14138工作麵高抽巷錨梁網支護設計

張集礦（北區）14138工作麵高抽巷錨梁網支護設計

淮南礦業集團張集煤礦
安徽省煤炭科學研究院

2010年1月

目 錄
1巷道的地質采礦條件及支護設計要求
2 巷道支護技術對策
3 14138工作麵高抽巷錨梁網支護技術方案
4 14138工作麵高抽巷錨梁網支護數值03manbetx 計算
5 14138工作麵高抽巷掘支工藝
6 支護材料
7 巷道礦壓觀測

1.2 巷道支護設計要求
巷道層位：巷道沿9-2煤層掘進（注：若9-2煤頂板為泥岩，則應破泥岩頂施工）；
巷道斷麵：寬×中高=4.8×3.2 =15.36m2；
掘進方法：綜掘；
支護方法：錨梁網支護；
服務期限：1年左右。
2 巷道支護技術對策
1）由於14138工作麵高抽巷外段與裏段頂板岩性相變較大，因此應根據頂板岩性結構分區段確定14138工作麵高抽巷錨梁網支護參數；
2）錨杆與錨索均應采用組合支護。其目的，一是為了增大錨杆和錨索的護表麵積，減輕單體錨杆和錨索因與圍岩局部接觸產生的點載荷作用而造成圍岩擠壓破壞，二是為了提高頂板支護的整體性，從而有利於維護頂板的完整；
3）對於砂岩頂板，頂板支護以錨杆支護為主，以錨索補強為輔；
4）對於砂泥岩互層頂板、破碎頂板及巷幫鑽場拔門口，則應強化錨索支護作用，以防止頂板出現漏冒頂02manbetx.com 。
3 14138高抽巷錨梁網支護技術方案
根據巷道的地質采礦條件，采用離散單元數值計算軟件UDEC3.1進行多方案比較，並結合工程類比，確定14138高抽巷錨梁網支護技術方案。
3.1 頂板支護
頂板支護結構包括3部分：
第一部分由錨杆和M3鋼帶組成。
M3鋼帶安裝在巷道中部，每根M3鋼帶上安裝6根錨杆，巷道中部4根錨杆穿過M3鋼帶垂直錨入巷道頂板，巷道頂板兩側肩窩錨杆則與頂板成600夾角布置，頂板錨杆規格：Φ20×2500mm，頂板錨杆間排距：860×900mm。
第二部分由12#槽鋼和錨索組成。
對於泥岩及斷層破碎帶頂板區段：錨索布置采用“2-0”布置，即每2排布置1組槽鋼組合錨索。
對於砂質泥岩直接頂區段：錨索布置采用“2-0-0-0”布置，即每4排布置1組槽鋼組合錨索。
對於砂岩老頂直覆區段：錨索布置采用“1-0-0-0”布置，即每4排布置1根點錨索。
第三部分是12#金屬網。
金屬網緊貼頂板鋪設，並沿縱向搭接，搭接長度100～150mm。搭接處除用細鐵絲紮結外，必須用鋼帶壓茬。
3.2 巷幫支護
巷幫支護包括2部分：
第一部分由金屬托板和錨杆組成。
對於幫部為砂質泥岩、泥岩及煤厚超過一米區段：巷道兩幫均布置4根點錨杆，上下排相鄰錨杆呈交錯布置，巷幫錨杆規格：Φ18×1800mm，巷幫錨杆間排距：850×900mm。
對於幫部為砂岩區段：巷道兩幫均布置3根點錨杆，上下排相鄰錨杆呈交錯布置，巷幫錨杆規格：Φ18×1800mm，巷幫錨杆間排距：1000×900mm。
第二部分是12#金屬網。
金屬網沿煤幫豎直鋪設，並沿縱向搭接，搭接處用鐵絲紮牢，並用鋼帶壓茬。
在地質構造異常帶區域應調整錨梁網支護參數或者采用架棚支護，若采用錨梁網支護，錨索應采用“2-2”布置。
14138工作麵高抽巷及巷幫鑽場錨梁網支護設計見附圖所示。
3.3 14138工作麵高抽巷錨梁網支護主要技術參數
巷道斷麵：寬×中高=4.8×3.2=15.36m2；
頂板錨杆間排距：860×900mm；
錨索布置方式:
“1-0-0-0”布置（砂岩老頂直覆區段）；
“2-0-0-0”布置（砂質泥岩直接頂區段）；
“2-0”布置（泥岩及斷層破碎頂板區段）；
巷幫錨杆間排距：
850×900mm（幫部為砂質泥岩、泥岩及煤厚超過一米區段）；
1000×900mm（幫部為砂岩區段）；
頂板錨杆：Φ20×2500mm ；
巷幫錨杆：Φ18×1800mm；
錨索：Φ18×5300mm；
槽鋼：12#（2.0m）；
頂板鋼帶：M5（4.6m）；
金屬網：12#鍍鋅鐵絲機械編製，網孔〈50×50mm；
錨索安裝預緊力：≮90KN；
頂板錨杆安裝預緊力矩：≮180Nm；
巷幫錨杆安裝預緊力矩：≮180Nm；
錨索安裝深度：5000mm；
錨索錨固長度：1800mm；
頂板錨杆安裝深度：2450mm；
幫錨杆安裝深度：1750mm；
頂錨杆錨固長度：≮1000mm；
幫錨杆錨固長度：≮600mm；
錨杆錨固力：≮120KN(頂板)，≮90KN（巷幫）；
錨索錨固力：≮250KN；
錨杆（錨索）鑽孔直徑：Φ28mm；
錨索錨固劑：每孔3支Z2360；
頂板錨杆錨固劑：每孔2支Z2360；
巷幫錨杆錨固劑：每孔1支Z2360。
4 14138高抽巷錨梁網支護數值03manbetx 計算
4.1 計算軟件的選取
本次模擬采用美國Itasca Consulting Group Inc.開發的UDEC3.1（Universal Distinct Element Code 3.1）進行計算。斷裂、滑移引起開挖空間周圍岩體破壞是用離散元程序03manbetx 研究的實例之一。該法放棄了連續介質的假設，每個單元塊體可以根據各自所受的力而運動，甚至允許脫離母體而自由下落，避開了連續介質的假設，克服了隻能給出煤岩破壞前的應力和位移的缺陷，因而采用離散單元法對煤岩體進行數值計算是合適的。
4.2 計算模型的建立
計算模型采用矩形進行計算，整個模型寬200m，高150m。根據研究對象03manbetx 可知，把巷道沿長度方向視為可伸縮的平麵應變模型。圖3為數值計算模型圖，由圖2可以看出，14138工作麵高抽巷左側邊界寬度100m，100～104.8m為14138工作麵高抽巷

寬度，104.8～200m為14138工作麵右側邊界寬度。為了能使模擬過程較真實地反映現場實際情況，對網格進行離散化，同時考慮到遠場效應，單元格在局部範圍內進行
了加密處理，模型兩側限製水平方向移動，模型底邊限製水平方向和垂直方向移動，模型上表麵為應力邊界，由於巷道埋深600m左右，因此模型上表麵施加的載荷設計為
12.5MPa，用以模擬上覆岩體的自重邊界。材料破壞遵循Mohr-Coulomb強度準則。圖3為數值計算模型網格圖。14138工作麵高抽巷寬4.8m，高3.2m，采用錨梁網支護，巷道頂板錨杆間排距860×900mm，頂板錨杆規格為：Φ20×2500mm；巷幫錨杆間排距850×900mm，巷幫錨杆規格為：Φ18×1800mm，砂岩頂板區段錨索采用“1－0－0－0”布置，砂質泥岩直接頂區段錨索采用“2－0－0－0”布置，錨索規格為：Φ18×5300mm。
4.3數值模擬計算分析
圖4和圖5分別為14138工作麵高抽巷砂質泥岩直接頂區段巷道頂板及底板圍岩位移量數值模擬分布曲線，圖6為14138工作麵高抽巷砂質泥岩直接頂區段數值模擬圍岩位移矢量分布。上述數值模擬結果表明，該巷道頂板最大下沉量為50mm，且隨深度的增加，位移量按“拋物線”型式衰減；巷道最大底鼓量為205mm，且巷道底板變形主要發生在巷道底板表麵向下5m範圍內，巷道底板5m以下圍岩變形穩定，巷道頂底板變形均控製在設計要求範圍內，說明該巷道錨梁網支護參數設計合理。

5 14138工作麵高抽巷掘支工藝
14138工作麵高抽巷沿9-2煤層頂板掘進，砂岩老頂直覆區段,巷道掘進最大空頂距≯2.0m，泥岩及砂質泥岩直接頂區段,巷道掘進最大空頂距≯1.1m，錨杆、錨索支護緊跟迎頭。具體工藝如下：
1）一次掘進設計排距，若頂板為完整砂岩，1次掘進1.8m，若頂板破碎或頂板為泥岩，則1次掘進0.9ｍ；
2）鋪設並聯接金屬網。金屬網搭茬100mm，搭茬處用鐵絲紮扣，紮扣間距200mm；
3）架設頂板M5鋼帶，並壓緊金屬網的搭茬頭,同時在鋼帶兩端支設臨時支柱，以此作為掘進時的臨時支護；
4）鑽頂板錨杆孔。鑽頭穿過鋼帶中的定位孔並按設計角度鑽進。孔深2450mm，孔徑28mm，孔深允許誤差50mm（+40mｍ，－10ｍｍ）；
5）安裝頂板錨杆。錨杆孔內安裝2支Z2360樹脂藥卷，攪拌樹脂藥卷30秒。攪拌結束後2分鍾，旋緊錨杆螺母，卸下鑽機；
6）鑽錨索孔。錨索孔深5000mm，孔徑28mm，孔深允許誤差±50mm，每個錨索孔內安裝3支Z2360樹脂藥卷，攪拌樹脂藥卷40秒。攪拌結束2分鍾，卸下鑽機。攪拌結束30分鍾後，安裝托板和錨具。張拉錨索，張拉預緊力不小於90KN。
在安裝頂板錨杆和錨索的同時，進行巷幫成形與支護，盡量縮短巷幫支護滯後時間和實現平行作業。
1）鋪設巷幫金屬網。相鄰金屬網搭接100～150mm並聯網。在巷幫與頂板的交界處，巷幫金屬網須與頂板上的金屬網相聯結；
2）鑽巷幫錨杆孔。巷幫錨杆孔均垂直煤幫施工，孔深1750mm，孔徑28mm，孔深允差±30mm；
3）巷幫錨杆攪拌工藝同頂板錨杆。
6 支護材料
6.1 樹脂錨杆
樹脂錨杆是由杆體、樹脂錨固劑、托板及螺母組成。
杆體：材料選用20SiMn，杆體尾部螺紋采用滾絲工藝加工，其承載力應不小於杆體破斷載荷的90%，杆體前端加工成“一”字形。
螺母 ：采用能夠實現快速安裝的扭距螺母。螺母螺紋的承載力應大於錨杆杆體尾部螺紋承載力。頂板錨杆螺母的開啟扭矩不低於120Nm，巷幫錨杆螺母的開啟扭矩不低於90Nm。
樹脂錨固劑：根據錨杆杆體直徑、鑽孔直徑及藥卷直徑“三徑”匹配要求，樹脂錨固劑直徑應比鑽孔直徑小4～6mm，由於鑽頭直徑為28mm，所以設計時選用直徑為23mm的中速樹脂錨固劑。
此外，選用的錨杆杆體、螺母、托板須附有淮南礦務局檢測中心出具的性能檢測報告和生產廠家提供的產品合格證，樹脂錨固劑須附有生產廠家提供的產品合格證。6.2 錨索
錨索采用高強度低鬆馳予應力鋼絞線製作，鋼絞線和錨具應選用大型正規鋼絲、錨具專業生產廠生產的產品，購置和采用的鋼絞線必須附合BG/T5224—1995標準，或附合ASTMA416標準，必須附有具有法定檢驗資質的單位提供的鋼絞線性能檢測報告，必須附有生產廠家提供的產品合格證。錨具建議選用柳州海威姆公司生產的產品。鋼絞線采用直徑18mm、強度級別1860MPa。
7 巷道礦壓觀測
7.1 觀測目的、項目及觀測儀器
觀測目的：
1）掌握14138工作麵高抽巷錨梁網支護的礦壓顯現規律；
2) 檢驗14138工作麵高抽巷錨梁網支護的實際效果；
3）為張集礦類似條件巷道選擇合理的錨梁網支護方式與支護參數提供實測依據。
觀測項目：
1) 巷道頂底板及兩幫移近量；
2) 錨索載荷；
3）錨杆載荷;
4）頂板離層.
觀測儀器：
1）錨杆載荷：采用錨杆測力計觀測；
2）錨索載荷：采用錨索測力計觀測；
3）巷道頂底板及兩幫移近量：采用鋼卷尺觀測
4）巷道頂板離層：采用兩點式離層儀觀測。
5）錨固力測試：用ML-20型錨杆拉力計做拉拔試驗時檢測。
7.2觀測站布置
1）頂板離層：無構造帶區域，巷道每掘進100～150m設置1個測點；構造帶區域，巷道每掘進80～100m設置1個測點。
2）巷道頂底板及兩幫移近量：同頂板岩層離層測站同步設置。
3）錨杆工作載荷共設2個觀測站，第一測站距錨網支護起始位置100m左右設置；第二測站距第一測站間距500～600m左右，每個測站設6個頂板錨杆載荷測點、兩幫各設4個幫部錨杆載荷測點。