采场与支护设计.docx

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采场与支护设计

第一章绪论

1.采场与巷道支护的必要性？

采场支护的必要性：

采场支护的基本目的是要保证采场有足够的工作空间。

支护应由采场上覆岩层运动规律来确定。

巷道支护的必要性：

巷道开挖后围岩应力重新分布，引起围岩持续变形，如不及时支护，围岩将出现破碎、离层及至失稳、塌垮。

巷道支护的目的是为了保证围岩的稳定性，使巷道在服务期间能够保持良好的工作环境。

2.采场与巷道支护要求和支护效果的评价？

要求：

①适宜的刚度要求——即能顶得住，又能让的下。

②支架支护力大小要合适

③要能护得住顶板。

防止直接顶和老顶动层,及直接顶下沉面破碎;天然破碎的顶板,要有较好的防护措施,防止顶板和采空区冒落矸石冲入工作面。

评价：

采场与巷道支护的根本目的是保证采场与巷道有安全稳定的工作空间。

合理的支护除了要与采场和巷道工序要求匹配，应满足高产高效和煤巷掘进的基本要求，合理的支护成本外，在围岩控制方面尚有其特殊的要求。

①最大限度的预防顶板事故的发生。

②足量的工作空间保证，支护工作期间围岩移近量可控

③维护良好的工作环境，保证对水、瓦斯的有效控制，有良好的通风条件等。

3．长壁采煤工作面支护形式？

（1）单体支柱（架）支护

（2）简易支架支护

（3）自移液压支架支护

4.巷道支护的主要形式？

（1）被动支护形式。

包括各类木棚支架、钢筋混凝土支架、金属型钢筋支架，料石碹、混凝土及钢筋混凝土碹等。

（2）普通锚杆支护形式（主动支护）。

（3）高强预应力锚杆和注浆加固为主积极主动加固形式。

锚注支护。

5.采场与巷道支护设计的意义？

略

第二章单体支架工作面支护

1单体支架工作面支护设计的主要内容；

1）顶板处理方法的选择

2）合理支护方式的选择

3）采场控顶距的选择

4）支柱实际支撑能力评价

5）合理支护密度的计算

6）顶板事故的预测与防治

2徐州矿务局张集矿第7501工作面单体支架工作支护设计？

略

第三章液压支架工作面支护设计

1.简述掩护式（二柱）液压支架的优点？

①护能力强，顶梁相对较短，支护面积小，在相同工作阻力的条件下支护强度高。

②采用整体顶梁，结构简单可靠，顶梁前端支撑力大，有利于保持梁端顶板的完整性，减少由于超前压力作用造成的片帮和冒顶。

③与围岩的相互作用关系合理。

两柱受力均衡，攴架的支撑能力能充分发挥，避免了支撑掩护式支架前后排立柱受力不均衡现象的产生。

④操作单排立柱，移架速度快。

⑤平衡千斤顶具有调节支架顶梁合力作用点的功能，对顶板的适应性强。

⑥支架的稳定性优于支撑掩护式支架

⑦支架的重量相对较轻。

⑧通过参数优化，克服了平衡千斤顶的局限性，避免支架出现“高射炮”现象。

⑨通过増大工作阻力，提高支架支护能力和切顶能力，能适应坚硬顶板

⑩采用提底座装置，克服支架易扎底问题，实现顺利移架 

⑪如果采用电液控制，则对平衡千斤顶的控制更有利。

2.简述液压支架立柱形式类别？

目前，液压支架立柱主要有以下几种形式：

单伸缩双作用立柱

单伸缩双作用带机械加长杆立柱

双伸缩双作用立柱

3.画出四柱支撑掩护式低位放顶煤液压支架结构图，并说明支架主要的结构名称

四柱支撑掩护式低位放顶煤液压支架结构图

主要结构包括：

顶梁、掩护梁、放煤板、立柱、底座、推移千斤顶等。

4．液压支架额定工作阻力和实际工作阻力的定义？

额定工作阻力——支架设计时，由立柱缸径和安全阀开启压力以及立柱数量决定的支架对顶板的最大支撑能力，即各个立柱的支撑能力之和。

实际工作阻力——支架在采煤工作面实际使用过程中对顶板的支撑能力。

同样，它是立柱实际工作阻力之和。

5.综采工作面支护设计的主要内容？

主要包括工作面内支护、工作面超前支护。

第四章锚杆支护设计理论和煤巷锚杆支护参数

1、锚杆支护的定义？

锚杆支护是以锚杆为基本支护形式的支护方式。

2.最大水平应力理论指出巷道顶底板的稳定性与水平应力方向的关系？

巷道顶底板的稳定性主要受水平应力的影响，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，其顶底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，如图4.5所示。

3.巷道锚杆支护围岩强度强化理论要点？

锚杆的作用原理和加固围岩实质的要点理论是：

（1）巷道锚杆支护的实质是锚杆和锚固区域的岩体相互作用而组成锚固体，形成统一的承载结构；

（2）巷道锚杆支护可以提高锚固体的力学参数，包括锚固体破坏前和破坏后的力学参数（E、C、φ），改善被锚固岩体的力学性能；

（3）巷道围岩存在破碎区、塑性区、弹性区，锚杆锚固区域内岩体的峰值强度或峰后强度、残余强度均能得到强化；

（4）巷道锚杆支护可改变围岩的应力状态、增加围压，从而提高围岩的承载能力、改善巷道的支护状况；

（5）巷道围岩锚固体强度提高以后，可减小巷道周围破碎区、塑性区的范围和巷道的表面位移，控制围岩破碎区、塑性区的发展，从而有利于保持巷道围岩的稳定。

4.锚杆支护设计工程类比法的定义？

工程类比法是建立在已有工程设计和大量工程实践成功经验的基础上，在围岩条件、施工条件及各种影响因素基本一致的情况下，根据类似条件的已有经验，进行待建工程锚杆支护类型和参数设计。

这种设计方法不是简单照搬，而是首先应搞清楚待建巷道的地质条件与围岩物理力学参数，科学地进行围岩分类的情况下，然后再针对不同的围岩类别，根据巷道生产地质条件确定锚杆支护参数。

工程类比法是一种实用方法，在我国煤矿锚杆支护设计中占有主导地位。

5.写出按悬吊理论设计锚杆支护参数（杆体长度、直径和间排距）的公式，并说明主要参数的含义？

1）锚杆长度

锚杆长度（图4.7）通常按下式计算：

L=L1+L2+L3（4.1）

式中：

L1—锚杆外露长度，其值主要取决于锚杆类型及锚固方式，一般L1=0.15m，对于端锚锚杆，L1=垫板厚度+螺母厚度+（0.03~0.05m），对于全长锚固锚杆，还要加上穹形球体的厚度；

L2—锚杆有效长度；

L3—锚杆锚固段长度，一般端锚时L3=0.3～0.4m，由拉拔试验确定，当围岩松软时，L3还应加大。

通常按下述方法确定L2：

（1）当直接顶需要悬吊而它们的范围易于划定时，L2应大于或等于它们的厚度。

（2）当巷道围岩存在松动破碎带时，L2应大于巷道围岩松动破碎区高度hi。

图4.7锚杆长度组成图

2）锚杆杆体直径

根据杆体承载力与锚固力等强度原则确定，则

式中d—锚杆杆体直径，mm；

Q—锚固力，由拉拔试验确定，kN；

σt—杆体材料抗拉强度，MPa。

3）锚杆间、排距

根据每根锚杆悬吊的岩石重量确定，即锚杆悬吊的岩石重量等于锚杆的锚固力（图5.2）。

通常锚杆按等距排列，即a=sc=s1。

则有：

式中sc、s1—锚杆间、排距；

K—锚杆安全系数，一般取K=1.5～2；

γ—岩石体积力。

L2—锚杆有效长度。

6.写出巷道锚杆支护系统设计法的主要步骤和内容？

系统设计法包括6个基本部分，也就是6个步骤：

1）地质力学评估

（1）地应力状况

现场测试原岩应力大小和方向。

确定3个主应力的大小和方向。

2）巷道近况调查及巷道围岩力学参数测定

（1）顶底板岩层数目与厚度，一般顶板取1．5倍巷道宽度范围，底板取1倍巷道宽度范围，可由地质柱状固钻孔资料确定；

（2）岩层节理、裂隙间距，

（3）各岩层的分层厚度，指分层厚度的平均值，现场测取或由表4.6查得；

（4）岩层的弹性模量、泊松比、单向抗压和抗垃强度、粘聚力以及内摩擦角均在实验室利用岩样测定；

（5）煤层厚度、倾角，可在井下直接量取；

（6）煤层的单向抗压强度；

（7）巷道埋深；

（8）地质构造情况描述；

（9）水文情况描述；

（10）煤住宽度、巷道几何形状及尺寸。

3）锚杆支护初始设计

应用有限差分数值模拟分析辅以工程类比和理论计算而成的。

4）现场施工实践

5）现场监测

按初始设计方案施工后，立即进行监测，监测内容包括：

（1）巷道围岩表面位移；

（2）巷道围岩深部位移；（3）全长锚固锚杆的受力分布；（4）端部锚因钳杆的载荷大小；（5）锚杆钳固区内、外的离层值。

6）信息反蚀与修改、完善设计及处理

根据现场施工监测结果及时对初始设计进行分析，如果锚杆的加固效果良好，则按初始设计方案继续施工，如果加固效果达不到预期标准，就应对初始设计进行修改，然后根据修改后的设计进行施工。

在施工小继续进行现场监测，根据信息反馈再确定是否需要修改设计，如此，方案在动态中进行调整，直到满意为止。

7.煤巷锚杆支护规范中的术语：

（1）锚杆杆体破断力：

锚杆杆体能承受的极限拉力。

（2）锚杆拉拔力：

锚杆锚固后，拉拔试验时，锚杆破断或失效时的极限拉力。

（3）锚杆锚固力：

锚杆的锚固部分或杆体在拉拔试验时，所能承受的极限载荷。

（4）预紧力矩：

拧紧螺母使锚杆达到设计预紧力时，施加到螺母上的力矩。

（5）锚杆快速安装：

使用锚杆钻机连续完成搅拌树脂锚固剂、拧紧螺母的全过程。

（6）锚杆支护初始设计：

根据已有资料提出的巷道支护形式与参数。

（7）锚杆支护正式设计：

根据监测信息，对初始设计进行验证或修改，在技术性、经济性以及安全性等方面均能满足生产要求的支护设计。

8.锚杆支护初始设计包括哪些主要内容？

（8条）

研究内容包括包括巷道布置方向、煤柱尺寸、钻孔直径、钳固形式、锚杆直径、锚固强度、锚杆长度、锚杆间距与排距、锚固剂型号、托盘、钢梁和护网等

9.锚杆支护设计需要确定的主要内容？

a）锚杆种类（螺纹钢锚杆、圆钢锚杆、玻璃钢锚杆或其它锚杆等）；b）锚杆附件（托板、球形垫圈、减摩垫圈和螺母等）的规格和力学性能；c）锚杆几何参数（直径和长度等）；d）锚杆力学参数（屈服载荷、破断载荷和延伸率等）；e）锚杆预紧力；f）锚杆布置（锚杆间距、排距、安装角度等）；g）钻孔直径、锚固方式和锚固长度；h）锚杆设计锚固力；i）锚固剂的型号、数量等；j）组合构件（钢筋托梁、钢带、钢梁等）形式、规格和力学性能；k）护网形式、规格和力学性能；l）锚索形式和材质（单根锚索或锚索束，钢丝绳或钢绞线等）；m）锚索附件（锚索托板和锚具等）的规格和力学性能；n）锚索几何参数（直径和长度等）；o）锚索力学参数（屈服载荷、破断载荷和延伸率等）；p）锚索预紧力；q）锚索布置（锚索间距、排距、安装角度等）；r）锚索钻孔直径、锚固方式和锚固长度；s）煤巷锚杆支护布置图；t）组合构件加工示意图；u）支护材料消耗清单。

10.锚杆支护基本参数主要内容？

锚杆长度、锚杆公称直径、锚杆排距、锚杆间距、锚索有效长度、锚索公称直径

11.煤巷锚杆支护监测类型及内容？

煤巷锚杆支护监测分为综合监测和日常监测两种。

综合监测的目的是验证或修正锚杆支护初始设计，评价和调整支护设计；日常监测的目的是及时发现异常情况，采取必要措施，保证巷道安全。

监测内容

综合监测的主要内容为巷道表面和深部位移、顶板离层、锚杆（锚索）受力状况；日常监测主要内容为顶板离层观测。

12.煤巷锚杆支护工程质量检测内容？

锚杆支护施工质量检测的内容包括锚杆（索）锚固力检测、锚杆（索）安装几何参数检测、锚杆（索）预紧力矩或预紧力检测、锚杆（索）托板安装质量检测、组合构件和网安装质量检测、喷射混凝土的强度和喷层厚度检测。

第五章煤巷锚杆支护设计案例

1.形成掘进工作面割煤、装煤、破煤、运煤、支护等工序全部机械化作业的52302运输顺槽快速掘进配套设备施工的主要装备？

选用一台MB670型掘锚机来完成割煤和装煤工序；选用跨骑式锚杆钻车、两臂锚杆钻车、锚索钻机完成巷道顶帮锚杆、锚索支护工作；由破碎机和皮带转载机完成煤的破碎、转载工作；转载后的煤经过胶带输送机运出；从而形成掘进工作面割煤、装煤、破煤、运煤、支护等工序全部机械化作业的施工方法。

2.52302运输顺槽掘进工作面最小空顶距、最大空顶距？

由于采用掘锚机掘进锚杆钻车进行支护的作业方式，工作面最小空顶距为20m。

根据52煤现场条件确定：

正常条件时，最大空顶距不得超过30m，即掘锚机前端至锚杆钻车前排钻臂的距离不超过30m；顶帮破碎、离层、片帮等遇构造时，采用掘锚机支护，掘1米支1米，最大空顶距不超过3米。

3.52302运输顺槽顶板锚杆支护方式和参数？

顶板采用锚杆+金属网+锚索支护支护方式。

参数：

1）锚杆的长度计算L＝KH+L1+L2

式中

L——锚杆长度，m；

H——冒落拱高度，m；

K——安全系数，一般取K＝2；

L1——锚杆锚入稳定岩层的深度，一般可按经验取为0.4m；

L2——锚杆在巷道中的外露长度，L2取0.05m。

冒落拱高度按下式估算，即

H＝B/2f

式中

B——巷道宽度，取6m；

f——普氏岩石坚固性系数，查岩石坚固性分级表取f＝4。

H＝B/2f＝6/（2×4）＝0.75m

L＝KH+L1+L2＝2×0.75＋0.4＋0.05＝1.95m

2）锚杆的间、排距计算

a＝（Q/KHγ）1/2

式中

a----锚杆的间、排距，m；

Q----锚杆的设计锚固力,49KN；

K----安全系数，取2；

H----冒落拱高度，H取0.75m；

γ----被悬吊岩石的重力密度，取γ＝23kN/m3。

4.52302运输顺槽两帮锚杆支护方式和参数？

巷道正帮采用玻璃钢锚杆+塑料网支护方式。

锚杆间排距为1.0×1.2m，每排支护3根锚杆。

锚杆规格为Φ20×2000mm，锚杆托盘规格为Φ120×8mm塑料托盘，树脂型号为CK23×500mm；塑料网规格为2.5×20m。

巷道负帮采用锚杆+金属网支护方式，锚杆间排距为1.0×1.2m，每排支护3根锚杆。

锚杆规格为Φ18×2100mm圆钢锚杆，锚杆托盘规格为120×120×8mm钢托盘，树脂型号为CK23×500mm；金属网规格为2.5×10m，10#铅丝编织，网孔为80×80mm。

5.52302运输顺槽掘进期间顶板事故应急措施？

（1）探明冒顶区范围和被埋、压、堵截的人数及可能所在的位置，并分析抢救，处理条件，根据事故现场实际情况采取不同的抢救方法。

（2）迅速恢复冒顶区的正常通风，如一时不能回复，则必须利用压风管、水管或打钻向埋压或截堵人员共给新鲜空气。

（3）掘进工作面必须由外向里进行支护处理，处理冒顶时首先清理出抢救人员的通道和退路。

（4）抢救处理中必须有专人检查和监视冒顶区级周围的顶板情况，同时加强支护防止发生二次冒顶，并且注意检查瓦斯及其他有害气体情况。

（5）一旦发生冒顶事故，现场人员应立即采取自救或互救。

6.52302运输顺槽掘进期间矿压观测内容、目的及手段？

7.手工绘制52302运输顺槽巷道支护平断面图，标柱锚杆（索）网等型号和规格及锚杆（索）间排距？

52302运顺断面图