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煤礦采準(zhǔn)巷道錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)研究

2015-09-25 492 0

   摘要:錨桿支護(hù)作為一種有效的采準(zhǔn)巷道支護(hù)方式,由于對(duì)巷道圍巖強(qiáng)度的強(qiáng)化作用,可顯著提高圍巖的穩(wěn)定性。本文首先探討了錨桿在巷道中的支護(hù)機(jī)理,然后結(jié)合工程實(shí)踐闡述了錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)的方法和參數(shù)計(jì)算,最后總結(jié)了錨桿支護(hù)施工的工藝及技術(shù)。
 
  引言
 
  煤炭是我國(guó)的主要能源,也是重要的化工原料。建國(guó)以來(lái),在我國(guó)的一次性能源結(jié)構(gòu)中煤炭所占的比重一直在70%左右。煤炭被譽(yù)為工業(yè)的糧食,煤炭工業(yè)在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有舉足輕重的作用。錨桿支護(hù)作為一種有效的采準(zhǔn)巷道支護(hù)方式,由于對(duì)巷道圍巖強(qiáng)度的強(qiáng)化作用,可顯著提高圍巖的穩(wěn)定性,加之具有支護(hù)成本低、成巷速度快、勞動(dòng)強(qiáng)度減輕、提高巷道斷面利用率、簡(jiǎn)化回采面端頭維護(hù)工藝、明顯改善作業(yè)環(huán)境和安全生產(chǎn)條件等優(yōu)點(diǎn),可提高礦井的經(jīng)濟(jì)效益,因而成為世界各國(guó)礦井巷道的一種主要支護(hù)形式。實(shí)踐表明,錨桿支護(hù)技術(shù)是巷道支護(hù)中的先進(jìn)技術(shù),是當(dāng)今世界巷道支護(hù)技術(shù)的主要發(fā)展趨勢(shì),在我國(guó)煤巷中廣泛推廣錨桿支護(hù)勢(shì)在必行。

  1錨桿支護(hù)機(jī)理
 
  普通錨桿支護(hù)主要是錨桿群的共同作用在巷道圍巖內(nèi)部形成支護(hù)結(jié)構(gòu),通過(guò)該內(nèi)部支護(hù)結(jié)構(gòu)承受巷道外載,以保持巷道圍巖的穩(wěn)定。巷道開(kāi)掘后,原來(lái)處于平衡狀態(tài)的圍巖應(yīng)力受到破壞而產(chǎn)生應(yīng)力集中并重新分布。在這一過(guò)程中,巷道圍巖應(yīng)力由原來(lái)的三向應(yīng)力狀態(tài)變?yōu)閮上蚧騿蜗?,圍巖出現(xiàn)破壞區(qū)和塑性區(qū),此時(shí)若巷道未得到有效、及時(shí)的支護(hù),則隨著時(shí)間的推移,巷道圍巖的極限平衡區(qū)寬度(包括破壞區(qū)和塑性區(qū))會(huì)愈來(lái)愈大,巷道圍巖不可能處于穩(wěn)定狀態(tài)。合理的普通錨桿(群)的及時(shí)支護(hù),使巷道表面圍巖由因開(kāi)挖影響形成的雙向或單向應(yīng)力狀態(tài)變?yōu)槿驊?yīng)力狀態(tài),且錨桿群的共同作用使錨桿在其長(zhǎng)度范圍內(nèi)的巖(煤)體內(nèi)部形成具有一定承載能力的內(nèi)部支護(hù)結(jié)構(gòu)。隨著巷道圍巖的變形,錨桿群的工作阻力隨之增大,被錨固體在錨桿軸線方向的圍壓得到進(jìn)一步加大,從而增加了巷道圍巖的內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角,提高了錨桿錨固范圍內(nèi)圍巖的強(qiáng)度和內(nèi)部支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載能力,阻止巷道圍巖極限平衡區(qū)的擴(kuò)大,減小巷道圍巖的變形,使巷道處于穩(wěn)定狀態(tài)。
 
  2煤巷錨桿支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)
 
  2.1地質(zhì)概況
 
  某礦05467工作面位于8#煤層厚度穩(wěn)定,煤厚3.70~4.25m,平均3.90m,煤層整體傾向西南,傾角2°~5°,一般為4°。8#煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,中下部普遍含有1層泥巖夾石,夾石厚度變化不大。8#煤層局部有1層0.35~0.80m的泥巖偽頂,直接頂為3.85m的石灰?guī)r,直接底板為0.57m的炭質(zhì)泥巖,老底為2.08m的中粒砂巖。煤層綜合柱狀圖見(jiàn)圖1。兩巷煤柱實(shí)際寬度20m,老頂單向抗壓強(qiáng)度102MPa,煤層(被巷道切割)抗壓強(qiáng)度18MPa,頂板巖層抗壓強(qiáng)度102MPa,全煤巷道上方覆蓋巖層平均容重25kN/m3,巷道切割煤層的最大寬度(軌道巷4.5m,皮帶巷5m),被巷道切割的煤層厚度3.6m,巷道埋深161m,節(jié)理、層理為Ⅱ類(lèi)巖層。
 
  2.2錨桿支護(hù)參數(shù)的確定
 
  1)錨桿長(zhǎng)度的確定
 
  5)錨桿的選擇
 
  工作面兩巷錨桿選45Mn螺紋等強(qiáng)度錨桿,巷頂選擇L=2.2m,=22mm;巷幫選擇L=1.6m。45Mn螺紋鋼承載能力>Q=6.64t滿足設(shè)計(jì)要求。W型鋼帶選用BHW-250-2.50,排距為1.0m;幫網(wǎng)采用2.3m×4.0m鐵絲網(wǎng),排距為1.0m。 
 
  3施工工藝流程及技術(shù)要求
 
  3.1施工工藝流程
 
  施工工藝流程:掘巷→打眼→鋪金屬網(wǎng)→鋼筋梯→打錨桿(錨索)。①金屬網(wǎng)選擇:直徑Ф≥3mm,網(wǎng)格尺寸為40mm×40mm菱形網(wǎng),金屬網(wǎng)寬1.0m。②鋼筋梯參數(shù)選擇:圓鋼直徑=10mm;鋼筋梯寬B=100mm。③錨桿(錨索)錨固方式。錨桿采用全長(zhǎng)錨固,深部采用快速藥卷1個(gè),外部采用慢速藥卷,錨桿初始預(yù)緊力為2t。錨索采用端頭錨固,深部采用快速藥卷1個(gè),外部采用慢速藥卷3個(gè),錨索初始預(yù)緊力為4t。
 
  3.2技術(shù)要求
 
  1)錨桿鉆孔直徑要求使用鉆頭28mm,眼深不超過(guò)設(shè)計(jì)深度50mm,錨桿螺母的外露出應(yīng)小于50mm,托盤(pán)必須緊貼巖面。巷道超寬或正常>30mm時(shí),頂板破碎時(shí)可加50mm×50mm×200mm母托盤(pán)。
 
  2)頂板錨桿間排距的誤差不得超過(guò)設(shè)計(jì)±60mm,幫錨桿間排距不超過(guò)設(shè)計(jì)±100mm。網(wǎng)與網(wǎng)之間搭接100mm,誤差±30mm,網(wǎng)與網(wǎng)之間搭接處用鐵絲連網(wǎng)一道。嚴(yán)格要求每班有專(zhuān)人對(duì)松動(dòng)錨桿進(jìn)行加固,確保錨桿的施工質(zhì)量要求。
 
  3)托盤(pán)與煤(巖)壁之間必須緊貼,其有效接觸面積應(yīng)在80%以上。煤巷錨桿支護(hù)巷道,每隔20m要安設(shè)頂板離層監(jiān)測(cè)點(diǎn),長(zhǎng)期觀測(cè)頂板巖層變化情況。如果頂板離層嚴(yán)重,應(yīng)補(bǔ)加錨索或架棚加強(qiáng)頂板支護(hù),以防巷道頂板大面積冒落。
 
  4結(jié)束語(yǔ)
 
  通過(guò)開(kāi)采實(shí)踐可以發(fā)現(xiàn),在巷道兩幫及頂板沒(méi)有明顯的移近量;在距離工作面0~20m范圍內(nèi),移近量變化明顯,但并沒(méi)有造成下沉垮落現(xiàn)象,說(shuō)明支護(hù)效果良好,能夠保證安全生產(chǎn)。實(shí)踐表明,錨桿支護(hù)技術(shù)是巷道支護(hù)中的先進(jìn)技術(shù),是當(dāng)今世界巷道支護(hù)技術(shù)的主要發(fā)展趨勢(shì),是未來(lái)煤礦采準(zhǔn)巷道的重要支護(hù)形式之一。

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