祥升煤业上组煤5号交岔点锚杆支护(完).doc
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山西寿阳潞阳祥生煤业502切眼锚杆支护设计
山西寿阳潞阳祥升煤业有限公司
上组煤5号交岔点锚杆支护设计
山西寿阳潞阳祥升煤业有限公司
二零一一年十月十日
山西寿阳潞阳祥升煤业上组煤5号交岔点锚杆支护设计
山西寿阳潞阳祥升煤业有限公司
上组煤5号交岔点锚杆支护设计
设计单位：
太原擎天科技有限公司
项目负责人：
张召千张百胜
设计人员：
张召千：
博士，教授
张百胜：
博士，教授
谢福星：
硕士，助理工程师
崔凯：
硕士，助理工程师
地址：
山西省太原市太原理工大学矿业工程学院邮编:
030024
电话：
0351—6111196；6773312传真：
0351—6014469
阳祥升煤业上组煤5号交岔点锚杆支护设计
设计主要依据
1.煤炭工业矿井设计规范GB50215-2005
2.煤矿锚杆支护技术规范MT/T1104-2009
3.煤矿安全规程（2011版）
4.潞安矿区煤巷锚杆支护技术规范（2011修订版）
5.祥升煤业兼并重组整合矿井地质报告
6.祥升煤业兼并重组整合矿井初步设计
7.祥升煤业兼并重组整合矿井施工图设计
8.矿井瓦斯等级鉴定报告
9.国家关于煤炭工业颁布的法律法规、技术规范
ii
目录
1.前言 -1-
2.地质力学特性评价与分析 -2-
2.1矿井井田地质概况 -2-
2.2煤层赋存特征 -6-
2.3煤及顶板岩石力学参数及稳定性评价 -7-
3.围岩控制与锚杆支护原理 -11-
3.1巷道围岩控制原理 -11-
3.2锚杆支护原理及适用条件 -15-
3.3祥升煤业上组煤5号交岔点矿压特征 -18-
3.4祥升煤业上组煤5号交岔点宜采用的巷道围岩控制原理 -19-
3.5祥升煤业上组煤5号交岔点宜采用的锚杆支护原理 -19-
4.锚杆支护数值模拟分析 -20-
4.1模拟软件介绍 -20-
4.2上组煤5号交岔点模拟分析 -20-
5.巷道锚网支护方案及参数 -28-
5.1巷道位置及断面特征 -28-
5.2上组煤5号交岔点锚喷支护方案及参数 -29-
6.锚杆支护材料 -32-
6.1锚杆杆体 -32-
6.2脂药卷 -32-
6.3杆托板 -32-
6.4筋梯梁 -32-
6.5金属网 -32-
6.6锚索 -32-
6.7索托板 -32-
7.锚杆支护施工工艺及安全质量措施 -34-
7.1施工机具与施工准备 -34-
7.2施工工艺及要求 -34-
7.3施工质量标准 -37-
7.4施工安全措施 -38-
8.锚杆支护施工监测 -40-
8.1矿压监测实施方法 -40-
8.2巷道位移监测 -41-
8.3顶板离层监测 -42-
8.4锚杆（索）受力状态监测 -43-
8.5矿压监测管理措施 -44-
8.6信息反馈判别修正 -45-
9.结束语 -46-
1.前言
锚杆支护可显著提高围岩的稳定性，与传统的棚式支护相比具有明显的技术和经济优越性，因而倍受世界各国岩土工程界所关注，并得到快速发展和广泛应用。
目前，锚杆支护已经成为巷道支护的一个主要发展方向。
国家“七五”和“八五”科技攻关中将锚杆支护定为软岩支护的主攻方向之一，使锚杆支护有了新的发展，进入了以锚带网和锚梁网为代表的组合锚杆支护阶段。
这一阶段锚杆类型以水泥药卷钢筋锚杆为主，树脂药卷钢筋锚杆开始使用，基本解决了一般条件下巷道支护问题。
“九五”期间展开了更深入、细致的研究工作。
特别在96～97年，我国引进了澳大利亚锚杆支护技术，在邢台矿务局进行了现场演示，并完成了与锚杆支护技术有关的十五个项目，使我国的煤巷锚杆支护技术上了一个新台阶，全煤巷道、冲击地压巷道、复合、破碎顶板等困难地质条件下锚杆支护得到了应用，并取得令人满意的支护效果和经济效益。
我国锚杆支护经过40余年的探索，取得了很大进展。
从单体锚杆支护发展到了组合锚杆联合支护；从端锚固发展到加长锚固和全长锚固；从水泥砂浆锚固发展到树脂锚固剂和涨壳式锚固。
目前，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类回采巷道锚杆支护技术已经基本解决，可在全国推广使用。
应山西潞安集团祥升煤业有限公司的委托，我公司对祥生煤业6号煤层上组煤5号交岔点进行锚杆支护设计研究。
内容包括地质力学调查，支护形式和参数设计，支护材料选择，井下施工工艺和安全措施，矿压监测设计等内容。
设计采用地质力学评价、理论分析、数值模拟等方法，系统研究了该类巷道围岩的稳定性特征及与其相适应的锚杆支护原理，在此基础上提出了上组煤5号交岔点的合理支护设计方案及支护参数，形成了一套完整的支护设计及施工监测体系。
2.地质力学特性评价与分析
2.1矿井井田地质概况
2.1.1地理概况
本矿位于寿阳县解愁乡石门村西，原称寿阳县石门煤矿，系马首乡办煤矿，2001年11月改制为股份制企业。
地理坐标为东径113˚07΄42΄΄—113˚09΄36΄΄，北纬37˚56΄39΄΄—37˚59΄31΄΄。
井田位于沁水煤田边缘，为山前梁状黄土丘陵地貌。
地表被第四系黄土覆盖，土梁与黄土冲沟发育。
地势较为平坦，总的趋势是南北高，中南部低，最高点在井田南部，标高为1201.2m，最低点在井田中南部石门河，标高1077m，绝对高差133.2m，一般相对高差30m左右。
2.1.2井田地层
本井田基本为全掩盖区，新生界地层广泛分布，仅在井田中部零星出露几处下石盒子组地层，面积很小。
井田内地层由老到新有奥陶系中统上马家沟组、峰峰组，石炭系中统本溪组，石炭系上统太原组，二叠系下统山西组、下石盒子组，上第三系上新统，第四系。
现结合井田内及附近钻孔资料分述如下：
（一）、奥陶系（O2）
1、中统上马家沟组（O2S）
下段为灰色厚层状泥质灰岩及少量石膏，淡黄色泥灰岩与灰色白云质灰岩互层。
中段为深灰色厚层状灰岩、豹皮状灰岩及灰色白云质灰岩与深灰色灰岩互层。
上段为深灰色厚层状灰岩与浅灰色泥质灰岩互层，含有浅灰色泥质白云岩。
全组厚165—235m，与下伏地层整合接触。
2、中统峰峰组（O2f）
下段为深灰、灰色厚层状石灰岩，底部为浅灰色、浅黄色泥灰岩。
上段下部为深灰、灰黄色角砾状泥灰岩夹石膏层，上段上部为深灰色厚层状石灰岩，深灰、灰及黄色泥灰岩。
全组厚117—134m，与下伏上马家沟组地层整合接触。
（二）、石炭系（C）
1、中统本溪组（C2b）
全组平均厚49m，平行不整合于下伏奥陶系地层之上。
主要为浅灰色、灰色粉砂岩、砂质泥岩、泥岩、铝质泥岩及2—4层石灰岩组成，夹浅灰色细粒砂岩及2—3层煤线。
底部为鸡窝状山西式铁矿和G层铝土矿。
石灰岩一般有3层，中层及下层较稳定，中层灰岩上下都有煤线沉积。
灰岩中有牙形石及有孔虫化石。
2、上统太原组（C3t）
全组平均厚150.60m，整合于下伏本溪组地层之上，由灰色砂岩、深灰色、灰黑色砂质泥岩、泥岩，深灰色石灰岩及8层煤层组成。
石灰岩一般为4层，自上而下编号为K4、K3、K2、K2下，可与太原西山之东大窑灰岩L5、斜道灰岩L4，毛儿沟灰岩L2+3、庙沟灰岩L1对比。
本组15号煤之下，有一层不稳定泥灰岩，厚1m左右，与太原西山吴家峪灰岩相当。
所含煤层自上而下编号为8、9、11、12、13、13下、15、15下，其中15号为稳定可采煤层8、9、15、15下号为局部可采不稳定煤层。
本组含丰富的植物化石、动物化石及微体化石。
（三）、二叠系（P）
1、下统山西组（P1S）
全组平均厚43.88m，与下伏地层整合接触。
由灰—灰白色中、细粒砂岩及深灰色、灰黑色砂质泥岩、泥岩及煤层组成。
煤层自上而下编号为1、3、4、6号等4层，其中3、6号为稳定可采煤层。
本组含有丰富的植物化石。
2、下统下石盒子组（P1x）
全组平均厚145m，与下伏地层整合接触。
下部为灰黄、黄绿色、灰黑色砂质泥岩、泥岩与灰黄色中、细粒长石石英砂岩互层，底部夹有2—3层煤线。
底砂岩K8一般厚5m左右，为白灰色粗粒岩屑质石英砂岩，碎屑含量石英70%，长石5%，云母5%，岩屑15%，石英颗粒呈次棱角状，分选中等。
上部以灰黄、黄绿色中粗粒长石石英砂岩为主，夹灰黄、黄绿色砂质泥岩，顶部为一层铝质泥岩或含铝质砂质泥岩，富含铁质，风化后呈紫红色斑块，称桃花泥岩，颜色鲜艳，岩性明显，可作辅助标志层。
3、上统上石盒子组下段（P2S）
本段在井田内沉积不全。
岩性主要以黄绿色、灰绿色细粒砂岩为主，夹黄褐、黄绿、紫褐色泥岩及砂质泥岩，局部可见透镜状锰铁质结核及黑灰色泥岩薄层。
井田内残存厚度80m。
与下伏地层整合接触。
（四）、上第三系上新统（N2）
由鲜红、暗红色粘土，紫红色细粒砂岩、浅灰色砾岩组成。
粘土结构致密，表面有铁锰质薄膜。
厚3.00—25.00m，平均13.69m，不整合覆于不同时代基岩之上。
（五）、第四系（Q）
1、下更新统泥河湾组（Q1n）、午城组（Q1w）
泥河湾组上部为灰绿、黄灰色粘土及黄色亚粘土组成。
粘土质地均匀、致密；亚粘土呈团粒状结构，并有植物根化石。
二者常呈互层状，夹有泥灰岩薄层。
下部为土黄、淡红色砂土，细至粉砂结构，具大型斜层理，疏松分选好，底部为砾石层。
厚4.20—63.54m，平均27.10m。
午城组为橙红、红褐色粘土，夹红棕色古土壤多层，钙质结核层状分布，具不明显的水平层理和垂直节理。
厚5.44—18.11m，平均10.42m。
2、中更新统匼河组（Q2k）、离石组（Q2l）
匼河组为浅红色砂、砾石层，无分选，磨圆差，未胶结。
厚0—5m。
离石组为土黄、浅黄色亚砂土，夹2—6层褐黄、棕红色古土壤层，钙质结核1—3层，垂直节理发育。
厚5.00—27.28m，平均13.50m。
3、上更新统丁村组（Q3d）、马兰组（Q3m）
丁村组为浅灰色砾石层，以石灰岩为主，磨圆较好，分选中等，未胶结。
厚0-3m。
马兰组为浅灰黄、土黄色亚砂土，具大孔隙，疏松，垂直节理发育，厚2.00—12.26m，平均5.40m。
4、全新统（Q4）
近代冲积、洪积层。
浅灰色砂、砾石层，成分多为石灰岩，未胶结，I级阶地，河漫滩沉积。
厚1.00—19.40m，平均10.50m。
2.1.3含煤地层
井田内含煤地层为石炭系中统本溪组及上统太原组，二叠系下统山西组、下石盒子组。
本溪组及下石盒子组虽含2—3层煤线，但达不到可采厚度，无经济价值。
太原组、山西组含有具经济价值之煤层，为主要含煤地层。
（一）、石炭系上统太原组（C3t）
本组厚150.60m，主要岩性为深灰、灰黑色砂质泥岩、泥岩、石灰岩及灰色砂岩，含煤8层，其中可采煤层4层，为井田重要含煤地层组。
属海陆交互相沉积，可划分为6个旋回。
按其岩性、岩相特征，可分上、下两段。
1、下段：
K1砂岩底至K4灰岩顶，包括Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ五个旋回，厚80m左右。
含11、12、13、13下、15、15下等6层煤，其中15、15下号煤层为稳定可采煤层，15上号为局部可采不稳定煤层，其余煤层均不可采。
本段以海相、过渡相为主，有四次比较广泛的海侵及一次局部海侵。
底砂岩k1，一般为细粒砂岩，厚12.30m，成分以石英为主，分选较好，胶结坚硬，含泥质包体，正粒序，具斜层理，属三角洲分流河道相沉积。
K1砂岩沉积之后很快出现了一次局部的海侵，沉积了L0灰岩（旋回I）。
之后海退，在广泛的海滨平原上发育了泥坪及泥炭沼泽相环境，地壳相对稳定，沉积了具有经
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