锚网索支护方案.docx
《锚网索支护方案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《锚网索支护方案.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
锚网索支护方案
山西煤炭运销集团长治有限公司巷道锚杆支护设计规范方案初稿
生产技术部
二零一四年十二月
巷道锚杆支护技术方案
1总则
1.1巷道锚杆支护技术是一种先进的巷道支护技术，长治公司各矿应积极推广锚杆支护技术。
1.2巷道锚杆支护的合理性和可靠性是由先进的技术、合格的施工和严格的管理保证的。
推广锚杆支护高度重视技术问题，同时强化现场施工管理。
1.3锚杆支护技术是不断发展的。
各矿应根据自身条件积极推广应用新技术、新材料、新机具、新工艺，以提高掘进效率和支护效果。
1.4制定规范宗旨宗旨是促进锚杆支护技术的健康发展，保证支护技术安全、可靠、经济，为采煤工作面快速推进，矿井高产、高效创造条件。
1.5支护设计规范包括主要内容：
测试、设计、材料、施工、监测、管理。
1.6本支护设计规范用于井下煤岩层大巷、采区巷道、回采巷道及交岔点和各种硐室等。
2巷道地质力学评估
2.1地质力学评估是巷道锚杆支护的基础依据和先决条件，这些工作必须在锚杆支护设计之前完成。
2.2地质力学评估首先确定巷道所在的评估区域，尽量考虑服务期间影响支护系统的所有因素。
2.3地质力学评估内容包括现场调查、巷道围岩力学测定、围岩结构观察（节理、裂隙等）、地应力测量和计算。
表1地质力学评估内容
序号
原始资料
说明与测取
1
煤层厚度
指巷道切割煤层厚度
2
煤层倾角
工作面地质说明给出、或现场量取
3
煤层物理力学参数
地质报告给出，或现场取样实验室内测定
4
2倍巷道宽度范围内顶板岩层层数与厚度
有附近钻孔柱状图资料确定
5
各层节理裂隙间距
沿结构面法线的平均间距，在巷道内（或类似条件巷道内）测取
6
岩层的分层厚度
指分层的平均值
7
岩层的物理力学参数
地质报告给出，或井下直接测取，实验室取样
8
地质构造
巷道周围地质构造情况，地质说明书
9
水文地址条件
巷道涌水量，水对围岩力学性质的影响
10
巷道埋深
地表到巷道的垂直距离
11
原岩应力大小及方向
有条件井下实测
12
巷道轴线方向
由巷道布置得出
13
煤柱宽度
煤柱的实际宽度
14
采动影响
巷道受周围采动影响情况
15
巷道几何形状及尺寸
16
锚杆在岩层中锚固力
井下拉拔实验得出
17
锚索在煤层的锚固力
井下拉拔实验
2.4巷道围岩地质力学参数，包括原岩应力、围岩力学性质和围岩结构是锚杆支护的基础数据。
有条件在井下测定，原岩应力测定优先采用水压至裂法或应力解除法。
2.5巷道支护设计所需的煤岩体物理力学参数，可根据地质报告提供或现场取样实验室实验取得，煤岩体力学参数包括煤沿体的真密度、视密度、孔隙率、单轴抗压强度、弹性模量、泊松比、内聚力、水软化系数及水理性质等。
2.6围岩结构测量应采用巷道表面观察、钻孔取芯测量和钻孔窥视相结合方法进行。
2.7巷道锚杆、锚索锚固力拉拔实验，可更加所支护的巷道现场或类似条件的围岩中进行，更具结果判定围岩的可锚性。
下列条件下必须进行锚杆、锚索锚固力实验，a、支护初始设计之前；b、支护设计变更；c、支护材料变更；d、围岩条件发生变化。
2.8围岩地质力学参数有一定适用范围。
当一个地点获取的参数用于同一煤层其他地点时，应充分现场调研，保证两个地点的相似性。
2.9当围岩岩性、结构和应力条件发生变化时，如遇大型地质构造、煤赋存条件明显变化时，应对地质力学参数从新评估参数。
3支护设计
3.1根据巷道围岩地质力学评估结果计算证明巷道锚杆支护的可行性，进行锚杆支护设计。
3.2巷道支护设计采用动态信息设计法。
设计应严格按照5个步骤进行，地质力学评估—初始设计—井下监测—信息反馈—修正设计。
根据地质力学评估结果，进行初始设计。
初始设计应包括以下内容：
（1）巷道地质与生产条件及地质力学评估。
（2）巷道断面设计；
（3）锚杆支护参数设计；
（4）支护材料参数选择和施工机具设备配套；
（5）支护施工工艺、安全技术措施和施工工程质量标准；
（6）支护矿压监测设计；
（7）巷道围岩复杂地段支护设计方法和煤巷受到采动影响时的超前支护设计。
3.3巷道初始支护设计方法，应结合一下四方面进行：
（1）工程类比
根据已经支护巷道的经验，通过类比，直接得出巷道的支护形式与参数。
（2）经验公式初始设计：
经验公式：
经验公式是在大量支护设计经验的基础上，得出的指导支护设计的简单公式。
国内外主要锚杆支护设计的经验公式。
锚杆长度的选取
1）Hoek与Brown等提出确定锚杆长度的一般经验准则：
最小锚杆长度=等于锚杆间距的两倍，三倍不连续面平均间距确定的不稳定岩块宽度，巷道跨度之半。
2）Lang与Bischoff认为，锚杆长度与锚杆间排距之比应为1.2～1.5，锚杆长度作为巷道宽度的函数确定，如：
L=B2/3，其中L为锚杆长度，B为巷道宽度。
3）Schach等人提出确定锚杆长度的经验公式为
L=1.4+0.184B（非预应力锚杆）
L=1.6+（1+0.012B2）1/2（预应力锚杆）
4）日本的经验表明，锚杆长度为巷道宽度或者高度的0.6倍。
如果再加长锚杆，支护效果将不会明显变化。
5）新奥发对锚杆长度的选择也提出了一些准则。
基于锚杆支护在围岩中形成自承拱的原理，锚杆长度主要与围岩条件及跨度有关；对比较完整的硬岩，锚杆长度取1.0～1.2m；对于完整性较差的中硬岩石，锚杆长度取巷道宽度的1/4～1/3，一般取2～3m，对于松软破碎的岩体，锚杆长度取巷道宽度的1/2～2/3，一般为4～6m。
锚杆间排距选取
1）Hoek与Brown等提出，最大锚杆间排距=min【锚杆长度之半，1.5倍不连续间距确定的不稳定岩块宽度】。
2）Lang与Bischoff认为，锚杆间排距与锚杆长度之比为2/3～5/6。
3）Schach等从拱形巷道顶部能够形成有效的压力拱出发，认为锚杆长度与锚杆间排距的比值应接近2。
4）新奥法对锚杆间排距的选择提出一些准则：
硬岩，锚杆间距取1.5～2.0m；中硬岩石，锚杆间距取1.5m，松软破碎的岩体，锚杆间距取0.8～1.0m。
（3）理论计算法。
自然平衡拱理论分析设计方法
自然平衡拱理论认为，巷道开掘后，围岩失去了层间联系。
在上覆岩层压力作用下，浅部围岩发生破坏，而在深部一定范围内形成自然平衡拱。
自然平衡拱以上的岩体是稳定的，锚杆的作用主要是防止破坏区围岩垮落。
锚杆所需要的承载能力由破坏岩石的重量确定，而且与巷道断面形状与尺寸、埋藏深度、采动影响程度、岩层倾角、强度、结构等有关。
可见自然平衡拱理论对锚杆支护作用的分析实质上是悬吊作用，并提供了计算围岩破坏范围的方法。
图1巷道围岩破坏范围计算图
1）围岩破坏范围
根据自然平衡拱理论确定巷道围岩破坏范围的计算图。
煤层巷道煤帮破坏深度C（m）由下式确定：
式中：
Kcx-巷道周边挤压应力集中系数，按巷道断面形状与宽度比确定；
-巷道上方至地表间地层的平均重力密度，kN/m3；
H-巷道距地表的深度，m；
B-表征采动影响程度的无因次参数；
-煤层硬度系数；
h-煤层厚度或者巷道轮廓范围内煤夹层的厚度，m；
-煤的内摩擦角，（°）。
求出的C为负值时表明煤体稳定，正值表明煤体正在发生破坏。
顶板岩层的破坏深度b（m）,按相对层理的法线计，可根据下式求出：
式中：
a-巷道的半跨距，m；
-煤层倾角，（°）；
-待锚岩层的稳定性系数；
-锚固岩层的硬度系数。
2）围岩压力
当C为正值时，作用在破坏煤帮一侧支架上的压力Q（kN/m）为
式中：
、
-煤和岩石的重力密度，kN/m3。
顶板支架压力QH（kN/m），按相对于岩层层理的法线确定为：
3）锚杆长度
顶锚杆长度：
煤帮锚杆长度：
式中：
-锚杆锚入围岩破坏范围之外的深度与锚杆外露长度之和，一般取0.5-0.7m。
4）锚杆间排距
锚杆排距ar（m）安装下式求出：
式中：
Z-锚杆锚入自然平衡拱范围之外的额定深度，取0.35m。
锚杆的锚固力Pz（kN）取决于岩石硬度，按下式计算：
式中：
d-锚杆杆体直径，m；
f-锚固段岩层的硬度系数；
-锚杆杆体的极限抗拉强度，MPa。
顶板每排锚杆数Nk根据作用力的平衡条件按照下式求出：
式中：
K3-安全系数，取2。
所求的值根据实际情况取整数，并按上式复核锚杆排距。
当C为正值时，帮锚杆排距按下式求出：
式中：
Ny-煤帮每排锚杆数。
（4）数值模拟法。
在有技术储备和实力的矿井可进行数值模拟方法进行支护设计，数值模拟是根据地质评估结果建立数值计算模型，通过多个支护方案模拟和比较，选出最优的方法进行初始支护设计，目前主要使用的有有限元、有限差分、离散元等数值模拟软件。
3.3巷道支护设计应考虑以下因素：
（1）巷道布置最大尺寸；
（2）巷道管线布置及行人要求；
（3）巷道通风要求；
（4）巷道变形预留量，巷道设计宽度和高度可预留200-300mm变形量。
3.4各种巷道支护应遵循以下原则：
（1）回采工作面回风顺槽与运输顺槽锚杆支护设计
回采工作面回风巷与运输巷是为回采工作面服务的巷道。
这类巷道的特点是服务年限比较短，但受回采工作面动压影响显著，而且要求巷道在回采之前保持稳定，变形量控制住要求的范围内，回采工作面回采过后又能要求能及时垮落，防止工作面后方悬顶和瓦斯积聚。
过大过小的支护强度都不能满足安全生产的需要。
回风顺槽与运输巷支护状况直接影响采煤工作面推进速度、产量与效益。
（2）煤柱护巷巷道支护设计
煤柱护巷是指巷道一侧或两侧以一定宽度的煤柱与采空区或其他巷道隔开，以保护巷道。
这类巷道不同程度受到相邻采掘工作面的采动影响，煤柱宽度对巷道围岩变形与稳定性有比较明显的影响。
巷道与采空区之间用一定宽度煤柱隔开的情况常见于工作面回风巷，这种巷道受到上个工作面开采一起的侧向支承压力的影响，本工作面开采时，如果煤柱尺寸选择不合理，巷道围岩变形与破坏严重，巷道维护困难。
这类巷道的支护一般采用树脂加长锚固锚杆组合支护系统，并进行锚索补强。
锚索过长易发生破断，动压巷道煤柱一般不宜采用对穿锚索，对穿锚索易被巷道变形剪断。
（3）小煤柱沿空掘巷支护设计原则
沿空掘巷是沿采空区边缘掘进的巷道。
根据是否留煤柱分为不留煤柱的完全沿空掘巷和留设小煤柱的沿空掘巷。
沿以稳定的采空区边缘掘巷道，巷道处于应力降低区，对巷道维护十分有利。
小煤柱掘巷得到广泛应用，小煤柱起到挡矸，防漏风的作用。
采空区边缘产生破碎区和塑性区，出现应力降低区。
沿稳定采空区边缘掘巷，虽然围岩处于降低区，但围岩比较破碎。
小煤柱巷道掘进期间围岩变形量较小，受本工作面采动影响后变形明显加大，围岩变形以两帮变形为主。
中等稳定围岩煤柱一般为4m左右。
小煤柱变形影响因素：
1）巷道上覆岩层活动是否稳定。
2）小煤柱支护强度。
3）小煤柱破坏程度。
4）煤柱与其上下交界面接触条件。
煤柱宽度设计原则：
1）锚杆可施工原则。
煤柱宽度大于设计长度。
2）处于应力降低区。
3）保证锚固效果。
保证锚杆锚固段在较好的煤体中，必要时在煤柱中间注射水泥浆加固。
4）预留巷道变形。
设计断面时充分考虑巷道变形。
5）提高煤炭回收率。
（4）回采工作面开切眼支护
回采工作面开切眼时采煤设备安装的通道。
开切眼的特点断面大，服务时间短，不受回采工作面动压影响。
开切眼支护巷道顶部锚索设计可根据自然拱理论，巷道顶板一般每排打设3至4根锚索，中间一根采用较长锚索，两侧使用较短的锚索，巷帮采取打设树脂锚杆较轻的支护强度即可。
（5）回撤通道支护设计
采煤工作面回撤通道是开采的一道重要工序，直接影响工作面搬家速度，矿井的安全、产量与效益。
安全、经济、快速的回撤通道支护技术是保证工作面设备顺利撤出的必要条件。
回撤通道一般有两种方式：
一是在支架推到回撤位置时打锚杆、锚索，形成回撤通道；二是预先掘出回撤通道，支架进入通道回撤，回撤通道可以布置成两条，一条是主回撤通道，一条是辅助回撤通道，两条回撤通道之间用联络巷连接。
由于回撤通道经历回采工作面强烈的采动影响，单独用锚杆、锚索很难控制顶板下沉，其主要作用保持锚固范围内煤岩体完整性，不至于破碎、松散、垮落。
回撤通道的顶板下沉主要取决于上部岩层的移动，锚杆、锚索有效控制锚固范围内顶板的变形与离层，回撤通道位置的选择应避开周期来压的影响。
（6）大断面交叉点支护原则
大断面交叉点，因其跨度和断面较大，围岩应力复杂，与一般巷道相比，支护难度大，易出现冒顶事故。
巷道交叉点应是锚索支护密度加倍。
（7）巷道底鼓防治
巷道底鼓是一个复杂的物理、力学过程，它与巷道围岩性质、应力状态及维护方式密切相关。
底鼓是软岩巷道变形与破坏的一种主要方式，底板稳定性显著影响着两帮及顶板的变形和破坏。
防治巷道底鼓的有效途径是将锚固与注浆技术有机结合，锚固的方式主要是水泥注浆。
若采用起底方法，由于巷道底鼓剧烈，为了满足巷道断面的要求，必须多次起底，每次起底花费大量的人力物力。
起底的费用和带来的损失远大于钻锚固费用。
3.5支护设计参数应包括以下内容
（1）锚杆种类（螺纹钢锚杆、圆钢锚杆、玻璃钢锚杆或其他锚杆）；
（2）锚杆附件（托盘、球型垫圈、螺母等）规格和力学性能。
（3）锚杆力学参数（屈服载荷、拉断载荷、剪切强度和延伸率等）；
（4）锚杆几何参数（直径和长度等）；
（5）锚杆预紧力；
（6）锚杆布置（间排距、安装角度）；
（7）钻孔直径、锚固方式和锚杆长度；
（8）组合构件（钢筋托梁、钢带、钢梁等）形式、规格和力学性能；
（9）护网形式、规格和力学性能。
（10）锚索形式和材质（单根锚索和锚索束，钢绞线类型）；
（11）锚索附件（托盘和锚具等）的规格和力学性能；
（12）锚索几何参数（直径和长度等）；
（13）锚索力学参数（屈服载荷、拉断载荷、剪切强度和延伸率等）；
（14）锚索预紧力；
（15）锚索布置（间排距、安装角度等）；
（16）锚索钻孔直径、锚固方式和锚固长度；
（17）巷道锚杆、锚索布置图；
（18）支护材料消耗清单。
3.6钻孔直径、锚杆直径和树脂锚固剂直径应合理匹配，钻孔直径与锚杆直径之差应为6-10mm，钻孔直径与树脂锚固剂卷直径之差为4-8mm。
3.7巷道使用的支护材料必须符合公司标准和煤炭行业标准。
杆体、锚固剂、托盘、螺母及组合构件等力学性能和结构必须相互匹配。
3.8巷道加固优先使用锚索。
3.9复杂地段应进行专门的支护设计，并制定特殊安全技术措施。
复杂地段支护范围应延伸到正常地段5m以上。
3.10初始设计施工后及时进行相应的矿压监测。
将巷道受掘进影响基本结束时的监测结果用于验证或者修改支护设计，修改后的支护设计作为正式设计在井下采用。
4支护材料
4.1巷道锚杆支护由锚杆杆体、托盘和螺母、锚固剂、钢带及金属网等构建组成，锚杆体支护的支护是由这些构建共同完成，因此各个构件性能、强度和结构必须相互匹配。
锚杆体所承受的拉断载荷计算公式：
式中：
P-锚杆拉断荷载，N；
d-锚杆体直径，mm；
-锚杆钢材抗拉强度，MPa。
表1常见锚杆钢材的抗拉强度
牌号
屈服强度
MPa
抗拉强度
MPa
拉断载荷/kN
Φ16mm
Φ18mm
Φ20mm
Φ22mm
Φ25mm
Q235
240
380
76.4
96.7
119.4
144.5
186.5
BHRB335
335
490
98.5
124.7
153.9
186.3
240.5
BHRB400
400
570
114.6
145.0
179.1
216.7
279.8
BHRB500
500
670
134.7
170.5
210.5
254.7
328.9
BHRB600
600
800
160.8
203.6
251.3
304.1
392.7
锚杆托板作用：
托盘的作用分为两个方面：
通过螺母施加一定的扭矩使托盘压紧巷道表面，给锚杆提供预紧力，并式预紧力扩散到周围的煤岩体中，从而改善围岩的应力状态，抑制围岩离层、结构面滑动和节理裂隙的张开，实现锚杆的主动及时支护作用；其二是围岩变形使载荷作用与托盘上，通过托盘将载荷传递到锚杆杆体，增大锚杆的工作阻力，充分发挥锚杆控制巷道围岩变形的作用。
锚固剂的抗拉与抗剪作用：
我国树脂锚固剂的抗拉强度一般可取11.5MPa，抗剪强度一般可取35MPa。
端部锚固锚杆，锚固剂提供粘结力，使锚杆承受一定的拉力。
全长锚固锚杆，锚杆体与钻孔孔壁粘结在一起，使锚杆随着岩石移动承受拉力；当岩层发生错动时，与杆体共同起剪切作用，阻止岩层发生错动。
钢带作用：
钢带是锚杆支护重要构件，对提高锚杆支护整体效果，保持岩面完整起关键作用。
起着使锚杆预紧力和工作阻力的扩散作用。
支护巷道表面和改善围岩应力状态作用。
均衡锚杆受力和提高整体支护作用，钢带将数跟锚杆连接在一起，可均衡锚杆受力，共同形成组合支护系统，提高整体支护能力。
网的作用：
网可以用来维护锚杆间的围岩，防止松动小岩块掉落。
5巷道支护施工及工程质量要求
5.1掘进工作面作业区内，必须按照掘进面质量标准化的要求挂设图排版，以便于施工和检查要求。
5.2巷道掘进按断面设计尺寸进行，保证成形质量。
掘进尺寸与设计尺寸相差不得超过200mm，因不可抗拒因素造成断面超宽、超高大于500mm时，必须变更支护设计，采取补打锚杆、锚索加强支护。
5.3严禁空顶下作业，必须进行临时支护，优先使用具有一定初撑力的临时支护装置。
5.4锚杆、锚索钻孔不得超过误差范围，钻孔角度偏差应控制在5°之内，钻孔中的煤粉、岩粉在安装锚杆前清理干净。
5.5锚杆、锚索安装应符合以下要求：
（1）锚杆安装前，检查树脂锚固剂性状，严禁使用过期、硬结、破裂变质失效的锚固剂。
（2）安装锚固剂应按照设计的顺序和数量进行，搅拌时间严格按照厂家要求控制。
（3）托盘必须贴实岩面，未接触部分必须楔实、垫紧。
（4）锚杆、锚索必须达到设计的预紧力，锚索张拉时达不到设计要求，必须重新补打。
5.6每班对锚杆支护施工质量按设计要求进行检测。
检测结果如果不符合设计要求，应立即停止施工，属施工操作问题，追究施工者则责任，属技术措施不当，要及时修改。
6巷道支护矿压监测
6.1巷道锚杆支护矿压监测分为综合监测和日常监测两种方式。
综合监测用于验证和修改锚杆支护初始设计，评价支护效果，日常监测用于及时发现异常情况，保证巷道安全。
6.2综合监测应符合以下规定：
（1）监测方案由生产科制定实施。
（2）综合监测内容包括巷道表面位移、顶板离层和锚杆（索）受力状况。
（3）每条巷道根据围岩条件和长度设计一定数量的监测站。
当巷道尺寸、施工工艺或围岩地质条件变化时，应根据情况增加测站数。
测站的安设必须紧跟掘进工作面。
（4）每个测站位置、仪器分布应绘图标明，并设定专门编号，详细标注地质及生产条件。
（5）观测频度：
距掘进工作面50m和回采面100m每天1次，其他每周一次，遇特殊情况适当增加频次。
6.3应及时分析、处理综合监测数据，并进行信息反馈。
分析判断初始支护设计十分合理。
提出修正意见，并提交支护设计变更。
各矿保存矿压监测数据，编制矿压监测报告，并存档管理。
升级会员 