1024切眼支护设计说明书资料.docx

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1024切眼支护设计说明书资料

淮北矿业股份有限公司袁店一井煤矿

1024切眼支护设计说明书

编制单位：

编制：

审核：

技术科长：

掘进副总：

总工程师：

接到通知时间2014年6月10日

提交时间2014年6月25日

1024工作面切眼支护设计

1、工作面概况

1、1024工作面东为-470m水平大巷保护煤柱，南为DF14断层保护煤柱，西靠近F4断层保护煤柱与106采区相邻，北为1023工作面（已回采）。

2、施工工艺采取综掘机破煤掘进配合后运皮带运输方式。

综掘机型号：

三一EBZ200；皮带机型号：

DSJ100/75/2×55；采用单班正规循环作业,中班、夜班各2个正规循环，早班1个正规循环。

2、地质条件

1、煤层情况：

煤层赋存较稳定，煤层厚度4.0-4.6m，平均4.5m。

煤岩层倾角较缓3-10°，总体倾角7°左右。

煤层结构简单。

2、顶底板岩性：

顶板：

10煤层直接顶板主要为泥岩，厚度0.28~1.13m。

老顶一般以砂岩为主，厚度3.44~16.65m。

底板：

10煤层直接底板为粉砂岩，含炭质，厚0~1.3m左右。

老底为粉细砂岩，厚度1.1~14.02m，

3、断层：

本工作面地质构造简单,地层为单斜构造，地层走向104~180°，倾向NE,倾角3°~10°。

根据三维地震资料和1023机巷实际揭露情况掘进施工中受11条断层影响（见下表），其中DF14∠60°~65°H=5~20m断层与DF14-4∠60°~65°H=0~10m断层落差较大，预计派生小断层发育，对生产影响较大。

4、围岩类别：

10煤顶板属于Ⅲ类围岩，中等稳定，预计巷道顶板移近率为10％-20％，支护型式可选择刚性锚杆。

附：

煤岩层综合柱状图

三、锚杆支护设计原则和参数选择

1、锚杆支护设计原则

1024切眼老塘矩形断面掘进，净宽（腰线）×净高=4500×3200mm，刷大侧净宽（腰线）×净高=4000×3200mm。

针对袁店煤矿深部高地应力大变形巷道条件，充分发挥锚杆支护的作用，确定设计原则如下：

（1）、一次支护原则

锚杆支护应尽量一次支护就能有效控制围岩变形，避免二次或多次支护。

（2）、高预应力和预应力扩散原则

预应力是锚杆支护的关键因素，是区别锚杆支护是主动支护还是被动支护的参数，只有高预应力的锚杆才是真正的主动支护，才能充分发挥锚杆支护作用。

（3）、“三高一低”原则

即高强度、高刚度、高可靠性与低支护密度原则。

保证支护系统可靠，降低支护密度，减少单位面积锚杆数量，提高掘进速度。

（4）、临界支护强度与刚度原则

锚杆支护系统存在临界支护强度与刚度,如果支护强度与刚度低于临界值，巷道将长期处于不稳定状态，围岩变形与破坏得不到有效控制。

因此，设计锚杆支护系统强度与刚度应大于临界值。

（5）、相互匹配原则

锚杆个构件，包括托盘、螺母、钢带等的参数与力学性能应互相匹配，最大限度地发挥锚杆支护的整体支护作用。

（6）、可操作性原则

锚杆支护设计应具有可操作性，有利于井下施工管理和掘进速度的提高。

（7）、动态支护原则。

合理选取支护参数并在支护的同时进行监测工作,及时对数据进行分析处理,及时观察分析地质条件的变化，以保证地质条件变化时能选择经济合理的支护参数来控制围岩变形,保证巷道的稳定；

2、锚杆支护参数

（1）锚杆长度

锚杆长度应保证锚固区内形成一个稳定的承载结构，具有足够的承载能力，不至于出现明显的离层、结构面滑动和裂隙张开等扩容变形，导致围岩松散、垮落。

锚杆长度的选择应与锚杆预应力、直径、强度相匹配，形成有效的支护系统，实现良好的支护效果。

锚杆长度的选择应满足井下施工的要求。

帮锚杆长度L锚杆用下式表示：

L锚杆=（L1+L2）/sina+L3

式中：

L1为锚杆有效长度；

L2为锚杆锚固段长度，取1000mm；

a为锚杆与岩面夹角，取75°；

L3为锚杆外露长度，取100mm。

锚杆有效长度的确定L1：

①当直接顶需要悬吊而它们的范围易于划定时，L1应大于或等于它们的厚度。

直接顶平均厚度为800mm，L1取1000mm。

②当巷道围岩存在松动破碎带时，L1应大于巷道围岩松动破碎区高度h；h=L/2f

L为巷道跨度，取4500mm；f为围岩坚硬系数，取3，h=750mm；L1取1000mm。

L1取最大值，即L1取1000mm

经计算，L锚杆=2174mm，帮锚杆取2400mm，顶锚杆取2800mm。

（2）锚杆直径

锚杆直径和钻孔直径之差应控制在4～10mm之间，尤其以6～8mm为最佳。

锚杆直径对巷道围岩有明显的影响，随着锚杆直径增大，围岩变形量逐渐减小，对变形量较大的巷道这种影响更为明显。

对于围岩破碎、应力较大的巷道，应选用直径大的锚杆；相反对于顶板比较完整、变形量较小的巷道宜选用直径较小的锚杆。

G=KrL1D2

式中：

G为锚杆悬吊岩石重量，t/根；

k为安全系数，取2.5；

r为软弱岩层密度，取28KN/m3；

L1为锚杆有效长度，取2200mm；

D为锚杆间距，取850mm；

经计算，G=9.86t/根，超过规定锚固力8t/根。

屈服强度计算：

根据公式：

P1=πd2δ1/4

式中：

P1为锚杆屈服强度，t/根；

d为锚杆直径，取20mm；

δ1为20锰硅螺纹钢屈服强度，取34kg/mm2；

经计算，P1=10.676t/根，实际现场不应大于锚杆屈服强度的90%，即9.61t/根，因G=9.86>9.61t/根,所以直径为20mm锰硅螺纹钢锚杆不符合要求。

抗拉强度计算：

根据公式：

P2=πd2δ2/4

式中：

P2为锚杆抗拉强度，t/根；

d为锚杆直径，取20mm；

δ2为20锰硅螺纹钢抗拉强度，取52kg/mm2；

经计算，P2=16.328t/根

锚杆悬吊岩石重量小于锚杆的屈服强度和抗拉强度，锚杆直径选择合理。

（3）锚杆间距

根据悬吊理论，锚杆的锚固力应不小于锚杆悬吊范围内危岩的重量。

D=［Q/（k×h×r）］1/2

=1.07m

式中：

Q为锚固力，取80KN；

r为软弱岩层密度，取28KN/m3；

k为安全系数，取2.5；

h为软弱岩层厚度，取1000mm；

根据经验公式：

D＜L/2

D＜2400/2=1200mm

考虑到所使用M型钢带的规格，锚杆间距均取800mm。

（4）钻孔

钻孔直径的选取主要考虑与锚杆直径的配合及钻孔效率。

孔径差越大，锚固剂环形厚度越大，锚固剂长度越小。

过大的孔径差会引起以下问题：

①锚杆不能有效搅拌锚固剂，导致锚固剂搅拌不均匀，反应不充分，严重影响锚固力。

②锚固剂环形厚度过大，不利于锚固力的提高，当环形厚度在3～4mm时，粘结力最强，锚杆锚固力最大，随着环形厚度的增大，锚固力反而显著降低。

③在锚固剂长度相同的情况下，孔径差越大，锚固长度越小。

④钻孔直径过大，会导致钻孔钻进速度慢、时间长，影响支护速度。

（5）锚固长度

锚固长度主要分为端部锚固、加长锚固和全长锚固。

端部锚固：

锚杆长度小于500mm或小于钻孔长度的1/4；

全长锚固：

锚杆锚杆长度不小于钻孔长度的90%；

加长锚固：

锚杆锚杆长度介于端锚和全长锚固之间。

袁店煤矿巷道施工中每根锚杆均采用2支Z2550型树脂锚固剂，锚固长度均在1000mm左右。

3、掘进支护方案

（1）、煤壁侧半巷：

顶板支护采用Φ20×2800mm金属锚杆配合钢带及10#菱形铁丝网支护，锚杆间排距800×800mm；帮部采用全螺纹玻璃钢锚杆配合皮带梁及矿用高强护帮塑网支护，间排距800×800mm。

巷道顶板布置两根Φ17.8×8300mm锚索，配合钢带替换左数第二、四根锚杆使用。

（2）、挑棚加固

挑棚沿切眼中心线偏左550mm、偏右250mm、距煤壁侧150mm、距老唐侧150mm布置4排单体挑棚。

挑棚采用绞接梁作梁，一梁一柱连续布置，柱采用DWX45/110单体，单体间排距800×1000mm。

煤机安装硐室门口打一排单体，排距1000mm。

单体紧跟综掘机打设，滞后不得超过20m。

（3）、支护材料及规格

①、切眼顶板锚杆规格：

Φ20×2800mm等强树脂锚杆，左帮全螺纹玻璃钢锚杆规格：

Φ20×2400mm，圆形托盘Φ120mm，每根锚杆用1根Z2550树脂锚固剂。

②、M刚带规格:

3400×180mm,垂直巷道顶底板布置。

③、网片规格：

巷道顶部采用10#铁丝网，帮部采用高强护帮塑网，网片压茬100mm，每隔200mm用14#铁丝双股绑扎牢固。

④、锚索配合钢带支护，锚索规格：

YMS17.8×8300mm型，托盘200×200×10mm，锁具配套，每根锚索使用1根K2550及2根Z2550树脂锚固剂。

4、异常地段支护方案

（1）在断层破碎带附近及遇到顶板淋水等地质构造情况，使用U29型钢梯形棚支护参数

采用U29型钢梯形棚支架，搭接长度500mm，每个搭接处使用2副卡缆，压力较大地段使用3副卡缆；棚距750mm，棚腿扎角78°；采用带挂钩钢筋网笆配合竹笆片及铁背板腰帮过顶，壁后采用半圆木或编织袋装煤矸与帮顶接实，U型棚架设时棚与棚之间使用连接板与下限位卡缆相连接。

5、矿压观测

（1）锚杆支护巷道均要开展顶板岩性探查和支护效果监测工作，并按规定配齐、设置各类监测仪器（表）和工具。

所有锚杆（索）必须实行编号管理，责任到人，以便于事故追查和责任追究。

顶板岩性探查手段：

通过锚杆眼钻进速度和排粉情况判定。

探查内容：

岩性变化、煤线及含水情况。

无锚索支护巷道，每10m打一探查孔，探查孔深度不小于设计锚杆长度的1.5倍。

监测内容：

初锚扭矩、锚拔力、锚杆受力、顶板离层和围岩变形参数。

监测器具：

扭矩扳手、锚杆拉力计、锚杆测力计（液压枕）、顶板离层指示仪、测尺或测杆等。

（2）建立健全监测制度,认真落实班组自检、区队日检、矿井抽检制度。

（3）班组自检内容要求：

初锚扭矩、锚固剂用量、顶板探查孔眼深及岩性等。

班长负责安排业务熟悉人员对当班安装的锚杆逐根检测，不足的必须及时加扭，确保符合要求。

（4）区队日检内容要求：

初锚扭矩、锚拔力、锚杆测力计（液压枕）、顶板离层和围岩变形量等。

区长负责指定业务熟悉人员对当天施工的锚杆进行抽测，初锚扭矩抽测不少于30%，锚拔力抽测一组（顶1根、两帮各1根），技术员负责组织每日对煤锚巷道已有锚杆测力计（液压枕）、顶板离层指示仪及围岩变形量进行观测。

（5）矿井抽检内容要求：

初锚扭矩、锚拔力、锚杆测力计（液压枕）、顶板离层和围岩变形量等。

技术科监测组负责对全矿当月施工的所有煤锚巷道的监测工作，每30m抽测初锚扭矩3排、锚拔力1组（顶1根、两帮各1根）。

观测煤锚巷道已有锚杆测力计（液压枕）、顶板离层指示仪、围岩变形量情况。

（6）认真填写监测记录，监测数据（初锚扭矩、锚拔力、锚杆受力、顶板离层、围岩变形）齐全、真实、可靠，严禁弄虚作假。

小班自检必须有当班班长或区队跟班干部签字，区队日检必须有区队长签字，矿井抽检必须由抽检人员签字。

顶板探查情况及监测发现的问题应记录清楚。

初锚扭矩、锚拔力合格率100%，不符合要求的要分析原因，采取措施（如补打锚杆、二次紧固、架棚补强支护等）及时处理，以达到规定要求。

（7）区队技术员每天将班组自检、区队日检资料收集整理后，报矿技术科，由掘进副总组织技术科对所有监测资料的收集、整理、存档，监测数据的分析处理及信息反馈，支护效果评判，修改完善或改变支护设计，制定切实可行的技术安全措施等，并经矿总工程师批准后执行。

（8）锚拔力测试必须有安全措施。

锚拔力测试一般不作破坏性试验，当拉拔加载至设计锚拔力的90%时即为合格。

拉拔过的锚杆要有明显标记，不得重复拉拔，测试锚杆应立即紧固。

（9）锚杆测力计（液压枕）、顶板离层指示仪、围岩变形量观测点的设置应根据巷道围岩条件、巷道断面、矿压大小等因素确定。

一般30～50m设一组测点，软岩巷道、顶板破碎地带、高地应力等地段必须加密测点，掘进初期和回采影响期间应加强监测。

（10）顶板离层监测及两帮、顶底板移近量观测

1）顶板离层指示仪在巷道中心及顶部两条M4型钢带中间安装。

2）顶板离层指示仪在钻孔中安装要求如下：

①顶部点深度不低于9米；

②中部点深度不低于3米；

③底部与钻孔下端相连；

④钻孔施工严格执行掘进作业规程规定。

3）施工单位负责监测，定期向矿安全技术部门汇报顶板离层情况和两帮移近量，并挂牌留名，记录每日深、浅部离层情况，发现顶板离层量超过120毫米时，必须及时组织撤人，并汇报调度室。

（11）锚杆锚固力监测

1）安装拉力计时，其作用线应与锚杆同心。

2）匀速加载、缓慢拉拔至设计吨位即停止，一般不作破坏性实验。

3）拉力计应固定牢靠，并有安全保护措施。

4）拉力计参数的换算：

F=S·PF为锚固力S为活塞面积P为压力表压强示值

1MPa≈0.345t。

5）锚杆初锚力矩的设计规定：

①顶部锚杆初锚力矩煤巷顶板不低于300N·m，.

②帮部锚杆初锚力矩不低于200N·m.

6）锚杆锚固力的设计规定：

①顶部锚杆锚固力煤巷顶板不低于80KN；岩巷不低于80KN。

②帮部锚杆锚固力不低于60KN。

③锚索锚固力不低于200KN。

7）树脂锚杆应在安装28天后测定，若在施工半小时后测定，应将测定值乘以1.3的系数。

若锚固力达不到设计要求，应及时查找原因进行改正，直至符合设计要求。

8）将测定的数值挂牌留名，并做好原始记录。

9）顶板下沉量范围数值安全≤30mm、警示≤60mm、危险≥60mm

10）通过围岩与支护的总变形量和变形速度，得出支护稳定性评价，无动压影响或其他特殊因素影响的情况下，围岩变形速度应日趋平缓，即达到稳定支护。

巷道水平收敛量速度小于0.15mm/d、垂直收敛速度小于0.10mm/d时视为稳定支护，当巷道围岩收敛速度大于0.2mm/d，且延续时间较长时，应采取补强支护措施。

2、成巷维护

（1）施工单位必须建立严格的成巷维护管理制度，每班有专人负责后路观察，发现异常情况及时处理，严格执行安全确认制度，具体由队长负责。

（2）施工单位必须对在籍巷道进行维护。

（3）按照巷道原断面规格、支护设计对巷道变形进行整改维护。

（4）维护巷道时，必须保护好作业地点的管线、设备、设施等，以免被损坏而影响生产。

附图：

1、1024切眼断面