道掘进断面尺寸为宽4.1m，高2.4m，掘进断面面积为9.84m2，切口掘进断面面积为净宽53.3巷道锚杆设计十五号煤由于直接顶板条件变化很大，初期设计根据灰岩厚度进行三种方案设计。3.3.1大巷支护初设计(1)直接用灰岩厚度

15、超过3.5m时的初始设计直接灰岩，厚度大于3.5m，顶板结构完整时，采用以下支护方式顶板支护锚杆形式和规格：采用高强度螺母钢锚杆，钢号为BHRB400，规格为182000mm。锚定方式：用2根锚定剂锚定，MSZ2360根和MSK2335根，钻头直径28mm，锚定长度1100mm。钢筋支承梁的规格： SB-14-3300-3和SB-14-1700-2用14号圆钢焊接，宽度为50mm (网)，长度为3300mm和1700mm，在安装锚点的位置焊接两根纵筋来安装锚点。托盘：钢性高强度拱形托盘(球垫和塑料减摩垫)，规格： 1001008mm。锚定配置：锚定五花配置，锚定列1800mm，间隔1600mm

16、。锚索布置：在巷道中部施工加固直径15.24mm、长5300mm的锚索，列距为5400mm (即每三列锚索一根)，用K2335根和Z2360根锚索，锚索长度为1480mm 锚定托盘是30030016mm的钢板，其作用力在100kN以上。胡同的支撑锚杆形式和规格：采用高强度螺母钢锚杆，钢号为BHRB400，规格为182000mm。锚定方式：使用1根Z2360的锚定剂进行锚定。钢筋支承梁规格：用s b-14-1700-2，14号园钢焊接，宽50mm (网)，长1700mm，在安装锚点的位置焊接两根纵筋，安装锚点。锚点配置：锚列1500mm，每列2根锚，间隔1600mm。托盘：钢性高强度拱形托盘(球垫和塑料减摩垫)，规格： 1001008mm。网片：街道挂金属网或阻燃防静电塑料网，规格为1.61.8m。直接碰到灰岩，顶板结构完整，没有松软三明治时的锚定支撑如图2所示。(2)直接为灰岩，厚度小于3.5m且超过1.5m时的设计直接顶灰岩厚度小于3.5m，超过1.5m时，顶板结构完整，没有弱三明治的，采用以下支撑方案。顶板支护锚杆的形式和规格：采用高强度螺母钢锚杆，钢号为BHRB400，规格为182000mm。锚定方式：用2根锚定剂锚定，Z236