南陽坡煤礦4#層窄煤柱沿空送巷錨桿支護(hù)參數(shù)優(yōu)化

1、山東大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))論文(設(shè)計(jì))題目:南陽坡煤礦4#層窄煤柱沿空送巷錨桿支護(hù)參數(shù)優(yōu)化和注漿加固技術(shù)研究姓 名年 級(jí)本科專 業(yè)土木工程（礦井建設(shè)方向）學(xué)習(xí)中心 徐州 指導(dǎo)教師 職 稱 南陽坡煤礦4#層窄煤柱沿空送巷錨桿支護(hù)參數(shù)優(yōu)化和注漿加固技術(shù)研究摘 要南陽坡煤礦以往的沿空送巷均采用架棚或錨網(wǎng)梁索支護(hù)，由于支護(hù)形式和支護(hù)參數(shù)的選擇不夠科學(xué)，致使巷道支護(hù)強(qiáng)度低，變形嚴(yán)重難以控制，造成回采期間巷道維護(hù)困難、維修量大、安全隱患大、經(jīng)濟(jì)損失大，甚至出現(xiàn)冒頂事故，給安全生產(chǎn)帶來極大的威脅。通過對(duì)以往及沿空送巷支護(hù)效果的分析，并根據(jù)安徽理工大學(xué)所提供的窄煤柱沿空送巷錨網(wǎng)梁索支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)，決定

2、在4#窄煤柱沿空送巷采用錨網(wǎng)梁索支護(hù)并將支護(hù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)對(duì)頂板離層超標(biāo)段和沿空幫采用噴漿注漿加固的辦法來提高巷道的整體支護(hù)強(qiáng)度，以達(dá)到最佳的支護(hù)效果，滿足安全生產(chǎn)的需求。關(guān)鍵詞：全煤巷道；沿空掘巷；錨桿支護(hù)；支護(hù)效果另起頁(yè)，不加頁(yè)碼目 錄(兩字之間空四格、黑體、小號(hào)三號(hào)、居中)空1行，以下用小四號(hào)宋體，1.25倍行距，分散對(duì)齊，目錄體現(xiàn)到三級(jí)標(biāo)題。一級(jí)標(biāo)題加粗。1引言1GPS制網(wǎng)的建立12.1概述12.2 GPS控制網(wǎng)的技術(shù)設(shè)計(jì)22.2.1 概述22.2.2作業(yè)依據(jù)32.2.3 GPS控制網(wǎng)設(shè)計(jì)的一般原則42.3 GPS測(cè)量的外業(yè)工作93字化地形圖測(cè)繪設(shè)計(jì)19結(jié)論71致謝91參考文獻(xiàn)72

3、一、概況：3244沿空機(jī)巷設(shè)計(jì)長(zhǎng)度960m（平距），巷道沿32煤跟頂施工，32煤直接頂：泥巖，含粉砂及少量植化碎片，厚度4m，自然狀態(tài)下單向抗壓強(qiáng)度305597kg/cm2，平均459kg/cm2，普氏硬度系數(shù)5。老頂：中細(xì)砂質(zhì)，致密層狀，自然狀態(tài)下單向抗壓強(qiáng)度7351012kg/cm2，平均874kg/cm2，普氏硬度系數(shù)9。底板：淺灰或灰色泥巖，致密碎塊狀及塊狀，含植物根莖化石，上部含鋁質(zhì)成分，具裂隙滑面，下部夾煤條帶，厚度3.287.37m，平均厚度為4.9m，自然狀態(tài)下單向抗壓強(qiáng)度110433kg/cm2，平均238kg/cm2，普氏硬度系數(shù)2。32煤黑色,以塊狀、粉末狀為主,弱玻璃光

4、澤,半暗半亮型，、構(gòu)造較為發(fā)育。煤層傾向355°35°,傾角10°14°,平均12°。煤厚0.22.6m，平均煤厚2.4m，煤層厚度較穩(wěn)定，靠近斷層處煤層有拉薄現(xiàn)象；煤層結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，含13層夾矸，夾矸為灰黑色泥巖，厚度0.070.17m,綜合評(píng)定為穩(wěn)定煤層。二、巷道斷面及支護(hù)形式的選擇：3244沿空機(jī)巷采用錨網(wǎng)梁索支護(hù)，矩形斷面，凈寬為3.7m，凈高為2.6m(巷中高度)，凈斷面積9.62m2，掘進(jìn)斷面積11.2m2；當(dāng)煤厚小于2.6m時(shí)，巷道凈高不小于2.6m；當(dāng)煤厚大于2.6m時(shí)，巷道凈高以煤厚為準(zhǔn)。根據(jù)安徽理工大學(xué)所做南陽坡煤礦3246沿

5、空機(jī)巷變形機(jī)理及支護(hù)技術(shù)研究報(bào)告，利用工程類比法，錨網(wǎng)梁索支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)如下：頂部錨桿采用20mm，L=2400mm左旋無縱筋等強(qiáng)螺紋鋼錨桿，間排距700mm×700mm，鋪設(shè)塑鋼網(wǎng)或菱形金屬網(wǎng)配合KTM3鋼帶梁支護(hù)；塑鋼網(wǎng)規(guī)格為長(zhǎng)×寬=4.6×0.9m，菱形金屬網(wǎng)的規(guī)格為長(zhǎng)×寬=4.6×0.9m，KTM3鋼帶梁規(guī)格：長(zhǎng)3.8m，錨固劑采用1卷型號(hào)為Z2370的中速樹脂藥卷。錨索采用直徑15.24mm的鋼絞線加工而成，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為7.5m，間排距為1.6×2.1m，一排兩根，矩形布置，打在兩排錨桿之間，配合錨索專用鋼帶梁加錨索托盤進(jìn)行支護(hù)

6、；錨索KTM3鋼帶梁規(guī)格：長(zhǎng)2.2m，托盤采用11#礦用工字鋼加工而成，長(zhǎng)度為500mm，托盤與鋼帶梁之間加墊片，墊片采用廢舊皮帶加工而成，規(guī)格為500×110mm，中間孔徑為30mm。錨索生根于硬巖中的長(zhǎng)度不小于1m，并根據(jù)頂板巖性變化選擇合適的錨索長(zhǎng)度，但其最小長(zhǎng)度不小于5.5m，錨索滯后迎頭不得大于5m；錨索采用兩卷樹脂藥卷錨固，其中上部藥卷型號(hào)為K2370的樹脂錨固劑，下部藥卷型號(hào)為Z2370的樹脂錨固劑；如頂板條件稍差，則在每?jī)膳佩^索中間加一根錨索即按五花形布置加強(qiáng)支護(hù)；幫部肩窩錨桿采用20mm，L=2400mm左旋無縱筋等強(qiáng)螺紋鋼錨桿,幫部錨桿采用20mm，L=2200m

7、m左旋無縱筋等強(qiáng)螺紋鋼錨桿,錨桿間排距：800mm×700mm，鋪設(shè)塑鋼網(wǎng)配合M60鋼帶進(jìn)行支護(hù)，其中左(南)幫所用M60鋼帶梁長(zhǎng)為3.0m，右(北)幫所用M60鋼帶梁長(zhǎng)為2.1m，高強(qiáng)塑鋼網(wǎng)規(guī)格為長(zhǎng)×寬=5×1.8m或5×2.8m,網(wǎng)與網(wǎng)之間順茬搭接，壓茬100mm，壓茬處每隔200mm用雙股12#鐵絲扎緊，木托盤規(guī)格為200mm×150mm×50mm；最下部一排錨桿距底板不超過450mm且必須錨入巖石中；錨固劑采用1卷型號(hào)為Z2370樹脂錨固劑。巷道每隔50m必須安裝頂板離層儀，安裝時(shí)，頂板離層儀距工作面迎頭的距離不得超過70m；

8、“三帶一寬”處必須及時(shí)增設(shè)頂板離層儀，安裝時(shí)，距工作面迎頭的距離不得超過20m；每班的班前、班中、班末，班隊(duì)長(zhǎng)必須親自巡視后路；有頂板離層儀的地點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)頂板離層儀觀測(cè)圈處于安全區(qū)時(shí)必須補(bǔ)打錨索，處于警戒區(qū)時(shí)采取架設(shè)雙排對(duì)接一梁三柱挑棚加固頂板，并加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，若頂板繼續(xù)下沉，觀測(cè)圈進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)時(shí)，立即停頭采取噴漿、注漿加固頂板。無頂板離層儀的地點(diǎn)必須仔細(xì)觀察，發(fā)現(xiàn)頂板有下沉、掉渣、錨桿退絲、錨索托盤吸入頂板等壓力顯現(xiàn)情況的，必須立即采取補(bǔ)打錨索、架設(shè)一梁三柱對(duì)接挑棚，或?qū)敯暹M(jìn)行噴、注漿等相應(yīng)的頂板加固方式進(jìn)行處理。挑棚頂、底梁采用礦用11#工字鋼，支柱采用摩擦支柱，支柱上下必須使用木墊片，挑棚支柱

9、必須用5噸升柱器升足勁，確保支柱正規(guī)有力。3244沿空機(jī)巷在施工過程中，必須對(duì)巷道北(右)幫，以及過軟巖地段或頂板下沉超過70mm(S1+S2，頂板離層儀讀數(shù))時(shí)，進(jìn)行噴漿、注漿加固。圖1注漿法加固圍巖，就是針對(duì)采場(chǎng)及巷道內(nèi)裂隙較為發(fā)育而難以維護(hù)的破碎頂板及幫部，在頂板來壓前預(yù)先向裂隙內(nèi)注入固化材料，以改善圍巖的力學(xué)性能，提高巖體自身的強(qiáng)度，從而改善巷道的維護(hù)狀況。造成巷道變形的原因主要有兩方面：由于采動(dòng)的影響，巷道壓力增加；由于煤體本身節(jié)理極發(fā)育，煤體的裂隙多，在采動(dòng)影響下，裂隙繼續(xù)擴(kuò)展，松動(dòng)圈擴(kuò)大，造成巷道圍巖自身承載能力降低。對(duì)于破壞嚴(yán)重的巷道，傳統(tǒng)的方法只能是加密U型鋼支護(hù)，這樣做不但

10、消耗大量的人力、物力，而且效果也不好。經(jīng)過分析論證，并結(jié)合已有的軟巖支護(hù)技術(shù)成果，認(rèn)為通過向支護(hù)體后注入具有固化作用的漿液提高圍巖的整體性，進(jìn)而提高圍巖自身的承載能力，可達(dá)到減輕巷道破壞程度的目的。三、注漿加固方法：1、注漿擴(kuò)散半徑的選擇：漿液擴(kuò)散半徑是確定注漿孔布置及孔深的重要依據(jù)。影響擴(kuò)散半徑的因素很多，主要取決于注漿壓力、圍巖力學(xué)性質(zhì)、煤巖層裂隙密度及開度、漿液的流動(dòng)力學(xué)參數(shù)及初凝時(shí)間等。漿液的擴(kuò)散半徑根據(jù)注漿施工現(xiàn)場(chǎng)漏漿情況來推測(cè)。由于巷道煤層漿液滲透性差，施工中通過觀察漏漿情況發(fā)現(xiàn)漏漿地點(diǎn)距注漿孔0.8m左右，確定煤層漿液擴(kuò)散半徑為0.8m.由于巖石漿液滲透性強(qiáng)施工中通過觀察漏漿情況

11、發(fā)現(xiàn)漏漿地點(diǎn)距注漿孔2m左右，確定頂板漿液擴(kuò)散半徑為2.0m.。2、注漿時(shí)間：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際及注漿效果，沿空幫滯后迎頭的注漿距離為60米，頂板注漿時(shí)間為頂板下沉3070mm為宜。3、注漿要求：1)注漿壓力受圍巖特性、注漿性能、注漿方式等因素的影響，若注漿壓力過小，漿液難以向圍巖中擴(kuò)散，達(dá)不到預(yù)期的注漿效果；若注漿壓力過大，則會(huì)導(dǎo)致注漿過程中巷道表面出現(xiàn)冒頂、片幫或開裂。施工中采用的注漿壓力為1.53mpa。2）漿液的注入量受到很多因素的影響，如注漿壓力、注漿時(shí)間、圍巖裂隙和發(fā)育及破碎情況、滲透性等。為保證巷道圍巖裂隙被充填滿，施工中注漿量以達(dá)到注漿壓力為止。3)注漿孔的布置主要考慮注漿孔的深度及

12、間排距等。通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，所以確定注漿孔的深度為4m。注漿孔的間排距主要由漿液的擴(kuò)散半徑確定。為達(dá)到注漿效果，兩孔的孔距應(yīng)保證注漿后漿液滲透范圍有一定的交叉，所以應(yīng)小于2倍的擴(kuò)散半徑。施工中排距取2m，間距取1.1m?？紤]到幫部離老塘較近，離老塘越近煤層越松軟，因此，幫部錨桿孔深為1m.4）注漿錨桿的布置見圖，注漿錨桿用一卷水泥錨固劑封孔，封孔長(zhǎng)度為200mm。注漿材料為425水泥，注漿濃度為水灰比0.91.0。頂幫的最大注漿壓力為3mpa。5）注漿錨桿間排距：頂板注漿錨桿間排距為1.1×2.0m，每排三根，中間一根在巷中布置，鉛垂頂板，其它兩根向巷幫傾斜，傾斜角度30°，注

13、漿錨桿孔孔深4.0m，采用22mm，L=2000mm注漿錨桿,每孔兩根注漿錨桿，中間用外徑30mm的連接套連接；幫部錨桿間排距為1.0×1.6m，幫部上面一根錨桿距頂板0.6m，下邊一根錨桿向下扎角為40°；注漿錨桿采用孔口(外端)錨固，錨固用快硬水泥藥卷，錨固長(zhǎng)度不低于200mm；采用MQT-50C型風(fēng)動(dòng)錨桿機(jī)配合32mm的鉆頭進(jìn)行施工注漿錨桿眼，并及時(shí)安裝好注漿錨桿；根據(jù)注漿效果，及時(shí)調(diào)整注漿錨桿間排距，以確保注漿達(dá)到要求。6）注漿錨桿外露長(zhǎng)度不大于50mm。7）注漿錨桿：頂板采用22mm、L=2000mm的空心錨桿，沿空幫采用22mm、 L=1000mm，空心錨桿，沿

14、空幫注漿錨桿端部采用快硬水泥藥卷進(jìn)行錨固，以防止漏漿；8）采用水泥單液漿，水泥采用425#普通硅酸鹽水泥，嚴(yán)格按照水灰配比0.91.0，在注漿過程中，施工人員必須不停攪拌，防止沉淀生成。4、注意事項(xiàng)：1）打頂板注漿錨桿眼時(shí)，皮帶機(jī)必須停電、閉鎖或在檢修期間進(jìn)行打眼作業(yè)。注漿錨桿眼口封孔采用快硬水泥藥卷，嚴(yán)格控制泡水時(shí)間，保證眼口砸實(shí)，封堵長(zhǎng)度不小于200mm。2）注漿前，先依次接好吸漿管、出漿管，壓力表，檢查管路是否暢通，吸入清水試運(yùn)轉(zhuǎn)。3）注漿時(shí)，在注漿錨桿的正下方或前方嚴(yán)禁站人，防止注漿錨桿竄出傷人。4）嚴(yán)禁使用失效或過期水泥，發(fā)現(xiàn)漏漿及時(shí)封堵，堵漏采用棉紗或速凝劑。5)注漿泵壓力表的讀數(shù)

15、達(dá)到3mpa方可認(rèn)為合格,先關(guān)閉注漿錨桿口的瓦攏,然后再打開卸壓閥卸壓,卸壓時(shí)卸壓閥口嚴(yán)禁對(duì)人,以免漿液沖擊傷人,待壓力表讀數(shù)下降到“0”位后,方可摘下注漿錨桿上的快速接頭,注下一個(gè)錨桿，待漿液凝固不向下滴漏后才可卸下瓦攏。6)每眼注漿結(jié)束后，堅(jiān)持用清水沖洗輸漿管和泵體。7)每班注漿，必須詳細(xì)記錄，記錄本必須填寫眼號(hào)，每眼注入的水泥量。圖2四、測(cè)站布置與觀測(cè)方法1、測(cè)點(diǎn)布置為了觀測(cè)錨桿支護(hù)巷道注漿加固效果，巷道每隔80米設(shè)置一個(gè)測(cè)站，對(duì)圍巖表面位移、頂板離層狀況進(jìn)行觀測(cè)。2、監(jiān)測(cè)內(nèi)容(1)巷道圍巖的運(yùn)動(dòng)狀況，從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)直接判斷圍巖是否穩(wěn)定；本課題研究期間對(duì)祁東礦3244沿空機(jī)巷的巷道兩幫圍巖穩(wěn)

16、定有關(guān)的監(jiān)控指標(biāo)主要有：巷道表面收斂、圍巖深部位移、錨桿受力；與巷道頂板穩(wěn)定有關(guān)的監(jiān)控內(nèi)容有：頂板下沉量，錨固區(qū)內(nèi)、外的離層值，圍巖深部位移。（2）、巷道表面收斂：反映巷道表面位移的大小及巷道斷面縮小程度，可以判斷圍巖的運(yùn)動(dòng)是否超過其安全最大允許值，是否影響巷道的正常使用；（3）、圍巖深部位移：反映距巷道表面不同深度的圍巖移近量，可以判定圍巖的塑性區(qū)范圍以及圍巖的穩(wěn)定狀況；（4）、幫錨桿的受力：其大小可以判斷幫錨桿的工作狀態(tài)及其參數(shù)是否合理，如錨桿選擇、錨桿布置密度是否合適等；（5）、頂板下沉量：反映巷道表面的收斂以及斷面的縮小情況；（6）、頂板錨固區(qū)內(nèi)、外的離層值：用于判斷頂板錨固區(qū)內(nèi)、外圍

17、巖的穩(wěn)定性以及錨桿支護(hù)參數(shù)的合理性。3、觀測(cè)方法(a) 測(cè)站位置圖3 測(cè)站布置位置示意圖(1) 巷道表面位移巷道表面位移觀測(cè)內(nèi)容包括巷道兩幫移近量、頂板下沉、底鼓。掘進(jìn)期間和回采期間巷道圍巖的收斂觀測(cè)采用雙十字布點(diǎn)法，如圖4所示。通過分別量測(cè)AB、AC、AG；BH、BC、BD、CE、DF的值，可分別得到各自的變化量，即可分別得到巷道兩幫總移近量、實(shí)體煤幫移近量和沿空側(cè)煤幫移近量；頂?shù)卓傄平?、頂板下沉量和底鼓量?2) 頂板錨固區(qū)內(nèi)、外離層值測(cè)試通過安設(shè)頂板離層指示儀監(jiān)測(cè)巷道頂板錨固范圍內(nèi)、外離層值，對(duì)其進(jìn)行日常監(jiān)測(cè)，以掌握試驗(yàn)巷道頂板運(yùn)動(dòng)狀況，判斷頂板錨固區(qū)內(nèi)、外離層情況。道頂板運(yùn)動(dòng)狀況，判

18、斷頂板錨固區(qū)內(nèi)、外離層情況。4、數(shù)據(jù)整理與分析（1）掘進(jìn)期間巷道表面位移根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)并進(jìn)行整理，得出掘進(jìn)期間巷道表面變形情況如表1及圖512所示： 表1掘進(jìn)期間試驗(yàn)巷道表面變形情況一覽表測(cè)站掘 進(jìn) 期 間巷道兩幫巷道頂?shù)滓平恳平浚╩m）移近速度/7d移近量（mm）最大移近速度/7d實(shí)體沿空兩幫實(shí)體沿空兩幫實(shí)體側(cè)沿空側(cè)實(shí)體側(cè)沿空側(cè)I796214135286346311212II826414638337146331216圖5 注漿測(cè)站掘進(jìn)期間巷道表面位移移近曲線圖6 測(cè)站掘進(jìn)期間巷道表面位移移近曲線圖7測(cè)站掘進(jìn)期間頂板下沉曲線圖8 測(cè)站掘進(jìn)期間頂板下沉曲線圖9 測(cè)站掘進(jìn)期間兩幫移近速度曲線圖1

19、0 測(cè)站掘進(jìn)期間兩幫移近速度曲線圖11 測(cè)站掘進(jìn)期間頂板下沉速度曲線圖12 測(cè)站掘進(jìn)期間頂板下沉速度曲線五、支護(hù)效果及經(jīng)濟(jì)效益分析：（1）、通過對(duì)圖512進(jìn)行觀察分析知沿空幫側(cè)的注漿效果是明顯的，由于漿液滲透于煤壁中，使煤壁成一堅(jiān)固的整體，抗變形能力明顯增強(qiáng)，無論是幫部移動(dòng)速度還是頂板下沉速度都得到有效的控制。（2）、根據(jù)測(cè)量表明掘進(jìn)期間頂板下沉量最大為46mm，最小處為31mm，兩幫移近量最大為146mm，最小為141mm，50天后圍巖趨于穩(wěn)定。由于變形量很小，后期回采不需要修護(hù)。（3）、改進(jìn)了施工工藝，優(yōu)化了支護(hù)參數(shù)，保證了巷道的穩(wěn)定。（4）、巷道變形量減小在同一巷道，選擇未經(jīng)注漿加固的一段巷道與注漿加固部分的巷道進(jìn)行對(duì)比。未注漿加固部分的巷道經(jīng)2個(gè)月測(cè)試，水平方向累計(jì)變形量為214mm，垂直方向?yàn)?80mm；在同樣條件下，注漿加固部分的巷道經(jīng)2個(gè)月測(cè)試，水平方向累計(jì)變形量為141mm，垂直方向?yàn)?6mm?？梢?，注漿加固后，巷道變形明顯減小。結(jié)束語：祁東礦煤層埋藏深，地壓大，長(zhǎng)期以來，沿空巷道掘進(jìn)支護(hù)一直是礦井生產(chǎn)建設(shè)中的難題，隨著煤礦深度的增加，維護(hù)問題更加突出，往日單一的錨網(wǎng)梁索支護(hù)形式，在控制沿空掘進(jìn)巷道圍巖變形方面存在很多大的欠缺，致使后期回采時(shí)巷道強(qiáng)烈變形，兩幫移近量和底鼓量都很大，嚴(yán)重影響了巷道的使用。雖然巷道多次修復(fù)，但巷道變形仍無法控制，導(dǎo)致每條巷道