正邦煤業(yè)回風(fēng)順槽(沿頂板)錨桿支護(hù)初始設(shè)計

1、山西和順正邦煤業(yè)150106回風(fēng)順槽錨桿支護(hù)初始設(shè)計山西安煤礦業(yè)設(shè)計工程有限公司二0一二年十二月 山西和順正邦煤業(yè)150106回風(fēng)順槽錨桿支護(hù)初始設(shè)計設(shè)計執(zhí)筆人：趙建澤 高級工程師項目負(fù)責(zé)人：朱國宏 工程師項目組成員：李玉申 高級工程師 亢竑程 助理工程師 李曉宇 工程師審 核：郝艷彬 工程師李玉申 高級工程師摘 要 本設(shè)計是山西和順正邦煤業(yè)150106回風(fēng)順槽錨桿支護(hù)初始設(shè)計。采用動態(tài)信息支護(hù)設(shè)計法進(jìn)行錨桿支護(hù)設(shè)計，設(shè)計步驟包括試驗點(diǎn)調(diào)查、地質(zhì)力學(xué)評估、初始設(shè)計、綜合監(jiān)測、信息反饋、修正設(shè)計和日常監(jiān)測。在詳細(xì)調(diào)查試驗地點(diǎn)和評估地質(zhì)力學(xué)參數(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合豐富的設(shè)計經(jīng)驗，提出初始設(shè)計。它包括支護(hù)

2、形式和參數(shù)，支護(hù)材料，井下施工工藝和安全措施，礦壓監(jiān)測等內(nèi)容。該設(shè)計實(shí)施于井下后，還應(yīng)得到礦壓監(jiān)測的驗證或修改。關(guān)鍵詞：正邦煤業(yè) 150106回風(fēng)順槽 錨桿支護(hù) 動態(tài)信息設(shè)計 目 錄摘要前言1 錨桿支護(hù)設(shè)計方法介紹2 試驗點(diǎn)調(diào)查和地質(zhì)力學(xué)評估3 巷道支護(hù)形式和參數(shù)選擇原則4 150106回風(fēng)順槽錨桿支護(hù)初始設(shè)計5 錨桿支護(hù)材料6 井下施工工藝和安全措施7 礦壓監(jiān)測8 信息反饋和修正初始設(shè)計 山西和順正邦煤業(yè)150106回風(fēng)順槽錨桿支護(hù)初始設(shè)計前 言巷道支護(hù)技術(shù)是煤炭開采中的一項關(guān)鍵技術(shù)。安全、合理、有效的巷道支護(hù)是保證礦井高產(chǎn)高效的必要條件。近年來，煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)發(fā)展極為迅速。由于這種支護(hù)方

3、式具有支護(hù)效果好、成本低等諸多特點(diǎn)，它的廣泛采用給煤礦企業(yè)帶來巨大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。錨桿支護(hù)已經(jīng)成為巷道支護(hù)的一個主要發(fā)展方向。公司多年來也一直致力于錨桿支護(hù)技術(shù)的研究、試驗和推廣工作。在巷道圍巖地質(zhì)力學(xué)測試、錨桿支護(hù)設(shè)計、施工工藝、礦壓監(jiān)測方面都有良好的基礎(chǔ)，廣大工程技術(shù)人員具有比較豐富的錨桿支護(hù)知識和經(jīng)驗。成功地解決了大斷面、圍巖松軟破碎、小煤柱、受地質(zhì)構(gòu)造和采動影響的大巷支護(hù)和加固難題，解決了綜采放頂煤開采中遇到的巷道支護(hù)難題，顯著擴(kuò)大了錨桿支護(hù)使用范圍和使用量，取得巨大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。正邦煤業(yè)公司礦井井田范圍東西最寬約2.1km，南北最長約3.5km，井田面積6.29km2，目

4、前礦井主采的15#煤層煤種為貧煤，煤層傾角6-10，為緩傾斜煤層。煤層地質(zhì)構(gòu)造簡單，厚度、層位穩(wěn)定。為保證礦井的安全生產(chǎn)，提高支護(hù)安全系數(shù)，并為今后的巷道布置、支護(hù)設(shè)計、巷道維護(hù)等提供基礎(chǔ)參數(shù)，正邦煤業(yè)公司與山西安煤礦業(yè)設(shè)計工程有限公司合作進(jìn)行研究和試驗，以解決礦井的支護(hù)問題。以下是正邦煤業(yè)公司軌道大巷錨桿支護(hù)初始設(shè)計。它包括地質(zhì)力學(xué)調(diào)查，支護(hù)形式和參數(shù)設(shè)計，支護(hù)材料選擇，井下施工工藝和安全措施，礦壓監(jiān)測等內(nèi)容。該設(shè)計實(shí)施于井下后，還應(yīng)進(jìn)行礦壓監(jiān)測，以驗證或修改本設(shè)計，保證巷道安全。1 錨桿支護(hù)設(shè)計方法介紹現(xiàn)有的錨桿支護(hù)設(shè)計方法很多，如基于以往經(jīng)驗和圍巖分類的經(jīng)驗設(shè)計法，基于某種假說和解析計算

5、的理論設(shè)計法，以現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的監(jiān)控設(shè)計法。大量實(shí)踐經(jīng)驗證明，單獨(dú)采用任何一種方法都不符合巷道圍巖復(fù)雜性和多變性的特點(diǎn)，因而達(dá)不到理想的設(shè)計效果。只有采用包括試驗點(diǎn)調(diào)查和地質(zhì)力學(xué)評估、初始設(shè)計、井下監(jiān)測和信息反饋、修正設(shè)計和日常監(jiān)測的動態(tài)信息設(shè)計方法,才是符合井下巷道圍巖特性的科學(xué)的設(shè)計方法。其中試驗點(diǎn)調(diào)查包括圍巖強(qiáng)度、圍巖結(jié)構(gòu)、地應(yīng)力及錨固性能測試等內(nèi)容，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行地質(zhì)力學(xué)評估和圍巖分類，為初始設(shè)計提供可靠的參數(shù)。初始設(shè)計采用數(shù)值計算和經(jīng)驗法相結(jié)合的方法進(jìn)行，根據(jù)圍巖參數(shù)和已有實(shí)測數(shù)據(jù)確定出比較合理的初始設(shè)計。然后將初始設(shè)計實(shí)施于井下，并進(jìn)行詳細(xì)的圍巖位移和錨桿受力監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果

6、驗證或修正初始設(shè)計。正常施工后還要進(jìn)行日常監(jiān)測，保證巷道安全。本設(shè)計包括試驗點(diǎn)調(diào)查和地質(zhì)力學(xué)評估，錨桿支護(hù)初始設(shè)計，井下施工所需材料、設(shè)備和工藝，礦壓監(jiān)測和儀器等內(nèi)容。2 試驗點(diǎn)調(diào)查和地質(zhì)力學(xué)評估150106回風(fēng)順槽平面布置如圖1。150106回風(fēng)順槽開口沿12度下山掘進(jìn)找到15#煤層后沿15#煤層底板掘進(jìn)，為實(shí)體煤掘進(jìn)巷道。150106回風(fēng)順槽實(shí)際埋深約420m。 根據(jù)2011年初測定的地質(zhì)力學(xué)測試結(jié)果，在150103回風(fēng)順槽掘進(jìn)巷道布置的第一個鉆場，頂板以上02.7m為煤，黑色，半亮型，薄層狀，較破碎，局部有少量橫向裂隙。2.75.2m為砂質(zhì)泥巖，灰黑色，層狀，裂隙發(fā)育，有少量離層。5.2

7、12.5m為細(xì)砂巖，灰白色，離層與裂隙較多，局部破碎，間有泥巖夾層。12.522.4m為中、粗砂巖，深灰色，互層狀，少量離層，橫向裂隙發(fā)育。22.422.8m為煤，黑色，半亮型，較破碎。22.823m為泥巖，灰黑色，少量橫向裂隙?，F(xiàn)場觀測的地質(zhì)柱狀見圖3。地質(zhì)力學(xué)測試所測區(qū)域內(nèi)頂板10m范圍內(nèi)巖性砂巖為主，層間有少量泥巖夾層，直接頂板厚層狀，但膠結(jié)較為疏松，離層裂隙較多。頂板砂巖強(qiáng)度主要集中在3555mpa之間；煤體強(qiáng)度大部分集中在515mpa之間，煤層內(nèi)有裂隙，破碎嚴(yán)重，煤層直接底板巖性為砂質(zhì)泥巖。圖1 150106回風(fēng)順槽平面布置圖巖性厚度(m)累積厚度(m)巖 性 描 述泥巖0.223灰

8、黑色，泥質(zhì)膠結(jié)，少量橫向裂隙煤0.422.8黑色，半亮型，較破碎中粗砂巖9.922.4灰色，砂質(zhì)膠結(jié)，互層狀，少量離層，橫向裂隙發(fā)育細(xì)砂巖7.312.5灰白色，砂質(zhì)膠結(jié)，離層與裂隙較多，局部破碎，間有泥巖夾層砂質(zhì)泥巖2.55.2灰黑色，泥質(zhì)膠結(jié)，層狀，裂隙發(fā)育，有少量離層煤2.72.7黑色，半亮型，薄層狀，較破碎，局部有少量橫向裂隙圖2 綜合柱狀圖2.1 地質(zhì)構(gòu)造在正邦煤業(yè)井田范圍內(nèi)，沒有較大地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育，局部有小斷層。在巷道地質(zhì)條件變化附近時，應(yīng)隨時根據(jù)井下具體情況對支護(hù)設(shè)計進(jìn)行調(diào)整，必要時采取加固措施。2.2 水文地質(zhì)情況150106回風(fēng)順槽布置在150105運(yùn)輸順槽北側(cè)，頂部含水層未受到

9、破壞和疏放，所以工作面頂部含水層富水性相對較強(qiáng)，預(yù)計工作面掘進(jìn)時最大涌水量為10m3/h，正常涌水量為7m3/h。1、在掘進(jìn)過程中要提前做好排水準(zhǔn)備工作，完善排水系統(tǒng)，排水管路隨工作面及時延接，防止因工作面積水而影響掘進(jìn)工作。2、掘進(jìn)過程中必須嚴(yán)格執(zhí)行“有掘必探”的探放水原則。3、施工過程中要嚴(yán)格執(zhí)行對地質(zhì)構(gòu)造的“先探后掘”的探測制度，在探測時發(fā)現(xiàn)有水涌出時，嚴(yán)禁拔出鉆桿。2.3 地應(yīng)力2011年初對正邦煤業(yè)進(jìn)行了三個測點(diǎn)的地應(yīng)力測量，結(jié)果如表1所示。從量值上來劃分，正邦煤業(yè)應(yīng)力場量值屬于中等偏低應(yīng)力值區(qū)域。在數(shù)值上為hvh型，即最大水平主應(yīng)力大于垂直應(yīng)力，根據(jù)理論研究和數(shù)值模擬分析，在該類型

10、應(yīng)力場環(huán)境中，巷道最優(yōu)的布置方向為巷道軸線方向平行于最大主應(yīng)力方向，最大水平主應(yīng)力對巷道頂?shù)装宓挠绊懽饔么笥趯蓭偷挠绊憽＞嚯x150106回風(fēng)順槽最近的測點(diǎn)為軌道巷內(nèi)150103處測點(diǎn)，其最大水平主應(yīng)力方向分別為n3.6w ，150106回風(fēng)順槽的布置方向為n61e，與最大水平主應(yīng)力之間的銳角為64.6，受地應(yīng)力的影響較大，巷道頂板左側(cè)水平應(yīng)力集中，破壞相對嚴(yán)重。表1 正邦煤業(yè)地應(yīng)力測量結(jié)果序號測站位置埋深/m垂直主應(yīng)力/mpa最大水平主應(yīng)力/mpa最小水平主應(yīng)力/mpa最大水平主應(yīng)力方向1150103回風(fēng)順槽36211.4811.816.74n57.3e2軌道巷3809.8313.146.6

11、5n3.6w3軌道巷3857.6316.028.13n43.5e2.4 粘結(jié)強(qiáng)度測試采用錨桿拉拔計確定樹脂錨固劑的粘結(jié)強(qiáng)度。該測試工作必須在井下施工之前進(jìn)行完畢。測試應(yīng)采用施工中所用的錨桿和樹脂錨固劑，分別在巷道頂板和兩幫設(shè)計錨固深度上進(jìn)行三組拉拔試驗。粘結(jié)強(qiáng)度滿足設(shè)計要求后方可在井下施工中采用。3 巷道支護(hù)形式和參數(shù)選擇原則3.1 設(shè)計原則3.1.1 支護(hù)參數(shù)確定的原則(1) 一次支護(hù)原則。錨桿支護(hù)應(yīng)盡量一次支護(hù)就能有效控制圍巖變形，避免二次或多次支護(hù)。一方面，這是礦井實(shí)現(xiàn)高效、安全生產(chǎn)的要求，為采礦服務(wù)的巷道和硐室等工程，需要保持長期穩(wěn)定，不能經(jīng)常維修；另一方面，這是錨桿支護(hù)本身的作用原理

12、決定的。巷道圍巖一旦揭露立即進(jìn)行錨桿支護(hù)效果最佳，而在已發(fā)生離層、破壞的圍巖中安裝錨桿，支護(hù)效果會受到顯著影響。(2) 高預(yù)應(yīng)力和預(yù)應(yīng)力擴(kuò)散原則。預(yù)應(yīng)力是錨桿支護(hù)中的關(guān)鍵因素，是區(qū)別錨桿支護(hù)是被動支護(hù)還是主動支護(hù)的參數(shù)，只有高預(yù)應(yīng)力的錨桿支護(hù)才是真正的主動支護(hù)，才能充分發(fā)揮錨桿支護(hù)的作用。一方面，要采取有效措施給錨桿施加較大的預(yù)應(yīng)力；另一方面，通過托板、鋼帶等構(gòu)件實(shí)現(xiàn)錨桿預(yù)應(yīng)力的擴(kuò)散，擴(kuò)大預(yù)應(yīng)力的作用范圍，提高錨固體的整體剛度與完整性。(3) “三高一低”原則。即高強(qiáng)度、高剛度、高可靠性與低支護(hù)密度原則。在提高錨桿強(qiáng)度（如加大錨桿直徑或提高桿體材料的強(qiáng)度）、剛度（提高錨桿預(yù)應(yīng)力、加長或全長錨固

13、），保證支護(hù)系統(tǒng)可靠性的條件下，降低支護(hù)密度，減少單位面積上錨桿數(shù)量，提高掘進(jìn)速度。(4) 臨界支護(hù)強(qiáng)度與剛度原則。錨桿支護(hù)系統(tǒng)存在臨界支護(hù)強(qiáng)度與剛度，如果支護(hù)強(qiáng)度與剛度低于臨界值，巷道將長期處于不穩(wěn)定狀態(tài)，圍巖變形與破壞得不到有效控制。因此，設(shè)計錨桿支護(hù)系統(tǒng)的強(qiáng)度與剛度應(yīng)大于臨界值。(5) 相互匹配原則。錨桿各構(gòu)件，包括托板、螺母、鋼帶等的參數(shù)與力學(xué)性能應(yīng)相互匹配，錨桿與錨索的參數(shù)與力學(xué)性能應(yīng)相互匹配，以最大限度地發(fā)揮錨桿支護(hù)的整體支護(hù)作用。(6) 可操作性原則。提供的錨桿支護(hù)設(shè)計應(yīng)具有可操作性，有利于井下施工管理和掘進(jìn)速度的提高。(7) 在保證巷道支護(hù)效果和安全程度，技術(shù)上可行、施工上可操

14、作的條件下，做到經(jīng)濟(jì)合理，有利于降低巷道支護(hù)綜合成本。3.1.2 支護(hù)參數(shù)確定的依據(jù)(1) 臨近工作面類似巷道現(xiàn)有支護(hù)狀況和地質(zhì)條件；(2) 地質(zhì)資料以及地質(zhì)力學(xué)測試數(shù)據(jù)；(3) 現(xiàn)有科技成果和工程實(shí)踐經(jīng)驗。3.2錨桿支護(hù)參數(shù)選取 錨桿預(yù)應(yīng)力預(yù)應(yīng)力是錨桿支護(hù)系統(tǒng)的決定性參數(shù)。預(yù)應(yīng)力過低，導(dǎo)致錨桿支護(hù)產(chǎn)生的應(yīng)力值小，形成的壓應(yīng)力區(qū)范圍小，有效壓應(yīng)力區(qū)孤立分布，不能連成整體。在高預(yù)應(yīng)力下，錨桿支護(hù)產(chǎn)生的應(yīng)力場應(yīng)力值大，形成的壓應(yīng)力區(qū)范圍廣，有效壓應(yīng)力區(qū)幾乎覆蓋了整個頂板，形成有機(jī)的整體，錨桿的主動支護(hù)作用得到充分發(fā)揮。預(yù)應(yīng)力選擇原則是：使錨固區(qū)不產(chǎn)生明顯離層和拉應(yīng)力區(qū)。比較合理的錨桿預(yù)應(yīng)力取值范圍

15、應(yīng)達(dá)到桿體屈服強(qiáng)度的3050%。錨桿直徑越大，強(qiáng)度越高，則錨桿預(yù)應(yīng)力越大。錨桿預(yù)應(yīng)力與螺母擰緊力矩、接觸面形式、螺紋升角、螺距、螺紋加工精度、減摩墊片性能等因素有關(guān)。高預(yù)應(yīng)力支護(hù)系統(tǒng)對錨桿結(jié)構(gòu)、加工工藝與精度提出更高的要求。錨桿預(yù)應(yīng)力及預(yù)應(yīng)力的擴(kuò)散起著決定性作用（圖3）。根據(jù)巷道條件確定合理的預(yù)應(yīng)力，并使預(yù)應(yīng)力實(shí)現(xiàn)有效擴(kuò)散是支護(hù)設(shè)計的關(guān)鍵。單根錨桿預(yù)應(yīng)力的作用范圍是很有限的，必須通過托板、鋼帶和金屬網(wǎng)等構(gòu)件將錨桿預(yù)應(yīng)力擴(kuò)散到離錨桿更遠(yuǎn)的圍巖中。特別是對于巷道表面，即使施加很小的支護(hù)力，也會明顯抑制圍巖的變形與破壞，保持頂板的完整。護(hù)表構(gòu)件在預(yù)應(yīng)力支護(hù)系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用。a-預(yù)應(yīng)力20kn b-

16、預(yù)應(yīng)力100kn圖3 不同錨桿預(yù)應(yīng)力形成的應(yīng)力場分布 錨桿長度隨著錨桿長度增加，有效壓應(yīng)力區(qū)范圍與厚度增加，錨桿作用范圍擴(kuò)大。但錨桿長度中上部分的壓應(yīng)力減小；兩錨桿之間中部圍巖的壓應(yīng)力減小。在預(yù)應(yīng)力一定的條件下，錨桿越長，預(yù)應(yīng)力的作用越不明顯，主動支護(hù)性越差。因此，錨桿越長，施加的預(yù)應(yīng)力應(yīng)越大。反過來，通過提高預(yù)應(yīng)力，可適當(dāng)減小錨桿長度。錨桿長度分別為1.62.6m的應(yīng)力場分布如圖47。圖4 錨桿長度1.6m的應(yīng)力場分布 圖5 錨桿長度2.0m的應(yīng)力場分布圖6 錨桿長度2.4m的應(yīng)力場分布 圖7 錨桿長度2.6m的應(yīng)力場分布 錨桿密度在一定預(yù)應(yīng)力下，單根錨桿周圍形成了類似錐形的壓應(yīng)力分布區(qū)域，

17、壓應(yīng)力在錨桿尾部附近最大，錨固起始處附近次之，錨桿自由段中部較小，錨桿端部處于近零應(yīng)力和較小的拉應(yīng)力狀態(tài)。錨桿間距過大，單根錨桿形成的錐形壓應(yīng)力區(qū)域彼此是獨(dú)立的，不能形成整體支護(hù)結(jié)構(gòu)。隨著錨桿間距縮小，單根錨桿形成的錐形壓應(yīng)力區(qū)逐漸靠近、相互疊加，連成一體，形成整體支護(hù)結(jié)構(gòu)，當(dāng)錨桿增加到一定程度，再增加支護(hù)密度，對有效壓應(yīng)力區(qū)擴(kuò)大、錨桿預(yù)應(yīng)力的擴(kuò)散作用變得不明顯。通過提高錨桿的預(yù)應(yīng)力，可增加錨桿的間排距，明顯降低錨桿支護(hù)密度。不同錨桿間距的應(yīng)力場分布如圖811。圖8 4根錨桿(間距1.4m)的應(yīng)力場分布 圖9 5根錨桿(間距1.0m)的應(yīng)力場分布 圖10 6根錨桿(間距0.8m)的應(yīng)力場分布

18、圖11 8根錨桿(間距0.6m)的應(yīng)力場分布 錨桿角度頂板角錨桿的角度對應(yīng)力場分布有顯著影響（圖12）。垂直布置時，角錨桿與中部錨桿形成的有效壓應(yīng)力區(qū)相互連接與疊加，在頂板形成厚度較大、分布比較均勻的壓應(yīng)力區(qū)，覆蓋了錨固區(qū)的大多數(shù)面積，錨桿預(yù)應(yīng)力擴(kuò)散與疊加效果最好。隨著角錨桿角度增加，角錨桿形成的有效壓應(yīng)力區(qū)與中部錨桿形成的有效壓應(yīng)力區(qū)逐步分離，疊加區(qū)域越來越小。當(dāng)頂板角錨桿角度達(dá)到15，兩個壓應(yīng)力區(qū)明顯分離。繼續(xù)加大角錨桿角度，角錨桿與中部錨桿的壓應(yīng)力區(qū)分開的更遠(yuǎn)，成為彼此獨(dú)立的支護(hù)單元。因此，在近水平煤層巷道中，頂板角錨桿最好垂直布置。如考慮施工需要一定的角度，最大角度不應(yīng)超過10。上述錨

19、桿支護(hù)參數(shù)的分析同樣適用于錨索。錨索直徑越大、強(qiáng)度越高、長度越大，施加的預(yù)應(yīng)力應(yīng)越高。不考慮錨索的預(yù)應(yīng)力而一味增加錨索直徑、長度，不會取得明顯效果。高預(yù)應(yīng)力的短錨索支護(hù)效果比低預(yù)應(yīng)力的長錨索支護(hù)效果好。a-垂直布置 b-與垂線夾角10 c-與垂線夾角30圖12 不同錨桿角度的應(yīng)力場分布錨索的作用錨索的作用主要有兩方面：一是將錨桿支護(hù)形成的次生承載結(jié)構(gòu)與深部圍巖相連，提高次生承載結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，同時調(diào)動深部圍巖的承載能力，使更大范圍內(nèi)的巖體共同承載；二是錨索施加較大預(yù)緊力，提供有效壓應(yīng)力（圖13a），與錨桿形成的壓應(yīng)力區(qū)形成骨架網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（圖13b），保持圍巖完整性，減小圍巖強(qiáng)度降低。a-錨索支護(hù)

20、b-錨桿與錨索支護(hù)圖13 錨索、錨桿與錨索預(yù)應(yīng)力形成的應(yīng)力場分布4 150106回風(fēng)順槽錨桿支護(hù)初始設(shè)計4.1 巷道支護(hù)斷面設(shè)計結(jié)合150106回風(fēng)順槽的生產(chǎn)使用要求以及巷道圍巖變形預(yù)留量，設(shè)計巷道斷面尺寸如下：斷面呈矩形，掘進(jìn)寬4m，高2.8m，掘進(jìn)斷面積為11.2m2，沿煤層地板掘進(jìn)。4.2 支護(hù)設(shè)計方案經(jīng)數(shù)值模擬分析，確定150106回風(fēng)順槽采用錨桿錨索組合支護(hù)方案。(1) 頂板支護(hù)錨桿形式和規(guī)格：桿體為22#左旋無縱筋螺紋鋼筋，鋼材為335#錨桿專用鋼，長度2.4m，桿尾螺紋為m24。 錨固方式：樹脂加長錨固，采用兩支樹脂錨固劑，一支規(guī)格為ck2360。鉆孔直徑為30mm，錨固長度為1

21、208mm，設(shè)計錨固力為126kn。 鋼筋托梁規(guī)格：采用f12mm的鋼筋焊接而成，寬度80mm，長度4000mm。 托板：采用拱型高強(qiáng)度托板，鋼號不低于q235，配合球形墊和減阻尼龍墊圈，托板高度要求不低于36mm，托板厚度不小于8mm，尺寸為150150mm。錨桿角度：全部垂直頂板打設(shè)。網(wǎng)片規(guī)格：采用金屬網(wǎng)護(hù)頂，網(wǎng)孔規(guī)格5050mm，網(wǎng)片規(guī)格54001200mm，網(wǎng)間搭接100mm，要求雙邊孔孔相聯(lián)。錨桿布置：錨桿排距1000mm，每排5根錨桿，間距760mm。 錨桿扭矩：利用扭矩倍增器擰緊螺母，擰緊力矩應(yīng)達(dá)到300n.m，但禁止超過500 n.m。錨索形式和規(guī)格：錨索材料為f18.9mm，

22、17股高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，長度5300mm，鉆孔直徑28mm，采用三支ck2360樹脂錨固劑錨固，錨固長度為1921mm，設(shè)計錨固力為400kn。錨索托板：采用200mm200mm16mm高強(qiáng)度拱形可調(diào)心托板及配套鎖具，錨索托板高度不低于60mm，厚度不小于12mm。 錨索布置：錨索為1+2布置，單根時，錨索在巷道中心布置，距離兩幫2000mm；兩根時，兩根錨索間距2.4m，錨索距離巷幫0.8m，均垂直頂板巖層打設(shè)。 考慮到錨索預(yù)緊力的損失，錨索張拉要達(dá)到250kn。 (2) 巷幫支護(hù)錨桿形式和規(guī)格：右?guī)筒捎脳U體為22#左旋無縱筋螺紋鋼筋，鋼材為335#錨桿專用鋼，長度2.4m，桿尾螺紋

23、為m24。左幫采用161600的樹脂錨桿。錨固方式：樹脂端部錨固，采用一支樹脂錨固劑，規(guī)格為ck2360，鉆孔直徑為30mm，錨桿錨固長度為763mm，設(shè)計錨固力為126kn。 鋼筋托梁規(guī)格：采用f12mm的鋼筋焊接而成，寬度80mm，長度2600mm。托板：右?guī)筒捎霉靶透邚?qiáng)度托板，鋼號不低于q235，配合球形墊和減阻尼龍墊圈，托板高度要求不低于36mm，托板厚度不小于8mm，尺寸為150150mm，左幫采用木托盤，托板厚度不小于8mm，規(guī)格為100300mm。網(wǎng)片規(guī)格：右?guī)筒捎媒饘倬W(wǎng)護(hù)幫，網(wǎng)孔規(guī)格5050mm，網(wǎng)片規(guī)格300010000mm，左幫采用雙抗網(wǎng)，網(wǎng)片規(guī)格300010000mm，網(wǎng)

24、間搭接100mm，要求雙邊孔孔相聯(lián)。錨桿布置：錨桿排距1000mm，每排每幫3根錨桿，間距1000mm。錨桿角度：錨桿角度全部垂直巷幫打設(shè)。錨桿扭矩：利用扭矩倍增器擰緊螺母，頂錨桿和右?guī)湾^桿擰緊力矩應(yīng)達(dá)到300n.m，但禁止超過500 n.m。巷道支護(hù)參數(shù)及布置如圖14。遇到頂板破碎、頂板淋水等條件時要及時補(bǔ)打錨索。遇到地質(zhì)條件發(fā)生變化或大的地質(zhì)構(gòu)造時需及時匯報并反饋至設(shè)計部門，以調(diào)整支護(hù)方案，加強(qiáng)支護(hù)設(shè)計。圖14 150106回風(fēng)順槽錨桿支護(hù)布置圖5 錨桿支護(hù)材料 本次試驗所需錨桿支護(hù)材料如表2所列。表2150106回風(fēng)順槽錨桿支護(hù)材料序號名稱規(guī)格每排數(shù)每米數(shù)100m材料數(shù)1螺紋鋼錨桿f22

25、-m24-2400999002樹脂錨固劑ck2360262626003鋼筋托梁f12-4-80-4000111004鋼筋托梁f12-4-80-2600111005金屬網(wǎng)5.41.2,505010.91916金屬網(wǎng)3.010,505021.821827錨索f18.9-55001.51.51508錨索托板300300161.51.51509樹脂錨桿1616003330010木托盤1003008333005.1 錨桿桿體螺紋鋼錨桿桿體為左旋無縱筋螺紋鋼筋，鋼材為335#專用錨桿鋼材。桿體公稱直徑22mm，長度2.4m。極限拉斷載荷185kn，屈服載荷為126kn，延伸率大于20%。桿尾螺紋規(guī)格m24

26、，采用滾壓加工工藝成型。5.2 樹脂錨固劑樹脂錨固劑型號為： ck2360，即直徑23mm，長度600mm，固化時間為中速。樹脂錨固劑質(zhì)量必須滿足煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。5.3 托板拱型高強(qiáng)度托板，力學(xué)性能與錨桿桿體配套，強(qiáng)度必須大于配套錨桿桿體的破斷強(qiáng)度。配合高強(qiáng)度球形墊和減阻尼龍墊圈，托板高度要求大于36mm，托板厚度不小于8mm，尺寸為150150mm，鋼號不小于q235，承載力不低于錨桿尾部螺紋的極限拉斷力。5.4 鋼筋托梁組合構(gòu)件是錨桿支護(hù)中的重要部件。它可將單根錨桿聯(lián)結(jié)起來組成一個整體承載結(jié)構(gòu)，顯著提高錨桿支護(hù)的整體效果。目前錨桿組合構(gòu)件主要有三種形式，w鋼帶、平鋼帶和鋼筋托梁。針對正邦

27、煤業(yè)公司情況，鋼筋托梁規(guī)格如下：采用f14mm的鋼筋（材質(zhì)為a3鋼，屈服載荷73.9kn，拉斷載荷117kn）焊接而成，寬度80mm。在安裝錨桿的位置處焊上兩段縱筋，以便安裝錨桿。鋼筋托梁長度規(guī)格為：頂鋼帶4600mm、幫鋼帶3050mm。加工示意圖如圖15所示。（a）頂托梁加工示意圖圖15 鋼筋托梁加工示意圖5.5 金屬網(wǎng)和塑料網(wǎng)巷道鋪設(shè)金屬網(wǎng)，材料為10#鐵絲，網(wǎng)孔5050mm，用16#或18#鉛絲逐孔連接，規(guī)格為：頂網(wǎng)5.41.2m、幫網(wǎng)3.010m。5.6 錨索錨索材料為f18.9mm，17股高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，長度為5500mm，極限破斷拉力為400kn，延伸率4%左右，配合高

28、強(qiáng)度鎖具和可調(diào)心托板，要求厚度不小于12mm，高度不小于60mm?？紤]到預(yù)緊力的損失，錨索張拉要達(dá)到250kn。6 井下施工工藝和安全措施井下施工是該項目的關(guān)鍵部分，所以必須按照設(shè)計要求，保證施工質(zhì)量。6.1 施工機(jī)具井下施工中采用的鉆頭規(guī)格如下：l f27mm和f29mm巖石鉆頭l f28mm煤鉆頭在正邦煤業(yè)公司試驗中所需施工機(jī)具如表3所列。采用單體風(fēng)動錨桿機(jī)鉆裝錨桿。配套鉆桿為b19型中空釬桿，鉆頭為f27mm和f29mm雙翼鉆頭。用幫錨桿機(jī)鉆裝煤幫錨桿。6.2 施工前的準(zhǔn)備工作(1) 準(zhǔn)備好試驗所需的一切材料、機(jī)具和礦壓監(jiān)測儀器，并保證質(zhì)量。(2) 對施工隊伍進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)，使其了解試驗?zāi)?/p>

29、的，施工工藝和要求，掌握有關(guān)機(jī)具的操作，以便在井下施工中保證質(zhì)量。表3 施工所需機(jī)具序號名稱型號數(shù)量1錨桿鉆機(jī)mqt-1206臺2接長鉆桿b19，1m30套3鉆桿b19，1.2m30套4鉆桿b19，2.4m30套5巖石鉆頭f27mm,雙翼100個6巖石鉆頭f29mm,雙翼50個7煤鉆頭f28mm,雙翼50個8幫錨桿機(jī)3臺9扭矩倍增器500n.m左右36.3 施工工藝和技術(shù)要求6.3.1 施工工藝過程施工工序包括掘進(jìn)和支護(hù)兩大部分。巷道頂板支護(hù)的施工工藝流程為：綜掘機(jī)掘進(jìn)打掉危巖出煤或巖石鋪金屬網(wǎng)上鋼筋托梁臨時支護(hù)鉆頂板中部錨桿孔清孔安裝樹脂錨固劑和錨桿用錨桿機(jī)攪拌樹脂錨固劑至規(guī)定時間停止攪拌并

30、等待1分鐘左右擰緊螺母從中向外依次安裝其它頂板錨桿。幫錨桿施工工藝：掛網(wǎng)鉆孔、清孔安裝樹脂錨固劑和錨桿攪拌樹脂錨固劑等待1分鐘左右擰緊螺母安裝其它幫錨桿。6.3.2 技術(shù)要求(1) 綜掘機(jī)掘進(jìn)要求按設(shè)計尺寸施工，保證成形質(zhì)量。不得超挖或欠挖。巷道掘進(jìn)超挖與設(shè)計尺寸不得超過200mm。(2) 臨時支護(hù)采用前探梁進(jìn)行臨時支護(hù)。(3) 安裝頂錨桿 錨桿應(yīng)緊跟掘進(jìn)頭及時支護(hù)，最大空頂距不得超過1.4m。當(dāng)頂板比較破碎時，應(yīng)適當(dāng)縮小空頂范圍。 錨桿孔采用單體風(fēng)動錨桿機(jī)完成。先用1.2m的短釬桿，后換2.4m的長釬桿，采用f29mm鉆頭。鉆孔時錨桿機(jī)升起，使鉆頭插入相應(yīng)的鋼筋梯梁孔中，然后開動錨桿機(jī)進(jìn)行鉆

31、孔。頂孔深要求為230030mm，并保證鉆孔角度。鉆頭鉆到預(yù)定孔深后下縮錨桿機(jī)，同時清孔，清除煤粉和泥漿。 放入樹脂錨固劑。錨桿桿體套上托板及帶上螺母，桿尾通過安裝器與錨桿機(jī)機(jī)頭聯(lián)接，桿端插入已裝好樹脂錨固劑的鉆孔中，升起錨桿機(jī)，將孔口處的錨固劑送入孔底。 利用錨桿機(jī)攪拌樹脂錨固劑。樹脂錨固劑攪拌是錨桿安裝中的關(guān)鍵工序，攪拌時間按廠家要求嚴(yán)格控制。同時要求攪拌過程連續(xù)進(jìn)行，中途不得間斷。停止攪拌后等待1分鐘左右。 利用扭矩倍增器或風(fēng)動扳手?jǐn)Q緊螺母，使錨桿具有一定的預(yù)緊力。錨桿擰緊力矩應(yīng)達(dá)到300n.m，但禁止超過500n.m。 錨桿排距誤差不得超過設(shè)計值50mm。(4) 錨索安裝 錨索應(yīng)緊跟掘

32、進(jìn)工作面安裝。 采用mqt120單體風(fēng)動錨桿鉆機(jī)，配b19中空六方接長鉆桿和f27mm雙翼鉆頭鉆孔。孔深控制在500030mm內(nèi)。 安裝樹脂錨固劑，放入三支z2360樹脂錨固劑，插入錨索將樹脂錨固劑推至孔底。 錨索下端用專用攪拌器與錨桿機(jī)相連，開機(jī)攪拌。先慢后快，待錨索全部插入鉆孔后，采用全速旋轉(zhuǎn)攪拌1015s。停止攪拌后等待1分鐘，收縮錨桿機(jī)，卸下攪拌器。攪拌后錨索外露長度應(yīng)控制在200300mm。 張拉錨索。15分鐘后，裝上托板、錨具，用張拉千斤頂張拉錨索至設(shè)計預(yù)緊力（250kn），之后卸下千斤頂。 錨索間距誤差不得超過設(shè)計值50mm。（5）安裝幫錨桿幫錨桿用風(fēng)鉆打孔并安裝，錨桿擰緊力矩應(yīng)

33、達(dá)到300n.m，但禁止超過500n.m。6.4 安全技術(shù)措施 (1) 須定期進(jìn)行井下錨桿錨固力拉拔試驗，每次數(shù)量不少于3根。如果發(fā)現(xiàn)錨桿實(shí)際錨固力與設(shè)計值相差較大，必須對錨固參數(shù)進(jìn)行調(diào)整和修改。(2) 為了保證施工質(zhì)量，須對鋼錨桿錨固力進(jìn)行抽檢（3%的比例），抽檢指標(biāo)為錨桿錨固力不得低于126kn。發(fā)現(xiàn)不合格錨桿，應(yīng)在其周圍補(bǔ)打錨桿。(3) 掘進(jìn)時形成的巷幫超寬或片幫超寬時，應(yīng)及時處理，可采用補(bǔ)打單體錨桿的方法進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。(4) 巷道地質(zhì)條件發(fā)生變化時，應(yīng)根據(jù)變化程度，調(diào)整支護(hù)參數(shù)或采取應(yīng)急措施及時處理，如采用錨索加固或縮小排距等。(5) 試驗過程中，每隔30m在頂板安裝一個離層指示儀，觀測圍

34、巖移動情況。一旦發(fā)生異?，F(xiàn)象，觀測人員應(yīng)立即報告有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)，以便采取相應(yīng)措施。(6) 頂板鋪網(wǎng)時，要求拉直拉緊。用16#或18#鐵絲逐孔連接牢固。(7) 刷幫挑頂時，必須有相應(yīng)的安全措施，并且嚴(yán)格按照措施實(shí)施。(8) 張拉錨索時，每次使用要兩人協(xié)作，張拉油缸應(yīng)與鋼絞線保持在同一軸線上，加壓后，工具錨卡住鋼絞線方能松手，并用8#鐵絲將千斤頂綁在頂網(wǎng)上。操作人員要避開張拉缸軸線方向，以保證安全。(9) 張拉時，發(fā)現(xiàn)不合格錨索，必須在其附近補(bǔ)打合格錨索。錨索安裝兩天后，如發(fā)現(xiàn)預(yù)緊力下降，必須及時補(bǔ)拉。7 礦壓監(jiān)測 礦壓監(jiān)測是動態(tài)信息設(shè)計方法的核心內(nèi)容之一。通過測試錨桿受力和巷道圍巖位移分布，就可比較全

35、面地了解錨桿支護(hù)的工作狀態(tài)，進(jìn)而驗證或修改錨桿支護(hù)初始設(shè)計，并保證巷道的安全狀態(tài)。7.1 礦壓監(jiān)測前的準(zhǔn)備工作井下實(shí)施礦壓監(jiān)測之前，需做好以下工作：(1) 組建礦壓監(jiān)測隊伍礦壓監(jiān)測隊伍成員由礦方安排，要求對監(jiān)測工作認(rèn)真負(fù)責(zé)，并具有一定巷道支護(hù)經(jīng)驗。(2) 準(zhǔn)備監(jiān)測儀器和測點(diǎn)安設(shè)物品按照設(shè)計要求的規(guī)格和數(shù)量購置所需監(jiān)測儀器，準(zhǔn)備測點(diǎn)安設(shè)所需物品。(3) 準(zhǔn)備監(jiān)測記錄表格礦壓監(jiān)測所需記錄表格應(yīng)提前準(zhǔn)備好，以供井下測試時使用。(4) 技術(shù)培訓(xùn)在井下測試之前，由試驗小組對測工進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)。7.2 礦壓監(jiān)測內(nèi)容和方法本次礦壓監(jiān)測分為綜合監(jiān)測和日常監(jiān)測。前者的主要作用是驗證或修改初始設(shè)計，后者主要是為了保

36、證巷道安全。7.2.1 綜合監(jiān)測綜合監(jiān)測內(nèi)容如表4。包括兩個巷道表面位移監(jiān)測斷面，一個頂板離層監(jiān)測斷面，一個錨桿受力監(jiān)測斷面。運(yùn)輸巷共安裝兩個測站，如圖16所示。表4 巷道綜合監(jiān)測內(nèi)容序號項目內(nèi)容1巷道表面位移巷道頂?shù)装?、兩幫相對移近量，頂板下沉量?頂板離層錨固區(qū)內(nèi)外頂板巖層位移。3錨桿受力頂板錨桿受力分布，兩幫錨桿受力。4巷道破壞狀況統(tǒng)計記錄巷道圍巖破壞位置和程度。測站 1 2支護(hù)巷道（距離，m） 100m 400m巷道表面位移頂板離層錨桿受力圖16 綜合測站布置示意圖(1) 巷道表面位移采用十字布點(diǎn)法安設(shè)表面位移監(jiān)測斷面（圖17）。在頂?shù)装逯胁看怪狈较蚝蛢蓭退椒较蜚@f30mm、深400

37、mm的孔，將f32mm、長400mm的木樁打入孔中。頂板和上幫木樁端部安設(shè)彎形測釘，底板和下幫木樁端部安設(shè)平頭測釘。兩監(jiān)測斷面沿巷道軸向間隔0.61.0m。觀測方法為：在c、d之間拉緊測繩，a、b之間拉緊鋼卷尺，測讀ao、ab值；在a、b之間拉緊測繩，c、d之間拉緊鋼卷尺，測讀co、cd值；測量精度要求達(dá)到1mm，并估計出0.5mm；采用皮卷尺測量監(jiān)測斷面距掘進(jìn)工作面的距離。測量頻度為：安裝后十天內(nèi)，每天觀測一次，其它時間每周1-2次。圖17 巷道表面位移監(jiān)測斷面布置（2）頂板離層采用頂板離層指示儀測試頂板巖層錨固范圍內(nèi)外位移值。smj2型頂板離層指示儀主要由固定器、測量鋼絲、套管、外測筒與內(nèi)

38、測筒組成。 離層儀的安裝方法和步驟： 鉆孔：采用b19中空六方接長式鉆桿、f29mm鉆頭用錨桿機(jī)在巷道中線處打垂直鉆孔，鉆孔深度為7m；深部基點(diǎn)：用安裝桿將深部基點(diǎn)錨固器推入孔中，直至孔底，抽出安裝桿后,用手拉一下鋼繩，確認(rèn)錨固器已固定住。淺部基點(diǎn)：用安裝桿推入淺部基點(diǎn)錨固器至2.3m處，抽出安裝桿后，用手拉一下鋼繩，確認(rèn)錨固器已固定住?？卓谔坠埽喊惭b孔口套管。對準(zhǔn)刻度：將a刻度（淺部基點(diǎn)刻度）墜與孔口套管下邊緣對齊，將其繩卡卡死并截去多余鋼繩；將b刻度（深部基點(diǎn)刻度）墜與a刻度墜下邊緣對齊，將其繩卡卡死并截去多余鋼繩。初讀數(shù)：記錄初讀數(shù)。安裝注意事項： 離層指示儀安裝位置距迎頭不得超過1.5

39、m，否則無法捕捉頂板離層的全過程； 鋼繩應(yīng)事先盤好，推入錨固器時逐圈展開，以防糾纏打結(jié)； 推入錨固器時，安裝桿不能回拉，否則錨固器雙爪會從安裝桿上端的槽中脫出； 淺部基點(diǎn)錨固器一定要準(zhǔn)確定位，為此可提前在安裝桿上做好標(biāo)記； 安裝后，兩個刻度墜均應(yīng)處于自由懸垂?fàn)顟B(tài)，不得有任何卡阻現(xiàn)象。觀測頻度： 觀測頻度要求與表面位移觀測相同。(3) 錨桿（索）受力錨桿（索）受力采用錨桿測力計進(jìn)行觀測。測試頻度同表面位移，錨桿測力計如圖18。圖18 mc-300型錨桿測力計7.2.2 日常監(jiān)測日常監(jiān)測包括三部分內(nèi)容，錨桿錨固力抽檢，頂板離層觀測和錨桿預(yù)緊力矩檢測。(1) 錨桿錨固力抽檢巷道掘進(jìn)施工過程中安排專人

40、，按不小于3%的比例和不大于二天的時間間隔對錨桿錨固力進(jìn)行抽測。抽測時只做非破壞性拉拔。錨桿拉拔計用于測試樹脂錨固劑的粘結(jié)強(qiáng)度，檢測錨桿錨固力是否達(dá)到設(shè)計要求。 (1) 儀器組成整套儀器主要由四部分組成（圖19）。 動力源：手動泵及管路。手動泵最大液壓63mpa，傳力介質(zhì)20#機(jī)油。 拉拔器：最大載荷300kn，油缸液壓52mpa，行程100mm，油缸容積0.59l。 拉桿：拉桿為一中空的連接桿，端頭有陰螺紋，可與錨桿尾端連接。空心及m393的陽螺紋是為適應(yīng)錨桿尾端長度變化而設(shè)計的，能適應(yīng)不同錨桿尾端長度。 指示儀：配專用mzj-300型測力指示儀。圖19 錨桿拉拔計(2) 技術(shù)特征最大加載能

41、力：300kn；行程：100mm；精度：2%；防爆形式：本安型；油缸容積（行程達(dá)100mm時）：0.59l；自動卸載保護(hù)：行程達(dá)100mm時，油缸上有小孔泄油，保護(hù)拉拔器，以免受損；適應(yīng)桿體直徑：f14、f16、f18、f20、f22、f25。(2) 頂板離層頂板離層指示儀除作綜合監(jiān)測外，還用作日常監(jiān)測。巷道每隔20m，安設(shè)一個頂板指示儀。在距掘進(jìn)工作面50m內(nèi)，觀測離層值。50m以外，除非離層松動仍有明顯增長的趨勢，一般可停止測讀具體數(shù)據(jù)，改為觀察兩個刻度墜的顏色。由當(dāng)班班長和跟班技術(shù)員負(fù)責(zé)觀察，其他人員也應(yīng)隨時注意觀察，以便及早發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象，確保安全。離層指示儀以紅、黃、綠三種顏色表示頂板

42、離層松動的嚴(yán)重程度，綠色表示頂部松動離層值較小，處于較穩(wěn)定的狀態(tài)；黃色表示離層松動已達(dá)到警界值；紅色則表示頂板離層松動值較大，已進(jìn)入危險的狀態(tài)。(3) 錨桿預(yù)緊力矩檢測巷道掘進(jìn)施工過程中，安排專人按不小于5%的比例和不大于二天的時間間隔用力矩示值扳手對錨桿螺母預(yù)緊力進(jìn)行抽測，達(dá)300nm且不超過500nm，即為合格。7.3 監(jiān)測儀器和物品本次礦壓監(jiān)測所需儀器和物品如表5所列。表5 礦壓監(jiān)測儀器名稱型號數(shù)量產(chǎn)家 錨桿拉拔計 mlj-300/1002臺天地公司 接收儀 kbj1臺天地公司 錨桿測力計 mc-30030個天地公司 錨索測力計 mc-50010個天地公司 頂板離層指示儀 smj240個天地