九采区掘进巷道锚杆支护设计 王春耕
(邯郸矿务局陶一煤矿,河北邯郸 056306)
摘 要:通过对九采区扩大区顶底板岩性和煤层稳定性情况分析,根据平衡自然拱的原理,对九采区
扩大区沿煤层顶板掘进巷道锚杆支护参数进行了确定。 关键词:掘进巷道;锚杆支护;设计
中图分类号:TD353+.6 文献标识码:B 文章编号:1007-1083(2002)01-0034-03
Design on bolt support of driving roadway in No.9 mining district WANG Chun-geng 1 概 况
陶一矿大区位于陶一井田的最南端,七采区的 深部。东区为第四系半掩盖,华北型石炭二叠系煤 田,二叠系下统山西组为本区主要含煤地层,岩性由 深灰色粉砂岩或泥质粉砂岩,灰白色中细砂岩及煤 层构成,本区2#煤稳定可采。
2#煤层伪顶为0~1·9m,灰质泥岩,性脆易碎, 不普遍存在,有时变相为粉砂岩,厚5·26m,灰黑色 含植物化石,可变相为细砂岩;老顶为3·97m的细粒 砂岩,灰色含炭质及黄铁矿;直接底厚4·54m,深灰 黑色,富含植物化石;老底为5·41m细砂岩,灰色以
石英为主,含黄铁矿。本扩大区工作面运输顺槽规 格为3·4m×2·6m,回风顺槽规格为2·6m×2·4m。 2 锚梁网支护原理及受力破坏分析 2.1 支护原理
采用高强度锚杆加固顶板,采用钢筋梯子梁配 合金属菱形网护顶,还需小锚索加固支护,将巷道直 接顶承受的力传到巷道深部的稳定的岩体中去。 2.2 巷道受力分析
沿顶板掘进的煤层巷道,在顶板为复合顶结构 或无大断裂构造的情况下,其顶板破坏深度发生变 化时,顶板冒落拱的破坏高度随顶板的跨度增大而 增高。
2.2.1 两帮煤体受挤压破坏深度C值
C=(K·γ·H·B100·fc·Kc·cosα2-1)h·tg(45°-φ2) 式中:K为自然平衡拱角应力集中系数,与巷道形状 有关,矩形取2·8;r为顶板岩层平均容重,取2·7t/ m;H为巷道埋深,取350m; B—固定支撑压力影 响系数,实体煤取1;fc为煤层普氏坚固性系数,取 1;Kc为煤体完整性系数,取0·9;α为煤层倾角,取 10°;h为巷道掘进高度,运巷取2·6m,副巷取2·4m; φ为煤体内磨擦角,按f=1计算φ=45°; 则运巷 C=2.08m
副巷 C=1.92m
2.2.2 潜在冒落拱高度b值 b=(a+c)·cosαkt·fr
式中:a为巷道有效跨度之半,运巷取1·7m,副巷取 1·3m;c为巷道两帮挤压破坏深度,运巷为2·08m, 副巷为1·92m;kt为直接顶岩性系数,当f=4~6 时,取0·6;fr为直接顶普氏坚固性系数,f=4; 则运巷 b=1.57m 副巷 b=1.34m
由以上计算可见,巷道两帮破坏深度分别为 2·08m和1·92m,顶板自然冒拱高度为1·57m和 1·34m,两帮破坏程度较大,顶板破坏范围较小,但 是考虑到直接顶比较厚,为防止直接顶和老顶之间 的离层,顶板除采用高强度螺纹钢锚杆支护外,局部 还应采用预应力小锚索加固顶板。 3 九采区扩大区运副巷锚杆支护参数设计 锚杆支护参数设计包括锚杆长度,杆体直径的 选择;锚杆间间排距的确定;支护形式的选择;支护
34 2002年第1期 材料选型等。
3.1 顶板锚杆支护参数的确定
河北煤炭 3.1.1 顶板锚杆长度 L=(l1+l2)/cosβ+l3+l4
式中:l1为要求锚固端水平投影伸入煤体内的距离 在500mm以上,取600mm;l2为倾斜锚杆下端孔口 到煤壁的水平角度小于60°,取60°;l3为额定锚固长 度,取500mm;l4为锚杆外露长度,取70mm。 则 L=2370mm 取2400mm。
3.1.2 顶板锚杆直径的选择
根据锚杆支护“三径”匹配原则,选择杆体直径 为20mm,杆体材料为20MnSi高强度左旋螺纹钢,其 破断力为171kN。 3.1.3 树脂锚固剂数量 L锚=n卷2·l卷孔2-杆2
式中:卷为树脂锚固剂直径,23mm;l卷为树脂锚固 剂长度600mm;L锚为锚固剂充填长度,由于顶板比 较完整,采用加长锚固方式,取1500mm;孔—锚杆 孔直径,28mm;杆—锚杆杆体直径,20mm; 则 n=1500×(282-202)232×600=1.8,取2卷。 3.1.4 顶板锚固力校核 P锚=δ·π·孔·l卷·λ
式中:δ为锚固剂与孔壁间粘强度,取2000kN/m;
孔为锚孔直径,28mm;l卷为药卷总长度,1.2m;λ 为经验数据,取1.4 则 P锚=295kN
大于锚杆破断力171kN,符合要求。 3.1.5 顶板锚杆间排距
(1)锚杆间距的确定。由于巷道为粉砂岩顶 板,完整性好,根据类似条件下的沿顶掘进巷道锚杆 支护实例,确定锚杆间距为0·8m。 (2)锚杆排距的确定
l0=n·N2·K·r·α·(L-l4)
式中:n为顶板每排锚杆根数,运巷5根,副巷4根; N为每根锚杆的锚固力,取屈服载荷114kN;K为安 全系数,取3;r为顶板岩石容重27kN/m;α为巷道 掘进跨度之半,运巷1·7,副巷1·3。 则运巷 L0=0.90m 副巷 l0=0.94m
根据以上计算运、副巷锚杆间排距均取0.8m。 3.2 煤帮锚杆参数的确定
3.2.1 帮锚杆长度及两帮潜在松塌区宽度 L1=h·tg(45°-2)
式中:h为巷道掘进高度,运巷2.6m,副巷2.4m;Q 为煤体内摩擦角45°。
则运巷 L1=1.077m 副巷 L1=0.994m
故帮锚杆长度 L帮=L1+L2+L3
式中:L2为帮锚杆伸入潜塌区的额定锚固长 度,取500mm;L3为帮锚杆外露长度,取50mm 则运巷 L帮=1627mm 副巷 L帮=1544mm
为施工方便起见,运、副巷帮锚杆都取1·6m。 3.2.2 帮锚杆间排距
为满足均匀压缩带,即“挡固层”有一定厚度的 要求,锚杆间距为:
D≤(l帮-l3)/2=(1.6-0.05)/2=0.775m 取0.7。为便于施工排距取0.8。 3.2.3 帮锚杆锚固力
帮锚杆选用普通碳素钢锚杆,锚固力定为 60kN,破断力为96kN,施工中使用药卷1卷。 3.2.4 校核其锚固力 P锚=δ·π·孔·l卷·λ
=2000×3·14×0·028×0·6×1·4=148kN 符合要求。 3.3 小锚索支护
锚索锚固是将锚固范围内的岩层用高强度锚索
加固并施加一定预应力,使支护结构物和顶板岩板 体组成一个复合体。共同发挥承载作用,通过主体 结构将顶板自身压力及支护应力传递到深部稳定岩 层内。根据九采区扩大区已揭露的围岩情况,地质 构造复杂,直接顶裂隙较发育且上部为复合顶,故采 用锚索槽钢组合支护。 3.3.1 锚索支护参数的确定
(1)最小锚固长度。采用树脂锚固剂加长锚 固,每根锚索安装用SS2360和ZS2360两卷,最小锚 固长度2·4m。
(2)锚索长度。锚索应锚固到巷道顶板较稳定 的岩层中,根据顶板岩性情况,确定孔深6·8m,锚索 长度7·15m。
(3)锚索间排距和锚索孔深度之间的关系,应
352002年第1期 河北煤炭 长锚杆及反底拱在维修加固软岩硐室中的应用 杨新兴
(煤炭工业石家庄煤矿设计研究院,河北石家庄 050051)
摘 要:介绍了井下主排水泵硐室围岩为软岩时,受地压影响而破坏后的维修方案和加固方法。
关键词:软岩硐室;维修方案;加固方法
中图分类号:TD353+.6 文献标识码:B 文章编
号:1007-1083(2002)01-0036-02
Application of long-bolt and back inverted arch in maintenance and reinforcement of free stone chamber YANG Xin-xing
井陉矿务局元氏矿井为基建矿井,其井下主排 水泵硐室经验收已投入使用,但由于受软岩及地压 影响,主排水泵硐室破坏严重,主要表现为硐室底 臌、碹顶开裂等,采用长锚杆及反底拱的维修方案施 实加固后,经过一年多使用未发现其变形破坏,加固 效果良好。
1 主排水泵硐室概况
主排水泵硐室位于井底车场内,与主变电硐室 联合布置。主排水泵硐室曾经历两次设计修改,究 其原因主要是其围岩为软岩,岩性为泥质砂岩,风化 较快,遇水膨胀,稳定性较差,并伴有落差100m的 FG1大断层横跨主排水泵硐室中间部位。原设计硐 室为双排泵布置,硐室长度小,断面较大。当发现井 底车场围岩性较差后,第一次设计修改将双排水泵 布置改为单排水泵布置,减小硐室断面便于维护,并 将料石砌筑支护改为混凝土支护;第二次设计修改 为将7个吸水小井改为2个集中吸水小井,以避免 开掘吸水小井时对主排水泵硐室基础的挠动及吸水
小井渗水造成硐室破坏。
已投入使用的排水泵硐室长63m,宽4·6m,半圆 拱形断面,净高5m,混凝土支护,壁厚500mm;在硐室 顶部布置有6m长锚索,间排距为2m,硐室内布置7 台排水泵、排水管沟及电缆沟、设备运输轨道等。 2 主排水泵硐室破坏形式
主排水泵硐室底板上臌,电缆沟出现挤裂现象, 硐室顶板从1号泵至5号泵出现裂缝,在3号泵顶 满足: L/S≥2
式中:L为锚索孔深度,6.8m;S为锚索间距。 则 S≤L/2=6.8/2=3.4m,取3.0m。 3.3.2 锚索支护材料的选择
选用低松驰级钢绞线,破断载荷为160 ~
260kN,槽钢选用16#槽钢,极限强裂度在350kN以 上。 4 注意事项
(1)顶板锚杆安装使用S2360和ZS2360各1 卷,锚固力不低于150kN。
(2)帮锚杆安装使用SS2360 1卷,锚固力不低 于60kN。
(3)锚索安装使用SS2360和ZS2360各2卷,初
张力不低于30kN,张拉力不低于70kN。 (4)施工中,最大空顶距不大于2·5m,视顶板 变化情况而减小。
(5)施工中严格按锚杆安装操作规程和作业规 程施工。
作者简介:王春耕(1968- ),男,河北肥乡人,邯郸矿务局陶一矿技术科科长,工程师。
(收稿日期: 2001-04-05;编辑:刘阐词)
36 2002年第1期
河北煤炭
