锚杆锚网索设计说明书Word格式文档下载.docx
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井口坐标（m）
80西安坐标系3°
带
纬距（X）
3984364.020
3984398.727
3984317.219
经距（Y）
38414149.265
38414252.991
38414331.794
标高
（m）
井口（Z口）
+1038.288
+1033.50
+1049.50
井底（Z底）
+828.165
+870.0
+950.0
方位角（度）
290°
0′0″
300°
309°
36′51″
倾角（度）
18°
30′
25°
井筒斜长或垂深（m）
680
515
235
井筒净宽或净径（m）
4.2
4.0
井筒
支护
支护形式
钢筋混凝土砌碹/锚网喷
支护厚度（表土段/基岩段）
500/100
断面积
（m2）
净
13.22
12.28
掘进（表土段/基岩段）
20.95/14.30
19.84/14.12
19.04/13.35
井筒装备
带宽800mm胶带机
单钩串车、
人行台阶
人行台阶、扶手
目前情况
已有
新掘
井田范围内3号煤层与15号煤层间距平均107.70m，3号煤层在井田范围内东南部赋存，设计采用一个主水平和一个辅助水平分别开采15号煤层和3号煤层，即在两层煤内分别独立布置大巷，主水平开采15号煤层，水平标高为+870m，辅助水平开采3号煤层，水平标高为+895m。
目前该矿井主斜井、副斜井、回风斜井均落底于15号煤层，南翼回风大巷、南翼运输大巷、南翼轨道大巷均开拓于15号煤层，然后沿南部的回风斜巷、运输斜巷、轨道斜巷往上进入3号煤层，开采3号煤层。
全井田共划分为3个采区，其中3号煤层1个采区，15号煤层2个采区。
根据开拓部署，先开采井田东南部3号煤层，再开采井田北部二采区15号煤层。
第二节位置、交通
一、位置
山西长治县雄山常蒋煤业有限公司位于长治县城南约9km处，行政区划隶属长治县八义镇管辖。
矿区范围地理坐标为：
东经113°
02′29″-113°
03′30″，北纬35°
57′59″-35°
59′33″。
2012年9月7日山西省国土资源厅颁发采矿许可证，证号为C140000************4873，有效期从2012年9月7日至2022年9月7日，批准开采3—15号煤层，开采深度标高由+1110m至+720.0m。
井田范围由以下10个坐标拐点连线圈定。
井田南北长2.9km，东西宽1.5km，井田面积3.0181km2。
矿界范围拐点对照表表1-2-1
坐标
拐点
编号
1980西安坐标系
3度带
6度带
1954北京坐标系
1
3984744.52
38413589.44
3986248.28
19684131.74
3986297.00
19684200.00
2
3984744.82
38414489.59
3986276.28
19685031.75
3986325.00
19685070.00
3985219.43
38414504.20
3986751.28
3986900.00
4
3985200.98
38415103.72
19685631.75
19685700.00
5
3985802.91
38415029.92
3984351.27
19685631.76
3984500.00
6
3982809.06
38414830.08
19685431.76
19685500.00
7
3982809.45
38414814.71
3983851.26
3983900.00
8
3982333.89
38414020.34
19684636.75
3985485.00
9
3983929.09
38414054.24
3985441.27
19684621.75
19685020.00
10
3983933.16
38413564.48
3985436.27
19684131.75
19685100.00
二、交通
井田地理位置优越交通方便，西距长（治）至晋（城）二级公路3km，村与村之间有简易公路相通。
由井田向北至9km至长治县城可与长（治）至晋（城）高速公路、长（治）太（原）高速公路和太（原）焦（作）铁路连通，通往全国各地，交通运输方便，详见图1-2-1（交通位置图）。
三、相邻矿井
井田西部为3号、15号煤层隐伏露头，无煤矿分布；
井田北部120m处为2009年以前关闭的王庆煤矿；
井田东部与长治县西山煤业有限公司相邻；
井田南部与长治红山煤业有限公司相邻。
详见矿井四邻关系图1-2-2。
1、山西长治县西山煤业有限公司
西山煤业有限公司位于长治县荫城镇荫城村，为兼并重组整合单独保留煤矿，经济类型为有限责任公司，批准开采3、15号煤层，现开采3号煤层。
开采工艺为液压支架放顶煤，生产规模90万t/年，井田面积3.3928km2，该矿井无越界开采现象，属瓦斯矿井，3号煤层有爆炸性，自燃倾向等级为Ⅲ级，属不易自燃煤层。
矿井最大涌水量25m3/h，正常涌水量20m3/h。
2、长治县荫城镇王庆煤矿
长治县荫城镇王庆煤矿南边界和常蒋煤矿北边界相隔120m，无越界开采情况。
该矿为长治县荫城镇王庆村集体企业（于2009年以前关闭），批准开采3、15号煤，生产能力为6万t/年。
3、山西长治县红山煤业有限公司
长治县红山煤炭有限公司位于八义镇沟里村东，为单独保留矿井，准采3-15号煤层，生产规模120万t/年，井田面积7.2900km2。
该矿井无越界开采现象，属瓦斯矿井，3号煤层有爆炸性，开采3号煤层矿井最大涌水量40m³
/h，正常涌水量25m³
/h。
自燃倾向等级为Ⅲ级，属不易自燃煤层。
交通位置图图1-2-1
矿井四邻位置关系图图1-3-1
第三节地形地貌
井田位于太行山脉中段西侧、长治盆地东南部边缘。
井田中部及南部有基岩出露，松散层分布也较为广泛，受剥蚀后形成众多黄土陡坎及沟壑。
井田内沟谷纵横，山梁绵延，沟深坡陡，地形较复杂。
总的地势为中东部高，南、北、西三面低；
地形最高点位于井田中南部的山梁，海拨高程1180.5m，地形最低点位于井田西北沟谷，海拔高程约983.0m，最大相对高差197.5m。
地貌类型划分为低中山区。
第四节水文、气象
井田范围内地表水体不发育，无常年性河流以及大的地表水体，黄土沟谷平时干涸，雨季短时洪水汇流，向西北汇入陶清河，陶清河从井田外西北部0.5km—1km处由西南向东北流过，井田外北部0.5km处为陶清河水库。
井田范围主要沟谷属海河流域浊漳河南源水系陶清河支流。
工业场地周边沟谷历史最高洪水位标高1024m左右。
该区属暖温带大陆性季风型气候，四季分明，春季干燥多风，夏季炎热多雨，秋季天高气爽，冬季寒冷少雪。
据长治市气象局1998年－2014年资料统计，年均气温为9.8℃，一月最冷，平均-5.5℃，极端低温为-21℃。
七月最热，平均23.2℃，极端高温为38.6℃。
无霜期180天，年均冻结天数100天，最大冻结深度56cm。
年平均日照时数2482.34小时。
根据长治县气象站1998年-2014年资料统计，长治县年均降水量566.17mm，最大降水量923.8mm，最小降水量为473.6mm，降水多集中在7、8、9月分，1月份降水量少。
年蒸发量为1631.6mm，蒸发量大于降水量。
本区多西北风，最大风速为2～3m/s。
第五节地震
地震是新构造运动的重要证据之一。
据史料记载，本县历史上未发生过强烈地震。
据《山西通志》卷13记载，在元大德年间曾发生过一次4级左右的地震。
虽然本县无强震发生，但邻县的强震活动强烈。
根据GB50011—2010《建筑抗震设计规范》（2016版）和《中国地震动峰值加速度区划图》（GB18306—2015），本地区抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.05g。
第六节预查、普查、详查、勘探阶段地质
和水文地质工作成果的评述
1、1983年5月—1984年6月，山西省地质矿产局212地质队在王庄煤矿进行了详查勘探工作，施工钻孔23个，总进尺5794m，1984年10月提交了《山西省长治县王庄煤矿详查地质报告》。
1985年2月，经山西省地质矿产局评审后以晋地地字【1985】第17号文下达批准意见书。
本井田位于王庄详查区的西北侧3km处，没有大构造影响，水文地质条件相似，因此该详查报告中钻孔简易水文观测成果、ZK3-1号水文孔抽水试验成果可以参考利用。
2、2008年4-11月，山西省地质矿产勘查开发局212地质队在井田内施工了3个钻孔（ZK1、ZK2、ZK3号），其中ZK1、ZK2号孔位于本井田中北部，ZK3位于本井田南部，钻探总进尺629.77m，经过地质、钻探、测井、简易水文等现场验收合格，钻孔简易水文观测成果可利用。
上述以往地质工作成果中，王庄煤矿详查区距本井田较近，其勘探报告经有关部门评审认定，质量可靠，勘探成果资料可供利用参考。
第七节地层
井田位于潞安国家规划矿区高平东区西北部边缘。
井田内出露地层主要为二叠系上统上石盒子组地层、二叠系下统下石盒子组地层、山西组及石炭系上统太原组、中统本溪组，井田西部、东北部为大面积黄土覆盖。
根据井筒和钻孔资料及王庄详查区资料，将井田地层由老至新叙述如下：
一、奥陶系中统峰峰组（O2f）
为含煤地层基底，在井田内没有出露。
该组岩性主要由中厚层状石灰岩组成，石灰岩质纯、坚硬。
井田内钻孔揭露厚度为80.00m。
二、石炭系中统本溪组（C2b）
主要由平行不整合于奥陶系中统峰组之上的灰—浅色含鲕粒铝土质泥岩、浅灰色黄铁矿、浅灰色细砂岩组成。
底部含有一层透镜状、局部为团块的铁矿层，铁矿层厚度及品味不稳定，本组地层变化较大，一般厚3.02-14.19m，平均厚约11.03m左右。
该组地层在井田内没有出露。
三、石炭系上统太原组（C3t）
出露于井田西北部，是一套海陆交互相沉积。
主要由泥岩、砂岩、灰岩、砂质泥岩及煤层组成。
灰岩中常含有燧石结核及少数生物碎屑。
灰岩之下常有煤层或煤线。
灰岩层位稳定，是良好的标志层。
第一层灰岩（K2）之下是本区主要可采煤层15号煤赋存层位。
本组地层厚度113.95-155.93m，平均厚125.60m自下而上分出三个明显的次级沉积旋回。
按岩性组合特征可划分为三个岩性段。
一段（C3t1）
自太原组底K1中细粒石英砂岩至K2灰岩底，由中细粒砂岩、粉砂岩、泥岩和15号煤层组成，局部夹一层薄层石灰岩，底部泥岩多含铝质，具鲕状结构、泥岩中含植物化石碎片，顶部15号煤层为主要可采煤层，厚度1.75-5.60m，平均3.57m结构简单，夹0-1层夹矸，位于煤层下部。
本段厚度9.16-14.80m，平均厚11.29m。
二段（C3t2）
K2灰岩底至K4灰岩顶。
由石灰岩、泥岩、粉砂岩和5-6层薄煤线组成。
该段以色深、粒细、灰岩比例大为特征，本段厚度29.28-49.20m，平均38.69m。
①K2灰岩：
含有燧石、生物碎屑。
岩石致密坚硬，下部燧石含量增高，底部见炭质泥岩。
K2灰岩厚度7.28-9.55m，平均厚度8.01m。
②灰黑色泥岩：
含有植物化石，见有浸染状和团块状黄铁矿，下部夹有不规则砂岩条带，顶部夹有薄煤层（13号煤）。
③K3灰岩：
灰色生物灰岩，见丰富的生物化石碎屑、细脉状小团块状的黄铁矿。
K3灰岩局部可分两层，一般K3下厚度3.76-3.80m，平均厚度3.78m。
K3上厚度0.50-4.63m，平均厚度2.68m。
④K4灰岩：
黑灰色燧石灰岩。
常可见分为上下两层（K4（下）K4（上）），夹黑色泥岩，含有较多黄铁矿。
紧临K4下灰岩下可见到11号薄层煤，厚度0.20-0.50m左右。
三段（C3t3）
K4灰岩顶至K7砂岩底。
由砂岩、粉砂岩、泥岩、煤层（线）及灰岩组成，本段厚度61.55-110.41m，平均75.62m。
①灰黑色泥岩夹中粗粒砂岩层：
泥岩中部夹炭质泥岩，上部见9号煤层及中粗粒石英砂岩，9号煤层厚度0.20-1.50m，为局部可采煤层。
②K5灰岩：
含燧石呈团块状、条带状，底部含泥质成分较多。
一般厚度为1.80-5.76m，平均厚度4.48m。
③灰黑色泥岩夹薄煤层：
泥岩中有星点状黄铁矿，含少量植物化石碎片,中部夹少量砂岩，见2-3层薄煤层。
④K6灰岩：
常相变为砂质泥岩、褐色燧石层，厚度0.47-3.50m，平均厚度1.80m。
⑤灰黑色砂质泥岩：
局部夹薄层砂岩，含植物根茎化石。
四、二叠系下统山西组（P1s）
该组地层出露于井田西北部，为三角洲平原沉积。
本组连续沉积于太原组地层之上，主要由灰黑—浅灰色泥岩、砂质泥岩、泥质细砂岩、灰白色中、细粒砂岩及煤层组成。
本组厚度25.50-66.96m，平均厚约49.01m。
底部以K7砂岩与太原组分界。
本组所含3号煤层结构简单，夹0-1层夹矸，平均厚5.33m为稳定可采煤层。
五、二叠系下统下石盒子组（P1x）
在井田中西部地层出露比较全。
岩性主要由灰绿色、黄绿色杂色泥岩、砂质泥岩、砂岩组成。
底部砂岩中斜层理发育，含岩屑成分高，该砂岩在地表铁质晕圈发育，球形风化明显。
顶部有一层浅红色含锰质结核或鲕粒的铝土质泥岩，俗称“桃花泥岩”，层位较为稳定，本组厚24.00-85.68m，平均厚度51.01m，可作为区域标志层。
与下伏山西组为连续沉积，整合接触。
六、二叠系上统上石盒子组（P2s）
区内地层遭受剥蚀，残留厚度最大204.08余米。
主要分布于井田东部。
岩性主要由灰白、灰绿、黄绿、杏黄、紫红色砂岩、泥岩、砂质泥岩组成。
底部砂岩斜层理发育并含有砾石。
与下伏下石盒子组地层呈整合接触。
七、第四系（Q）
厚度0.00-35.0m，平均厚度25.0m。
岩性主要为浅红色亚粘土，局部夹钙质结核、灰黄色砂土、亚砂土。
主要分布于井田西部及南、北部，与下伏地层呈不整合接触。
第八节煤层
一、含煤性
井田内主要含煤地层为二叠系下统山西组和石炭系上统太原组。
含煤地层总厚162.48m，含煤10-13层，可采煤层2层，煤层总厚8.90m，含可采煤系数5.48%。
山西组为一套陆相含煤地层，平均厚度49.01m，含煤1-3层，总厚度5.85m，含煤系数11.6%；
其中3号煤层在井田内稳定可采，煤层平均厚度5.33m，可采含煤系数10.6%。
太原组为一套海陆交互相含煤地层，平均厚度125.60m，本组含煤7-10层，其中15号煤层为全区稳定可采煤层，全组煤层总厚4.48m，含煤系数3.7%，15号煤层平均厚度3.57m，含可采煤系数为2.93%。
二、可采煤层
井田内主要可采煤层为山西组（P1s）3号煤层及太系组（C3t）15号煤层，其特征见表3-2-1。
1、3号煤层
位于山西组下部，上距下石盒子组底砂岩（K8）38.35m，下距K7砂岩8.37m左右，据井下及钻孔揭露开采情况，煤层厚度4.90—5.75m，平均5.33m。
属稳定可采煤层。
煤层结构简单，有时下部含一层薄层泥岩夹矸。
根据地质填图资料，该煤层在井田中部有露头，井田西部为剥蚀无煤区。
煤层直接顶板为灰黑色泥岩，老顶为厚层砂岩，底板为灰黑色泥岩、砂质泥岩。
井田东南部赋煤区稳定可采。
2、15号煤层
位于太原组下部K2灰岩之下，上距3号煤层底板约107.70m，下距太原组底砂岩（K1）顶平均7.18m。
煤层厚度2.00-5.60m，平均厚3.57m，煤层结构简单，含0-1层夹矸，煤层顶为薄层泥岩，直接顶板为K2灰岩，底板为泥岩。
在井田中西部有露头，西北部为剥蚀无煤区，中东部分布区稳定可采。
可采煤层特征表表3-2-1
煤层编号
煤层厚度（m）
煤层间距
夹矸
层数
稳定性
可采性
顶底板岩性
埋藏
深度
顶板
底板
简单
（0～1）
稳定
赋煤区可采
泥岩
0—100m
铝质泥岩
0—200m
第九节构造
本区处于晋获褶断带的东缘，赵村向斜的西翼（向斜轴部位于井田东外边缘），地层总体呈向东倾斜的单斜构造，地层倾向80-120°
，倾角7-15°
，东部地层倾角较大，倾角15-40°
；
中部地层产状由于受断层影响，变化较大。
井田构造纲要见图3-3-1。
一、断层
F1正断层：
位于井田西北部，走向NE，倾向SE，倾角80°
，断距30-40m。
断层东侧，（上盘）出露山西组地层，西侧中段出露太原组9号煤及老顶黄水沟砂岩，南、北段为第四系覆盖。
该断层斜穿井田西部，井田内延伸长度1100m。
F2正断层：
位于井田西北部，走向NNE，倾向NWW，倾角70°
，断距60-80m，断层东侧（下盘）出露山西组地层，西侧出露下石盒子组底部砂岩。
该断层北端与F1断层相交，井田内延伸长度480m。
F3正断层：
位于井田东部，在3号煤层巷道开掘遇见一小型正断层，走向NEE，倾角78°
，倾向NW，断距约10m，延长约500m。
F4逆断层：
位于井田东南部，断距5m，倾角80°
，长度约30m。
二、陷落柱
目前为止，井田内未发现有陷落柱发育。
第十节岩浆岩
依据地面填图、勘探成果以及井下揭露，井田内未发现岩浆岩活动。
综上，井田构造复杂程度属简单。
第二章基于围岩稳定性分类的锚固方式与锚固参数研究
一、概述
锚杆支护设计的基本方法可以归纳为三大类：
①工程类比法；
②理论计算法；
③以地质力学条件为基础的数值试验法。
工程类比法在我国巷道锚喷支护设计中应用相当广泛，主要有：
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上巷道围岩松动圈分类与支护设计法等。
锚杆支护理论有很多，主要有悬吊理论、冒落拱理论、组合梁理论等。
悬吊理论：
1952~1962年路易斯阿·
帕内科（LouisA·
Panek）等发表了悬吊理论，悬吊理论认为锚杆支护的作用就是将巷道顶板较软弱岩层悬吊在上部稳固的岩层上。
对于回采巷道揭露的层状岩体，直接顶板均有弯曲下沉变形趋势，如果使用锚杆及时将其挤压，并悬吊在老顶上，直接顶板就不会与老顶离层乃至脱落。
锚杆的悬吊作用主要取决于所悬吊的岩层的厚度，层数及岩层弯曲时相对的刚度与弹性模量，还受锚杆长度、密度及强度等因素的影响。
这一理论提出的较早，满足其前提条件时，有一定的实用价值。
但是大量的工程实践证明，即使巷道上部没有稳固的岩层，锚杆亦能发挥支护作用。
例如，在全煤巷道中，锚杆就锚固在煤层中也能达到支护的目的，说明这一理论有局限性。
组合梁理论：
组合梁理论认为巷道顶板中存在着若干分层的层状顶板，可看作是由巷道两帮作为支点的一种梁，这种岩梁支承其上部的岩层载荷。
使用锚杆将各层“装订”成一个整体的组合梁，防止岩石沿层面滑动，避免各岩层出现离层现象。
在上覆岩层荷载作用下，这种较厚的组合梁比单纯的迭加梁，其最大弯曲应变和应力将大大减小，挠度亦减小。
而且各层间摩擦阻力愈大，整体强度愈大，补强效果愈好。
但是，这种理论在处理岩层沿巷道纵向有裂缝时梁的连续性问题和梁的抗弯强度问题时有一定的局限性。
组合拱理论：
组合拱理论是由兰氏（TALang）和彭德（Pender）通过光弹试验提出来的。
组合拱原理认为，在拱形巷道围岩的破裂区中，安装预应力锚杆时，在杆体两端将形成圆锥形分布的压应力，如果沿巷道周边布置的锚杆间距足够小，各个锚杆的压应力维体相互交错，这样使巷道周围的岩层形成一种连续的组合带（拱）。
这个组合拱可承受上部岩石的径向载荷，如同碹体起到岩层补强的作用，承载外围的压力。
组合拱理论的不足是缺乏对被加固岩体本身力学行为的进一步探讨，与实际情况有一定差距，在分析过程中没深入探索围岩—支护的相互作用。
最大水平应力理论：
澳大利亚学者盖尔（WJGale）在20世纪90年代初提出了最大水平应力理论。
该理论认为：
矿井岩层的水平应力一般是垂直应力1.3～2.0倍。
而且水平应力具有方向性，最大水平应力一般为最小水平应力的1.5～2.5倍。
巷道顶底板的稳定性主要受水平应力影响，且有三个特点：
①与最大水平应力平行的巷道受水平应力影响最小，顶底板稳定性最好；
②与最大水平应力呈锐角相交的巷道。
其顶板变形破坏偏向巷道某一帮;
③与最大水平应力垂直的巷道，顶底板稳定性最差。
最大水平应力理论，论述了巷道围岩水平应力对巷道稳定性的影响以及锚杆支护所起的作用。
在最大水平应力作用下，巷道顶底板岩层发生剪切破坏，因而会出现错动与松动引起层间膨胀，造成围岩变形。
锚杆所起的作用是约束其沿轴向岩层膨胀和垂直于轴向的岩层剪切错动，因此要求具备有强度大、刚度大、抗剪阻力大的高强锚杆支护系统。
这些支护理论在生产实践中起到了积极作用，但是各种理论都有其应用条件，都不同程度地存在局限性，在某些条件下的应用能够获得成功，某些条件下的应用则难以获得成功。
英国、澳大利亚等建立了以地质力学条件和以数值计算为基础的煤巷锚杆支护系统设计方法，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初步设计进行修正和完善。
这种设计方法通过对不同设计方案的比较分析，可以选择到较好方案。
二、以巷道围岩稳定性分类为基础的工程类比设计方法
工程类比法是煤矿巷道锚杆支护设计应用最广泛的方法之一。
它是根据已经成功的类似工程的经验，通过类比，直接提出锚杆支护
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