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14138工作面高抽巷锚梁网支护设计

作者:佚名 2010-11-11 11:26 来源:本站原创


张集矿(北区)14138工作面高抽巷锚梁网支护设计

淮南矿业集团张集煤矿
安徽省煤炭科学研究院

2010年1月

目 录
1巷道的地质采矿条件及支护设计要求
2 巷道支护技术对策
3 14138工作面高抽巷锚梁网支护技术方案
4 14138工作面高抽巷锚梁网支护数值分析计算
5 14138工作面高抽巷掘支工艺
6 支护材料
7 巷道矿压观测





1.2 巷道支护设计要求
巷道层位:巷道沿9-2煤层掘进(注:若9-2煤顶板为泥岩,则应破泥岩顶施工);
巷道断面:宽×中高=4.8×3.2 =15.36m2;
掘进方法:综掘;
支护方法:锚梁网支护;
服务期限:1年左右。
2 巷道支护技术对策
1)由于14138工作面高抽巷外段与里段顶板岩性相变较大,因此应根据顶板岩性结构分区段确定14138工作面高抽巷锚梁网支护参数;
2)锚杆与锚索均应采用组合支护。其目的,一是为了增大锚杆和锚索的护表面积,减轻单体锚杆和锚索因与围岩局部接触产生的点载荷作用而造成围岩挤压破坏,二是为了提高顶板支护的整体性,从而有利于维护顶板的完整;
3)对于砂岩顶板,顶板支护以锚杆支护为主,以锚索补强为辅;
4)对于砂泥岩互层顶板、破碎顶板及巷帮钻场拔门口,则应强化锚索支护作用,以防止顶板出现漏冒顶事故
3 14138高抽巷锚梁网支护技术方案
根据巷道的地质采矿条件,采用离散单元数值计算软件UDEC3.1进行多方案比较,并结合工程类比,确定14138高抽巷锚梁网支护技术方案。
3.1 顶板支护
顶板支护结构包括3部分:
第一部分由锚杆和M3钢带组成。
M3钢带安装在巷道中部,每根M3钢带上安装6根锚杆,巷道中部4根锚杆穿过M3钢带垂直锚入巷道顶板,巷道顶板两侧肩窝锚杆则与顶板成600夹角布置,顶板锚杆规格:Φ20×2500mm,顶板锚杆间排距:860×900mm。
第二部分由12#槽钢和锚索组成。
对于泥岩及断层破碎带顶板区段:锚索布置采用“2-0”布置,即每2排布置1组槽钢组合锚索。
对于砂质泥岩直接顶区段:锚索布置采用“2-0-0-0”布置,即每4排布置1组槽钢组合锚索。
对于砂岩老顶直覆区段:锚索布置采用“1-0-0-0”布置,即每4排布置1根点锚索。
第三部分是12#金属网。
金属网紧贴顶板铺设,并沿纵向搭接,搭接长度100~150mm。搭接处除用细铁丝扎结外,必须用钢带压茬。
3.2 巷帮支护
巷帮支护包括2部分:
第一部分由金属托板和锚杆组成。
对于帮部为砂质泥岩、泥岩及煤厚超过一米区段:巷道两帮均布置4根点锚杆,上下排相邻锚杆呈交错布置,巷帮锚杆规格:Φ18×1800mm,巷帮锚杆间排距:850×900mm。
对于帮部为砂岩区段:巷道两帮均布置3根点锚杆,上下排相邻锚杆呈交错布置,巷帮锚杆规格:Φ18×1800mm,巷帮锚杆间排距:1000×900mm。
第二部分是12#金属网。
金属网沿煤帮竖直铺设,并沿纵向搭接,搭接处用铁丝扎牢,并用钢带压茬。
在地质构造异常带区域应调整锚梁网支护参数或者采用架棚支护,若采用锚梁网支护,锚索应采用“2-2”布置。
14138工作面高抽巷及巷帮钻场锚梁网支护设计见附图所示。
3.3 14138工作面高抽巷锚梁网支护主要技术参数
巷道断面:宽×中高=4.8×3.2=15.36m2;
顶板锚杆间排距:860×900mm;
锚索布置方式:
“1-0-0-0”布置(砂岩老顶直覆区段);
“2-0-0-0”布置(砂质泥岩直接顶区段);
“2-0”布置(泥岩及断层破碎顶板区段);
巷帮锚杆间排距:
850×900mm(帮部为砂质泥岩、泥岩及煤厚超过一米区段);
1000×900mm(帮部为砂岩区段);
顶板锚杆:Φ20×2500mm ;
巷帮锚杆:Φ18×1800mm;
锚索:Φ18×5300mm;
槽钢:12#(2.0m);
顶板钢带:M5(4.6m);
金属网:12#镀锌铁丝机械编制,网孔〈50×50mm;
锚索安装预紧力:≮90KN;
顶板锚杆安装预紧力矩:≮180Nm;
巷帮锚杆安装预紧力矩:≮180Nm;
锚索安装深度:5000mm;
锚索锚固长度:1800mm;
顶板锚杆安装深度:2450mm;
帮锚杆安装深度:1750mm;
顶锚杆锚固长度:≮1000mm;
帮锚杆锚固长度:≮600mm;
锚杆锚固力:≮120KN(顶板),≮90KN(巷帮);
锚索锚固力:≮250KN;
锚杆(锚索)钻孔直径:Φ28mm;
锚索锚固剂:每孔3支Z2360;
顶板锚杆锚固剂:每孔2支Z2360;
巷帮锚杆锚固剂:每孔1支Z2360。
4 14138高抽巷锚梁网支护数值分析计算
4.1 计算软件的选取
本次模拟采用美国Itasca Consulting Group Inc.开发的UDEC3.1(Universal Distinct Element Code 3.1)进行计算。断裂、滑移引起开挖空间周围岩体破坏是用离散元程序分析研究的实例之一。该法放弃了连续介质的假设,每个单元块体可以根据各自所受的力而运动,甚至允许脱离母体而自由下落,避开了连续介质的假设,克服了只能给出煤岩破坏前的应力和位移的缺陷,因而采用离散单元法对煤岩体进行数值计算是合适的。
4.2 计算模型的建立
计算模型采用矩形进行计算,整个模型宽200m,高150m。根据研究对象分析可知,把巷道沿长度方向视为可伸缩的平面应变模型。图3为数值计算模型图,由图2可以看出,14138工作面高抽巷左侧边界宽度100m,100~104.8m为14138工作面高抽巷





宽度,104.8~200m为14138工作面右侧边界宽度。为了能使模拟过程较真实地反映现场实际情况,对网格进行离散化,同时考虑到远场效应,单元格在局部范围内进行
了加密处理,模型两侧限制水平方向移动,模型底边限制水平方向和垂直方向移动,模型上表面为应力边界,由于巷道埋深600m左右,因此模型上表面施加的载荷设计为
12.5MPa,用以模拟上覆岩体的自重边界。材料破坏遵循Mohr-Coulomb强度准则。图3为数值计算模型网格图。14138工作面高抽巷宽4.8m,高3.2m,采用锚梁网支护,巷道顶板锚杆间排距860×900mm,顶板锚杆规格为:Φ20×2500mm;巷帮锚杆间排距850×900mm,巷帮锚杆规格为:Φ18×1800mm,砂岩顶板区段锚索采用“1-0-0-0”布置,砂质泥岩直接顶区段锚索采用“2-0-0-0”布置,锚索规格为:Φ18×5300mm。
4.3数值模拟计算分析
图4和图5分别为14138工作面高抽巷砂质泥岩直接顶区段巷道顶板及底板围岩位移量数值模拟分布曲线,图6为14138工作面高抽巷砂质泥岩直接顶区段数值模拟围岩位移矢量分布。上述数值模拟结果表明,该巷道顶板最大下沉量为50mm,且随深度的增加,位移量按“抛物线”型式衰减;巷道最大底鼓量为205mm,且巷道底板变形主要发生在巷道底板表面向下5m范围内,巷道底板5m以下围岩变形稳定,巷道顶底板变形均控制在设计要求范围内,说明该巷道锚梁网支护参数设计合理。





5 14138工作面高抽巷掘支工艺
14138工作面高抽巷沿9-2煤层顶板掘进,砂岩老顶直覆区段,巷道掘进最大空顶距≯2.0m,泥岩及砂质泥岩直接顶区段,巷道掘进最大空顶距≯1.1m,锚杆、锚索支护紧跟迎头。具体工艺如下:
1)一次掘进设计排距,若顶板为完整砂岩,1次掘进1.8m,若顶板破碎或顶板为泥岩,则1次掘进0.9m;
2)铺设并联接金属网。金属网搭茬100mm,搭茬处用铁丝扎扣,扎扣间距200mm;
3)架设顶板M5钢带,并压紧金属网的搭茬头,同时在钢带两端支设临时支柱,以此作为掘进时的临时支护;
4)钻顶板锚杆孔。钻头穿过钢带中的定位孔并按设计角度钻进。孔深2450mm,孔径28mm,孔深允许误差50mm(+40mm,-10mm);
5)安装顶板锚杆。锚杆孔内安装2支Z2360树脂药卷,搅拌树脂药卷30秒。搅拌结束后2分钟,旋紧锚杆螺母,卸下钻机;
6)钻锚索孔。锚索孔深5000mm,孔径28mm,孔深允许误差±50mm,每个锚索孔内安装3支Z2360树脂药卷,搅拌树脂药卷40秒。搅拌结束2分钟,卸下钻机。搅拌结束30分钟后,安装托板和锚具。张拉锚索,张拉预紧力不小于90KN。
在安装顶板锚杆和锚索的同时,进行巷帮成形与支护,尽量缩短巷帮支护滞后时间和实现平行作业。
1)铺设巷帮金属网。相邻金属网搭接100~150mm并联网。在巷帮与顶板的交界处,巷帮金属网须与顶板上的金属网相联结;
2)钻巷帮锚杆孔。巷帮锚杆孔均垂直煤帮施工,孔深1750mm,孔径28mm,孔深允差±30mm;
3)巷帮锚杆搅拌工艺同顶板锚杆。
6 支护材料
6.1 树脂锚杆
树脂锚杆是由杆体、树脂锚固剂、托板及螺母组成。
杆体:材料选用20SiMn,杆体尾部螺纹采用滚丝工艺加工,其承载力应不小于杆体破断载荷的90%,杆体前端加工成“一”字形。
螺母 :采用能够实现快速安装的扭距螺母。螺母螺纹的承载力应大于锚杆杆体尾部螺纹承载力。顶板锚杆螺母的开启扭矩不低于120Nm,巷帮锚杆螺母的开启扭矩不低于90Nm。
树脂锚固剂:根据锚杆杆体直径、钻孔直径及药卷直径“三径”匹配要求,树脂锚固剂直径应比钻孔直径小4~6mm,由于钻头直径为28mm,所以设计时选用直径为23mm的中速树脂锚固剂。
此外,选用的锚杆杆体、螺母、托板须附有淮南矿务局检测中心出具的性能检测报告和生产厂家提供的产品合格证,树脂锚固剂须附有生产厂家提供的产品合格证。6.2 锚索
锚索采用高强度低松驰予应力钢绞线制作,钢绞线和锚具应选用大型正规钢丝、锚具专业生产厂生产的产品,购置和采用的钢绞线必须附合BG/T5224—1995标准,或附合ASTMA416标准,必须附有具有法定检验资质的单位提供的钢绞线性能检测报告,必须附有生产厂家提供的产品合格证。锚具建议选用柳州海威姆公司生产的产品。钢绞线采用直径18mm、强度级别1860MPa。
7 巷道矿压观测
7.1 观测目的、项目及观测仪器
观测目的:
1)掌握14138工作面高抽巷锚梁网支护的矿压显现规律;
2) 检验14138工作面高抽巷锚梁网支护的实际效果;
3)为张集矿类似条件巷道选择合理的锚梁网支护方式与支护参数提供实测依据。
观测项目:
1) 巷道顶底板及两帮移近量;
2) 锚索载荷;
3)锚杆载荷;
4)顶板离层.
观测仪器:
1)锚杆载荷:采用锚杆测力计观测;
2)锚索载荷:采用锚索测力计观测;
3)巷道顶底板及两帮移近量:采用钢卷尺观测
4)巷道顶板离层:采用两点式离层仪观测。
5)锚固力测试:用ML-20型锚杆拉力计做拉拔试验时检测。
7.2观测站布置
1)顶板离层:无构造带区域,巷道每掘进100~150m设置1个测点;构造带区域,巷道每掘进80~100m设置1个测点。
2)巷道顶底板及两帮移近量:同顶板岩层离层测站同步设置。
3)锚杆工作载荷共设2个观测站,第一测站距锚网支护起始位置100m左右设置;第二测站距第一测站间距500~600m左右,每个测站设6个顶板锚杆载荷测点、两帮各设4个帮部锚杆载荷测点。











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