煤矿运输巷锚杆支护初始设计.doc

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XX煤矿2304运输巷锚杆支护初始设计

XX科技股份有限公司开采设计事业部

摘要

本设计是XX煤矿2304运输巷锚杆支护初始设计。

采用动态信息支护设计法进行锚杆支护设计。

设计步骤包括试验点调查和地质力学评估，煤柱尺寸优化，初始设计，综合监测和信息反馈，修正设计和日常监测。

在详细调查试验地点和评估地质力学参数的基础上，结合丰富的设计经验，提出初始设计。

它包括支护形式和参数，支护材料，井下施工工艺和安全措施，矿压监测等内容。

该设计实施于井下后，还应得到矿压监测的验证或修改。

关键词：

XX煤矿2304运输巷锚杆支护动态信息设计

目录

摘要

前言

1锚杆支护设计方法介绍

2试验点调查和地质力学评估

3煤柱尺寸优化

4锚杆支护初始设计

5锚杆支护材料

6井下施工工艺和安全措施

7矿压监测

XX煤矿2304运输巷锚杆支护初始设计

前言

巷道支护是煤炭开采中的一项关键技术。

安全、合理、有效的巷道支护是保证矿井高产高效的必要条件。

近年来，煤巷锚杆支护技术发展极为迅速。

由于这种支护方式具有支护效果好，成本低等诸多特点，它的广泛应用给煤矿企业带来巨大的技术经济效益。

锚杆支护已经成为巷道支护的一个主要发展方向。

XX煤矿位于山西省屯留县境内，潞安矿区中段西部，跨越XX、藕泽等村，东临常村井田，以经线404000线为界，西以经线402000线为界，南以藕泽断层为界，北至纬线4024000线，东西宽2000m，南北长约5830m，面积为11.66km2。

矿井埋深在400-500m之间。

该矿近两年采煤技术发展非常迅速，从几年前的二三十万吨经过矿井改造，迅速发展成为上百万吨的大型矿井。

目前该矿主要以综采放顶煤开采为主。

XX煤矿目前虽然产量大幅度提高，但从整个矿井的巷道支护情况来看，无论永久性大巷还是回采巷道，目前仍全部采用被动支护形式，支护形式主要包括砌碹、木棚支护和型钢支护。

在矿井开采初期，由于巷道不受回采动压影响，这些支护未显示出其支护强度弱的特点，巷道变形较小。

但随着矿井的开采，回采动压的影响表现得越来越明显，一些距回采面较近的大巷出现明显的变形，顶板开裂破碎、两帮移进、底臌等现象越来越明显。

特别是在孤岛工作面顺槽中，工字钢支护巷道变形非常严重，只是根本无法回收复用。

在这种情况下，根本无法在工作面顺槽中进一步使用型钢支护形式。

否则将严重影响矿井的正常生产，严重制约矿井的产量。

在这种情况下，采用主动的锚杆支护形式取代被动的支护形式已成为XX煤矿巷道支护的必由之路。

2304工作面属于孤岛工作面，西部是2305工作面采空区，东部为2303工作面采空区，为提高煤炭采出率，XX煤矿计划在2304孤岛工作面进行小煤柱支护项目研究。

XX煤矿与XX科技股份有限公司曾在2302工作面进行过锚杆支护的试验工作，双方合作非常愉快，取得了良好的支护效果，围岩得到有效控制，完全保证了工作面的顺利回采。

为了解决2304孤岛工作面小煤柱问题，XX煤矿与XX科技股份有限公司开采设计事业部再次合作进行研究和试验。

以下是XX煤矿2304运输巷锚杆支护初始设计。

它包括地质力学调查，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。

该设计实施于井下后，还应进行矿压监测，以验证或修改本设计，保证巷道安全。

1锚杆支护设计方法介绍

现有的锚杆支护设计方法很多，如基于以往经验和围岩分类的经验设计法，基于某种假说和解析计算的理论设计法，以现场监测数据为基础的监控设计法。

大量实践经验证明，单独采用任何一种方法都不符合巷道围岩复杂性和多变性的特点，因而达不到理想的设计效果。

只有采用包括试验点调查和地质力学评估、初始设计、井下监测和信息反馈、修正设计和日常监测的动态信息设计方法,才是符合井下巷道围岩特性的科学的设计方法。

其中试验点调查包括围岩强度、围岩结构、地应力及锚固性能测试等内容，在此基础上进行地质力学评估和围岩分类，为初始设计提供可靠的参数。

初始设计采用数值计算和经验法相结合的方法进行，根据围岩参数和已有实测数据确定出比较合理的初始设计。

然后将初始设计实施于井下，并进行详细的围岩位移和锚杆受力监测，根据监测结果验证或修正初始设计。

正常施工后还要进行日常监测，保证巷道安全。

本设计包括试验点调查和地质力学评估，锚杆支护初始设计，井下施工所需材料、设备和工艺，矿压监测设计和仪器等内容。

2试验点调查和地质力学评估

2304综放工作面位于XX煤矿井田西北部，北面和东面与常村煤矿南翼接壤，2304属于孤岛工作面，东西两侧均为采空区。

该工作面埋深在400-500m之间，整个工作面基本呈南高北低的趋势。

工作面布置如图1。

图1巷道平面布置图

2304运输巷沿3#煤层底板掘进。

3#煤位于山西组中下部，属稳定可采煤层。

根据3131、3132钻孔情况分析，该工作面煤层厚度在5.65-5.85m之间，含0-3层夹矸，块状为主，局部为粉状，具水平层理。

有镜煤条带，亮煤条带及半暗煤组成，条带状结构，玻璃光泽。

参照常村煤矿南三采区顶底板岩性，煤层单轴抗压强度在10MPa左右。

煤层直接顶为砂质泥岩，厚度4m，灰黑色，块状，岩芯较完整。

之上为5.6m的中砂岩，岩芯较完整，之上为3.3m为细砂岩，灰色，厚层状，以石英为主，岩芯完整，之上为4m为粉砂岩，灰色，厚层状，以石英为主，岩芯完整。

煤层直接底为2.6m的中砂岩，灰白色，块状，石英长石为主，含黑色矿物、云母及植物化石；老底为2.7m的粉砂岩，黑灰色，块状，间夹薄层泥岩、细砂岩，含黑色矿物和煤屑。

地质柱状图见图2。

岩性

厚度/m

柱状

强度/MPa

岩性描述

粉砂岩

4

48.7

灰色，厚层状，以石英为主

细砂岩

3.3

86.0

灰白色，厚层状，以石英为主

中砂岩

5.6

75.7

灰白色，岩芯较完整

粉砂岩

4.0

39.5

灰黑色，块状，岩芯较破碎

煤

5.7

10.0

岩芯破碎，含一层夹矸

中砂岩

2.6

70.6

灰白色，块状，石英长石为主，含黑色矿物、云母及植物化石

粉砂岩

2.7

45.3

黑灰色，块状，间夹博层泥岩、细砂岩，含黑色矿物和煤屑

图2综合柱状图

2.1地质构造

根据矿方提供的XX煤矿地质报告，矿区内主要构造为王村背斜，由东兴旺村进入井田，穿越XX村至藕泽村之西为藕泽断层所截，区内长约6公里，走向近似南北向，两翼倾角约80，局部可达120。

另位于井田内双塔村一带，有老军庄向斜，向南北藕泽断层所截，区内延伸长度约3公里，走向近似南北项，两翼倾角约50。

在巷道掘至地质条件变化附近时，应随时根据井下具体情况对支护设计进行调整，必要时采取加固措施。

2.2水文地质情况

根据矿方提供的地质报告，XX井田地表均为第四系黄土覆盖，属丘陵地貌，发育冲沟，区内有三条河流。

参照常村矿地质报告，3#煤上部发育有7、8、9、10、11、12号六个砂岩含水层，除7、8号含水层距3#煤层较近外，其他含水层距3号煤较远，而7、8号含水层为较弱含水层。

因此，各含水层水对巷道掘进影响不大；预计正常涌水量为9m3/h，最大涌水量为15m3/h。

2.3地应力

XX煤矿2006年在距2302工作面下顺槽口25m处进行过地应力测量工作，测量结果为最大水平主应力为15.16MPa，方向为N22.50E；最小水平主应力为7.73MPa，垂直主应力为9.67MPa。

2.4粘结强度测试

采用锚杆拉拔计确定树脂锚固剂的粘结强度。

该测试工作必须在井下施工之前进行完毕。

测试应采用施工中所用的锚杆和树脂药卷，分别在巷道顶板和两帮设计锚固深度上进行三组拉拔试验。

粘结强度满足设计要求后方可在井下施工中采用。

3煤柱尺寸对巷道变形量的影响

回采对采后掘进的巷道的影响，实际上是在周围煤体上形成了应力升高区和降低区，改变了未受回采影响的煤体内开掘巷道的原始应力状态，从而使巷道在掘进过程中围岩应力的分布、塑性区的大小和周边位移有很大差异。

回采引起的煤体的支承应力不仅在工作面附近最高，而且煤体的塑性变形正处于发展阶段，随着与工作面的滞后距离和采后时间的延长，应力和塑性变形均将衰减。

这是巷道与工作面滞后的距离和时间不同，掘进期间围岩变形相差悬殊的主要原因。

此外，无论是在工作面附近或远离工作面，煤体的应力分布仍呈现应力降低、应力升高和原始应力三个区，不过它们的应力大小已有很大变化而已。

若巷道滞后工作面较远，而且与采空之间保留较宽的煤柱，能够避开残存支承压力顶峰的影响，则其在掘进过程中的围岩变形较小。

若煤柱较窄，巷道处于残存支承压力顶峰之下，则掘进过程中仍会引起围岩的剧烈变形，遭到严重破坏的窄煤柱，还会引起围岩变形持续发展。

沿已稳定的采空区边缘掘进巷道，由于周围应力低于原始应力gH，故掘进期间的围岩变形也较小。

通过数值模拟分析及工程实践经验，考虑到2305、2303顺槽原支护形式为架工字钢棚，两工作面回采时煤体破坏可能较严重，确定XX煤矿2304工作面运输巷与2305工作面采空区之间的净隔离煤柱为8m。

3锚杆支护初始设计

3.1设计原则

3.1.1支护参数确定的原则

（1）高可靠性和安全性，尽可能在巷道服务期间不维修或仅进行局部维修；

（2）支护参数和支护材料规格具有较好的适应性和施工可行性，尽可能采用统一的支护参数和材料规格；

（3）在满足前两项原则的前提下，做到经济合理。

3.1.2支护参数确定的依据

（1）临近工作面类似巷道现有支护状况和地质条件；

（2）2304运输巷的地质资料及地质力学测试数据；

（3）数值模拟分析结果；

（4）现有科技成果和工程实践经验。

3.2支护设计方案

3.2.1巷道支护断面设计

考虑到2304运输巷在掘进过程中设备尺寸，通风要求和巷道围岩变形预留量，设计巷道断面尺寸如下：

巷道断面呈矩形，掘进宽4m，高3m。

掘进断面积为12m2。

3.2.2煤柱尺寸确定

通过数值模拟分析及工程实践经验，考虑到2301、2303顺槽原支护形式为架工字钢棚，两工作面回采时煤体破坏较严重，考虑到已采面2301可能存在较大积水，确定XX煤矿2304工作面运输巷与2301工作面采空区之间的净隔离煤柱为15m，2304工作面回风巷与2303工作面采空区之间的净煤柱尺寸为15m。

3.2.3支护方案

确定XX矿2304运输巷采用树脂加长锚固高强锚杆支护系统并进行锚索补强。

具体支护形式和参数为：

（1）顶板支护

锚杆形式和规格：

杆体为22#左旋无纵筋螺纹钢筋，长度2.4m，杆尾螺纹为M24。

锚固方式：

树脂加长锚固，采用两支锚固剂，一支规格为K2335，另一支规格为Z2360。

钻孔直径为30mm，锚固长度为1200mm。

钢筋托梁规格：

采用f14mm的钢筋焊接而成，宽度80mm，长度3800m。

托板：

采用拱型高强度托盘配合球形垫和减阻尼龙垫圈。

锚杆角度：

靠近巷帮的顶板锚杆安设角度为与垂线成15度。

网片规格：

采用金属网护顶，网孔规格50×50mm，网片规格4400×900mm。

锚杆布置：

锚杆排距800mm，每排5根锚杆，间距900mm。

锚索布置：

锚索排距1600mm，每两排锚杆打一根锚索。

（2）巷帮支护

锚杆形式和规格：

杆体为22#左旋无纵筋螺纹钢筋，长度2.0m，杆尾螺纹