三沟鑫都锚固设计821

0山西晋煤集团晋圣三沟鑫都煤业有限公司巷道支护方案研究太原理工大学矿业工程学院项目负责人杨双锁二〇一二年八月1目录1前言..............................................................................................................................22围岩地质力学条件分析..............................................................................................43支护方案设计..............................................................................................................73.1胶带、轨道大巷锚固支护方案及参数...........................................................73.1.1胶带、轨道大巷顶板支护参数确定......................................................73.1.2胶带、轨道大巷两帮支护参数确定......................................................93.2回风大巷锚固支护方案及参数.....................................................................123.2.1回风大巷顶板支护参数确定................................................................123.2.2回风大巷两帮支护参数确定................................................................133.3主平硐锚固支护方案及参数.........................................................................173.3.1主平硐初始基岩段支护方案................................................................173.3.2主平硐深部基岩段支护方案................................................................213.4顺槽锚固支护方案及参数.............................................................................253.4.1顺槽顶板支护参数确定........................................................................253.4.2顺槽两帮支护参数确定........................................................................263.5初采面开切眼锚固支护方案及参数.............................................................303.5.1开切眼顶板支护参数确定....................................................................303.2.2开切眼两帮支护参数确定....................................................................314质量保证及稳定性监测............................................................................................354.1锚固质量检测.................................................................................................354.2矿压观测.........................................................................................................354.3顶板岩性探测.................................................................................................355结束语........................................................................................................................3621前言从19世纪末期英国北威尔士露天页岩矿首次应用锚杆加固边坡起，锚杆支护方法便逐渐被广泛应用于水利、交通、矿山等岩土工程领域，锚杆支护技术不断得到改进和提高，锚杆支护理论也不断得到发展和完善。由于锚杆支护能够改变围岩的力学特性，获得良好的支护效果，带来传统支护方式无法比拟的技术经济效益，在国内外得到了快速发展及广泛的应用。我国于20世纪50年代初首先在煤炭、冶金系统的地下工程领域试验锚杆支护技术，以后逐渐发展到铁道、水电、军工等系统，取得了很大成就，并积累了丰富的经验。锚杆支护的大量应用，使人们在锚杆的结构性能、锚固方式、支护设计方法等各方面积累了大量的实践经验由于锚杆支护具有许多优越性，受到了国内外的普遍重视，并得到了快速发展和广泛应用，使之越来越成为占据主导地位的巷道围岩支护形式，尤其是在西方发达国家，普及应用率极高。但是，由于围岩条件复杂，有围岩稳定的Ⅰ、Ⅱ类巷道，也有围岩不稳定和极不稳定的Ⅳ、Ⅴ类巷道，尤其是回采巷道，不仅围岩的强度条件较差，还要受到采动的强烈影响，因此，围岩变形量和破裂范围往往都很大，且随着围岩各阶段变形、破坏的发生，锚固结构须具有相应的变形适应性并保持足够的承载能力以及对围岩变形的约束能力，以使围岩重新形成平衡状态，这给锚杆支护技术的推广应用造成了极大的困难。而且，现有锚杆支护理论存在一定的局限性，难以满足复杂条件下尤其是全煤及软岩条件下巷道围岩支护设计的要求。目前，人们认识到的锚杆作用机理主要有悬吊、楔固、组合梁、以及挤压加固等。前两种作用的实现有赖于锚杆有效长度范围内坚固稳定岩层的存在；第三种作用的实现须以连续性层状顶板为条件；而第四种功能，若运用传统锚杆支护方式，仅能在巷道为拱形断面的条件下才能得以较好发挥。回采巷道尤其是全煤巷道的围岩具有强度低、裂隙发育等内在不稳定因素，不具备锚杆组合梁的形成条件；在锚杆有效长度范围内往往没有稳固岩层，因此锚杆的悬吊作用难以充分发挥；受采煤工艺的影响全煤巷道多为矩形断面，传统3的挤压拱理论不再适用。全煤巷道的矩形断面特点还造成围岩应力分布处于对保持围岩稳定性极为不利的状态。平面状周边易因出现拉应力状态而断裂，尖锐的角部易因产生高度的应力集中而破碎，造成围岩破裂程度及破裂范围增加，从而加剧巷道维护的难度。可见现有较成熟的锚杆支护理论难以满足指导回采巷道尤其是全煤巷道锚杆支护设计的要求。因此，目前还没有普遍适用的锚固支护理论和设计方法，具体条件下巷道的锚固支护方案，必须进行专门的研究设计。42围岩地质力学条件分析根据《山西晋煤集团晋圣三沟鑫都煤业有限公司兼并重组整合矿井地质报告》，三沟鑫都煤业有限公司2#煤层及其顶、底板岩层主要特征如下：2号煤层在井田内稳定可采。2号煤层位于二叠系下统山西组中下部，厚度0.85～2.80m，平均厚1.83m，一般含0～1层泥岩矸石，矸石厚度一般为0.2m左右，呈细条带状结构，玻璃光泽，亮煤为主，镜煤次之，光亮型，煤层稳定，结构简单。其直接顶板为砂质泥岩、砂岩，厚约2.0m左右，属半坚硬级岩石，老顶为深灰色粉砂岩及砂岩，厚约10.0m左右，岩石坚硬，顶板岩石硬度系数f为2～4.2，一般不易冒落；底板为灰黑色或深灰色泥岩和粉砂岩，属软级至半坚硬级岩石。由于埋藏较浅，裂隙发育，整体性差（参见表2-1、图2-1、2-2、2-3）。综合分析认为，2#煤层顶板属于3类，中等稳定顶板。表2-12号煤层顶底板岩石物理特征层位岩石名称物理特征力学指标抗剪强度(MPa)抗拉强度(MPa)坚固程度比重容重（t/m3）含水量（%）抗压强度(MPa)干燥状态饱和状态2#煤顶砂质泥岩2.752.691.5846.7739.87.74半坚硬2#煤底泥岩2.752.621.0419.3210.22软弱图2-1顶板钻孔窥视截图5图2-2ZK2钻孔柱状岩性芯长采芯深厚描述m%mm28.7580.6788.007.70泥岩：深灰-黑灰色，致密，性脆，具砂质结构，局部含黄铁质，含植物碎片化石。3.3083.9791.003.00中粒砂岩：灰色，中厚层状，石英为主，含星点状白云母及少量炭屑，泥质胶结，具裂隙。1.6585.6267.001.10泥岩：灰黑色，性脆，致密，夹煤线，产植物化石。2.5588.1790.002.30粉砂岩：深灰色，具砂质结构，裂隙发育，岩芯破碎。4.2092.3781.003.40泥岩：灰黑色，性脆，致密，夹煤线，产植物化石。1.3893.75100.001.38砂质泥岩：黑灰色，致密，下部夹薄层泥岩，产植物化石。1.2094.9583.001.00煤：黑色，块状，光亮型、亮煤为主，内生裂隙发育。3.8798.8288.003.42泥岩：深灰色，致密，产植物根茎化石。4.82103.6493.004.50砂质泥岩：黑灰-深灰色，具粉砂质结构，产植物碎片化石。5.50109.1486.004.75中粒砂岩：灰色，中厚层状，石英为主，岩屑次之，分选中等，钙泥质胶结，具斜层理，夹薄层砂质泥岩。8.36117.5081.006.75细粒砂岩：灰色，中层状，石英为主，含白云母碎片，泥质胶结，具裂隙。#K7P1s6图2-3底层综合柱状图岩层厚度m岩性描述顶部有一层紫红色泥岩，具鲕状结核，俗称桃花泥岩。中部有一层灰绿色中粗粒砂岩，较稳定。下部为灰色粉砂岩及泥岩为主。中细粒砂岩：灰白色，石英为主，长石次之，层面含丰富的云母片及炭屑夹泥石包裹体。由灰白色中细粒砂岩、灰黑色粉砂岩、黑色泥岩、砂质泥岩及1-2层薄煤层组成。深灰色泥岩、砂质泥岩、粉砂岩夹菱铁质结核及煤层组成，2号煤层是本区稳定可采煤层。深灰色细粒砂岩，夹泥岩条带。10.737.28～18.401.20～2.802.003.152.56～3.620～0.800.570～0.475K6K72K873支护方案设计3.1胶带、轨道大巷锚固支护方案及参数胶带、轨道大巷：矩形断面，掘进断面4.7×2.9=13.63m2，净断面4.5×2.8=12.60m2。3.1.1胶带、轨道大巷顶板支护参数确定巷道支护形式：φ20左旋无筋螺纹钢锚杆+菱形金属网+φ15.24锚索+喷射混凝土。1）支护载荷顶板载荷高度：mfbkhhh28.10.327.49.22.023.0220式中，h——载荷高度，mΣh——表面破裂层厚度，mb——巷道跨度，mk——两帮支撑削弱系数，h0——巷道高度，m顶板载荷集度q：KPahq75.392728.1式中，γ——顶板容重，KN/m32）顶板锚杆间、排距顶板锚杆的间、排距为：mqKFa12.175.392100式中：F——锚杆锚固力K——安全系数83）顶