锚杆支护设计汇总.docx
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锚杆支护设计汇总
一、基本情况
22111回风顺槽巷道原设计1110m,施工沿2#煤层底板布置掘进,S100A型综掘机落煤、装煤。
采用矿用耐压坑木,梯形断面平棚、亲口结合支护。
临时支护采用4.0m长的10#槽钢,配合40T型圆环大链,用连接环加螺丝锚固,截割后及时窜入迎头空顶地段。
棚梁、腿均为2.7m,巷道上净宽2.4m,下净宽3.4m,净高2.5m,掘进毛断面8.64m2,棚距0.7m,断面顶部铺设10#铁丝金属菱形网,长边搭接100mm,每300mm联一道,每一道为三扭一扣压辩式,勾盘“六、六、六”,严密牢固,严禁空帮空顶。
地质条件为:
2#煤平均煤厚6.8m,煤层结构简单,夹矸层数1—3层,稳定可采,夹石多为灰黑色页岩及泥岩,位于中上部,下部煤质好于中部。
顶板为砂岩,底板为砂岩及砂质页岩;据邻近巷道观测,瓦斯绝对涌出量为0.51m3/min;据煤尘爆炸性试验,2#煤火焰长度为50—400mm,煤的自燃倾向性等级为易自燃—自燃,自然发火期3—6个月;煤层倾角最大为11度,最小为9度,平均10度,走向近似东西向,据掘进2217工作面回风巷时有一条落差大于3m的断层存在,在进风巷掘进时,这条断层已不存在,没有延伸到22111工作面内。
根据现有的技术资料,考虑2#煤较硬,为推广锚杆支护,也为提高我矿掘巷的机械化程度,借鉴焦家寨矿锚杆、锚索支护经验,对22111回风顺槽木支150m后进行锚杆支护。
二、支护设计方法
结合通风要求、综采设备安装要求和巷道围岩变形情况等,根据附近钻孔的柱状资料分析,2#煤顶煤直接顶为砂岩,厚度为5.0~7.0m,属较稳定岩层,适合锚网支护。
为了将锚杆加固的“组合梁”悬吊于基本顶坚硬岩层中,需用高强锚索做辅助支护。
根据公司焦家寨矿2#煤层回采巷道支护经验,初步确定22111回风顺槽采用矩形断面,掘进宽度3.4m,掘进高度2.6m,掘进毛断面积8.84m2,锚杆+网+锚索联合支护。
顶部锚杆采用左旋无纵筋螺纹钢,直径20mm,长度2.0m,排距0.8m,间距0.9m,四根锚杆均匀分布,两侧各留350mm间隙;巷道靠上帮一侧采用左旋无纵筋螺纹钢,直径18mm,长度1.7m,靠下帮一侧采用玻璃钢锚杆,直径18mm,长度1.7m,间距1.0m,排距0.8m,三根锚杆均匀分布,上下侧各留300mm间隙;巷道顶帮均采用钢筋托梁并铺设金属网;巷道顶板补打锚索φ15.24-6000,用300×300×12mm钢托盘,间距1.5m,排距3.2m。
巷顶锚杆锚固力不小于70KN,预紧力矩不小于100N·m,帮锚杆锚固力不小于30KN,预紧力矩不小于60N·m,锚索预紧力不小于120KN,锚索锚固力不小于221KN。
一、采用计算法校核支护参数。
1、顶锚杆通过悬吊作用,帮锚杆通过加固帮体作用,达到支护效果条件,应满足:
L≥L1+L2+L3
式中:
L——锚杆总长,m
L1——锚杆外露长(钢带厚度+托板厚度+螺母厚度+0.02~0.05m,顶锚杆取0.17m,帮锚杆取0.15m)m
L2——有效长度(顶锚杆取免压拱高b,帮锚杆取煤帮破碎深度c),m
L3——锚入岩层内深度,即锚固长度(顶锚杆取0.8m,帮锚杆取0.6m),m
普氏免压拱高:
b=[B/2+Htan(45°—ω帮/2)]/f顶
式中:
B、H——巷道掘进跨度和高度,B=3.4m,H=2.6m
f顶——顶板煤岩普氏系数,f取3
ω帮——两帮围岩的内摩擦角,ω帮取71.5°(查表得)
b=[3400/2+2600×tan(45°-71.5°/2)]/3=708mm
c=2600×tan(45°-71.5°/2)=423mm
依据上述公式计算得出:
顶锚杆长L顶≥1678mm;帮锚杆长L帮≥1173mm,所选锚杆长度均能满足计算要求。
2、按锚杆所能悬吊的重量校核锚杆的排距
每根锚杆悬吊岩体重量G=γL2α2,锚杆锚固力应能承担G的重量。
为安全起见,再考虑安全系数K,取K=2
KG<Q
式中:
γ——岩体容重,KN/m³,γ=26.7KN/m³
α<(Q/KγL2)1/2所选顶锚杆的锚固力Q≥70KN,计算得α<1.2m,因而间排距参数能满足计算结果。
3、悬吊理论校核锚索间距
为防止巷道顶部大面积整体垮落,用φ15.24mm,L=6000mm的钢绞线,将锚杆加固的“组合梁”整体悬吊于煤岩层中,校核锚索间距,冒落方式按最严重的冒落高度大于锚杆长度的整体冒落考虑。
此时靠巷道两帮的角锚杆和锚索一起发挥悬吊作用,取垂直方向力的平衡可用下式计算锚索间距。
L=nF2/[BHγ-(2F1sinθ)/L1]
式中:
L——锚索排距,m
B――巷道最大冒落宽度,3.4m
H——巷道冒落高度,按严重冒落取2.0m
γ——煤岩体容重,26.7KN/m³
L1——锚杆排距,0.9m
F1——锚杆锚固力,70KN
F2——锚索极限承载力,取221KN
θ——角锚杆与巷道顶板的夹角,80°
n——锚索牌数,取1
通过以上计算,回风顺槽锚索排距L小于7.8m,所选锚索参数符合设计要求。
(1)顶板支护
锚杆形式和规格:
杆体为左旋无纵筋高强螺纹钢筋,长度2.0m,杆尾螺纹为M24。
锚固方式:
树脂加长锚固,采用一支规格为Z2360和一支K2335树脂锚固剂。
钻孔直径为28mm,锚固长度为1300mm。
钢筋托梁规格:
采用14mm的钢筋焊接而成,宽度80mm,长度3.2m。
加工尺寸如图1-1所示。
托板:
采用拱型高强度A3钢托盘。
锚杆角度:
顶板两端第一根锚杆安设角度为与垂线成10度,其它顶板锚杆与岩体垂直。
网片规格:
采用菱形金属网护顶。
锚杆布置:
锚杆排距0.8m,每排4根锚杆,间距0.9m。
锚索:
直径为15.24mm,长度为6.0m,加长锚固,采用一支规格K2335和两支规格Z2360树脂药卷。
锚索每排2根,排距为3.2m,锚索头部设有树脂药卷搅拌头,尾部配有高强度锚具,配套金属托板规格为300×300×12mm。
(2)巷帮支护
锚杆形式和规格:
(巷道上帮)杆体为左旋无纵筋高强螺纹钢筋,长度1.7m,杆尾螺纹为M20。
(巷道下帮)杆体为18玻璃钢锚杆,长度1.7m,杆尾螺纹为M20。
锚固方式:
树脂加长锚固,采用一支规格为Z2360锚固剂和一支K2335锚固剂。
钢筋托梁规格:
采用14mm的钢筋焊接而成,宽度80mm,长度2.4m。
加工尺寸如图1-2所示。
托板:
采用拱型高强度A3钢托盘
锚杆角度:
巷道两帮上下锚杆安设角度为与水平线成10度,其它帮锚杆与岩体垂直。
网片规格:
采用菱形金属网护帮。
锚杆布置:
锚杆排距0.8m,每排每帮3根锚杆,间距1.0m。
梨园河煤矿22111回风顺槽锚杆支护如图1-1所示。
图1-1、1-2托梁加工示意图
图1-1梨园河煤矿22111回风顺槽锚杆支护
三、锚杆支护材料及施工工具
(一)锚杆支护材料
22111回风顺槽锚杆支护材料如表
表22111回风顺槽锚杆支护材料表
名称
型号
数量
玻璃钢锚杆(巷道下帮用)
φ18-1700-M20
3.75根/米
左旋无纵筋螺纹钢锚杆(巷道上帮用)
φ18-1700-M20
3.75根/米
左旋无纵筋螺纹钢锚杆(顶)
Φ20-2000-M24
5根/米
锚索
φ15.24-6000
0.625根/米
钢筋托梁(两帮)
φ14-2400-3-1000
2.5架/米
钢筋托梁(顶)
φ14-3200-4-900
1.25架/米
菱形金属网(帮)
2800×900
2.5片/米
菱形金属网(顶)
3500×900
1.25片/米
树脂药卷
K2335
13.125卷/米
树脂药卷
Z2360
12.625卷/米
锚索托板
300×300×12
0.625块/米
注:
1.数量按每米计算,实际用量按顺槽的实际剩尺计算并考虑一些富余量。
2.锚杆托板及配套构件等与锚杆一起配套购买或制作。
(1)顶板锚杆杆体
锚杆杆体为左旋无纵筋高强螺纹钢筋,专用锚杆钢材。
杆体公称直径20mm,长度2.0m,延伸率17%。
杆尾螺纹规格M24,采用滚压加工工艺成型。
(2)树脂药卷
树脂锚固剂型号分别为:
Z2360,即直径23mm,长度600mm,固化时间为中速;K2335,即直径23mm,长度350mm,固化时间为快速。
(3)托板
拱型高强度托盘,锚杆托板尺寸为120×120×8mm,锚索托板尺寸为300×300×12mm,力学性能与锚杆杆体配套。
(4)钢筋托梁
钢筋托梁规格:
采用14mm的钢筋焊接而成,宽度80mm,顶板托梁长度3.2m,帮部托梁长度为2.4m。
在安装锚杆的位置处焊上两段纵筋,以便安装和固定锚杆位置。
(5)金属网
巷道顶板铺设菱形金属网,材料为12#铁丝,网孔50×50mm。
顶板钢筋网规格为3.6m×0.9m,帮部规格为2.8×0.9m。
(6)帮锚杆
巷道上帮侧锚杆杆体为左旋无纵筋高强螺纹钢筋,专用锚杆钢材。
杆体公称直径18mm,长度1.7m,延伸率17%。
杆尾螺纹规格M20,采用滚压加工工艺成型。
巷道下帮侧为不影响割煤,采用可切割的玻璃钢锚杆进行支护,其杆体公称直径18mm,长度1.7m。
(7)锚索
采用型号规格为15.24-6000的矿用预应力锚索。
(二)施工机具
所需施工机具,如表所列。
采用单体风动锚杆钻机钻装顶板锚杆,配套钻杆为B19型中空钻杆,钻头为27mm双翼岩石钻头。
采用煤电钻(或风动帮锚杆机)钻装两帮锚杆,配套钻杆为26mm麻花钻杆,钻头为27mm双翼煤电钻钻头。
表施工所需机具
名称
型号
数量
单体风动锚杆钻机
MQT120
2
煤电钻(或风动帮锚杆机)
MQC-60
2
钻杆
B19,1m
5
钻杆
B19,2.0m、1.7m
各5
接长钻杆
71m
3
岩石钻头
27mm,双翼
5
煤电钻钻杆
26,1m
5
煤电钻钻杆
26,1.7m
5
煤电钻钻头
27mm,双翼
5
锚杆预紧扳手
300N·m
2
气扳机
3800N·m
2
锚索张拉设备
18t
2
四、矿压监测内容和方法
矿压监测是动态信息设计方法的核心内容之一。
通过测试锚杆受力和巷道围岩位移分布,就可比较全面地了解锚杆支护的工作状态,进而验证或修改锚杆支护初始设计,并保证巷道的安全状态。
1、矿压监测的准备工作
井下实施矿压监测之前,需做好以下工作:
(1)组建矿压监测队伍
队伍成员由矿方安排,要求对监测工作认真负责,并具有一定锚杆支护经验。
(2)准备监测仪器和测点安设物品
按照设计要求的规格和数量购置所需监测仪器,准备测点安设所需物品。
(3)准备监测记录表格
矿压监测所需记录表格应提前准备好,以供井下测试时使用。
(4)技术培训
在井下测试之前,由试验小组对测工进行技术培训。
2、矿压监测内容和方法
矿压监测分为综合监测和日常监测。
前者的主要作用是验证或修改初始设计,后者主要是为了保证巷道安全。
1)综合监测
巷道综合监测内容如表。
测站布置如图。
表巷道综合监测内容
序号
项目
内容
1
巷道表面位移
巷道顶底板、两帮相对移近量,顶板下沉量。
2
顶板离层
锚固区内外顶板岩层位移。
3
锚杆受力
顶板锚杆受力分布,两帮锚杆受力。
4
巷道破坏状况统计
记录巷道围岩破坏位置和程度。
测站
12
支护巷道
(距离,m)
20m50m
巷道表面位移
顶板离层
锚杆受力