上风巷锚梁网支护设计方案

--------第页--------１一、巷道概况及地质条件：（一）、巷道概况（巷道名称、位置、用途）：2631（3）上风巷位于我矿西三采区13槽，巷道西起2631(3)上风巷进料联巷，东至2631（3）切眼。设计全长为836.5米，现由于下顺槽施工期间提前见压，因此相应将上风巷、下顺槽的设计长度减少了8米，变更后上风巷长度应为828.5米。目前巷道跟13-2煤层顶板施工，截止到11月30日早班止，已施工486米，预计再向前施工342.5米将到设计切眼位置。巷道所处标高为-576～—615米，其主要作用是：2631（3）工作面回采期间回风、进料用。（二）、巷道掘进范围内的地质资料：一、巷道顶、底板纵向上的地质资料：根据地测科提供的《2631（3）工作面掘进地质说明书》及结合WⅡ-3-7、ⅤⅢ-5勘探钻孔的地质情况，表明剩余342.5米巷道中的13-1煤层、13-1煤层及其顶底板岩性情况基本如下：A:煤层情况：13—1煤厚4.35m～4.58m,13—2与13—1煤层间距0.6～0.64m，目前为1.1米，13—2煤厚0.85～1.37m，目前为1.0米。B:顶板情况，自下向上划分为：①、13—1煤层:厚度4.0m～4.55m;②、泥岩:厚度0.58～0.64m，目前1.1米;③、13—2煤层:厚度0.83～1.35m，目前1.0米;④、泥岩：厚度1.37m～1.39m;⑤、砂质泥岩:厚度6.61m～8.48m;岩石坚固性系数为1.5～6.0m。--------第页--------２B:底板情况，自上向下划分为：①、泥岩，厚度0.7～0.72m;②、中砂岩，厚度0～2.03m;③、泥岩,厚度0～1.29m;④、12煤,厚度0.27～0.55m;根据以上地质资料并结合本巷道受2621(3)工作面回采期间地应力影响后，13-1煤层与13-2煤层夹矸极为破碎等因素。因此，决定2631（3）上风巷剩余的342.5米跟13—2煤层顶板掘进。c:围岩分类：根据以上地质资料并参照煤炭工业出版社出版的《井巷工程》中岩石的性质与工程分级、分类表：确定本施工区域内13—2煤层顶板为Ⅲ类（中等稳定岩层）岩石。二、巷道左、右侧横向上的支护条件及支护分析：1)、2621（3）工作面采用综放开采，于2004年采完，本巷道掘进与上阶段回采的间隔时间仅有2年左右。2)、本巷道与2621（3）采空区之间仅留2米隔离煤柱，且上阶段下顺槽掘进期间每隔50米在其下帮施工瓦斯抽放钻场，钻场长4米，深2.5米。3）、由于受上阶段回采应力的影响，2米隔离煤柱的支撑强度大大降低，甚至在过钻场期间，采空区侧的顶板将完全失去煤柱的有效支撑。如果支护设计与施工不当，巷道顶板有发生断裂垮落的可能性。二、巷道断面、形状的选择：因本巷道跟13-2煤层顶板施工，且巷道沿煤层走向掘进，由于煤层的自然倾角确定该巷道断面形状为：斜梯形，同时根据本工作面回采期间的综采支架及大型设备需要，确定本巷道规格为：巷宽×中高＝4000×2800mm（具体要见巷道断面布置--------第页--------３图）。三、巷道支护设计：（一）1、顶板支护：（1）锚杆、锚索联合支护方案的选取：根据以上地质资料，因13—2煤层顶板中有1.37～1.39米的泥岩以及本巷道上帮距2621（3）采空区2米煤柱的支撑强度已大大降低等因素，若顶板仅采用单一的锚杆、索支护，很难保持顶板的稳定性，尤其是上帮的支护强度得不到保证，易导致顶板下沉或垮落。若采用采用锚杆、锚索+11#工字钢棚联合支护，锚索具有很强的柔韧性，锚索长度可随意调整，可以锚固到13—2煤层顶板的砂质泥岩中，能有效控制直接顶内岩性相对较差的泥岩以及实现将支护载荷传递至深部稳定岩层的目的；同时，上帮采用工字钢柱腿支护时，能有效提高巷道上帮的支护强度，避免顶板严重下沉和整体垮落事故的发生，能有效地支护住顶板。因此确定2631（3）上风巷顶板采用锚杆、锚索+11#工字钢棚联合支护为能有效控制锚杆（索）之间岩石块体的冒落及改善顶板表面岩层的完整性和韧性，决定在施工巷顶锚索之前，首先沿顶板表面、垂直于巷道走向方向铺设金属网（10#铁丝编制），然后用12#槽钢作托梁、A3钢作托板（规格140×90×10mm）配合锁具、Z2355型锚固剂联合支护顶板。顶板支护结构采用：锚杆+锚索+12#槽钢梁+金属网。2、锚杆（索）支护参数选取：（1）锚索几何参数（长度、直径、强度）的确定：A、锚索材料（直径、强度）的确定：--------第页--------４根据我矿13槽锚杆（索）支护经验及结合本施工区域内的顶板岩性情况，确定本巷道锚索支护材料如下：锚索选用高强度、低松驰级，每根锚索采用7根￠5mm钢绞线粘结组成，直径￠15.24mm，重量1.1Kg/m，截面积S=146mm2，强度为1860Mpa，最低破断载荷260KN。B、锚索长度的确定：Ls=L1+KL2+L3式中L1：锚索外露长度，取0.20m；K：伪顶和直接顶厚度不均匀系数，取K=2；L2：伪顶厚度，L2=1.4m；L3：锚索锚固段长度(锚入稳定岩层长度不低于1m)，取L3=1.2m；根据锚索锚固段长度，每根锚索配备4卷Z2355型树脂锚固剂，Ls=L1+KL2+L3=0.20+2×2.0+1.2=5.4m取8米。（2）锚杆（索）附件（托梁、托板、木垫板）参数的确定：A、托梁的确定：据《2631（3）工作面掘进地质说明书》及结合WⅡ-3-7、ⅤⅢ-5勘探钻孔提供的地质情况，13—2煤层顶板中1.4米为泥岩，岩性较差，为最大限度地改善顶板表面岩层的完整性和韧性，决定采用12#槽钢梁作为锚索托梁（长度根据巷道顶板自然宽度确定3.3米）。B、托板的确定：根据我矿锚梁网支护经验：巷顶采用12#槽钢作托梁时，采用A3钢加工制作的金属平托配合使用（托板规格根据槽钢梁宽度而定：140×90mm×10mm）。--------第页--------５C、韧性垫板的确定：为避免锚索在顶板应力初次来压时断绳现象的发生，必须给锚索一定的让劲。根据我矿锚梁网支护的经验，确定采用优质木材加工的可缩性垫板作为锚索让劲的介质。可缩性木垫板的规格：长×宽×厚：140×90mm×50mm。D、金属网的确定：根据本巷道施工区域内的顶板情况，决定采用10#铁丝编制的菱形金属网配合槽钢梁、锚杆（索）改善顶板表面岩层的完整性和韧性，控制锚杆之间岩石块体的冒落，金属网抗拉强度为：300～500Mpa,伸长率:(标距100mm)不小于12%。。（3）锚杆几何参数（长度、直径、强度）的确定：A、锚杆材料（直径、强度）的确定：根据地测科提供的《2631（3）工作面掘进地质说明书》及结合WⅡ-3-7、ⅤⅢ-5勘探钻孔提供的地质情况，13—2煤层顶板中1.4米厚的泥岩较软，围岩变形量较大。因此，要求锚杆杆体适应变形能力相应增加，与之相应，锚杆拉拔力及锚杆杆体长度也应该相对增加。因此，确定本巷道锚杆支护材料如下：根据锚杆拉拔力巷顶(岩孔)≮100KN，确定巷顶锚杆直径为￠20mm的高强锚杆。巷帮锚杆拉拔力(煤孔)≮40KN，确定巷帮锚杆直径为￠20mm的螺纹锚杆，根据我矿物管部门的质检报告：直径为￠20mm锚杆杆体的抗拉强度为：490Mpa，杆体伸长率≥15%，杆体屈服强度为：335Mpa。锚杆安装预应力不得低于15KN，锚杆螺丝扭矩不得低于100N.m。最终拉拨力不得小于100KN。B、锚杆长度的确定（按悬吊理论）：根据地质部门提供的地质资料，并结合WⅡ-3-7、ⅤⅢ-5勘探钻孔提供的泥岩厚度及锚杆锚入砂质泥岩中的有效锚固长度，确定巷顶锚杆长度：--------第页--------６Lg=KH+L1+L2式中Lg：锚杆全长，m；K：安全系数，一般为2,但本巷道顶部采用锚杆、锚索联合支护，因些，巷顶锚杆主要起组合梁及加固拱作用，巷顶不稳定岩层主要由锚索悬吊，取安全系数为1.5；H：软弱岩层厚度，为1.4m。L1：锚杆锚入稳定岩层的长度，取为0.25m。L2：锚杆外露长度，取为0.05m。代入上式：Lg=1.5×1.4+0.25+0.05=2.4m取2.5米。（3）、锚固参数（孔径、锚固剂型号、锚固长度）的确定：①锚杆孔径的确定：根据锚杆支护“三径”（锚杆直径、锚固剂直径、锚杆孔径）应该相匹配的原理及结合已确定的锚杆杆体直径￠20mm，确定锚杆孔径：根据我矿13槽的锚杆支护经验，锚杆孔径与锚杆杆体之差，保持在8mm时，锚固效果较好，所以，确定本巷道锚杆孔径为￠28mm（选用￠27mm的合金钢钻头钻进）。②锚固剂型号的确定：a、锚固剂直径的确定：锚固剂锚固性能的好坏与锚杆支护“三径”（锚杆直径、锚固剂直径、锚杆孔--------第页--------７径）合理匹配密切相关。因此，要发挥树脂锚固剂的最佳性能，实现锚杆拉拔力的最佳效果，锚固剂直径应与锚杆孔径￠28mm、锚杆杆体直径￠20mm相匹配。根据锚杆支护“三径”相匹配原理，及结合我矿13槽锚杆支护经验，锚杆孔径与锚固剂直径之差，保持在5mm时，锚固效果较好，所以确定树脂锚固剂的直径为￠23mm。（3）锚固长度的确定：根据锚杆设计拉拔力：巷顶最终拉拔力（岩孔）不得低于100KN,巷帮(煤孔)不得低于40KN，锚索最终拉拔力不得低于200KN，确定其锚固长度为：锚索锚固长度(锚入稳定岩层长度不低于1m)：1200mm，每孔采用4卷Z2355型锚固剂。锚杆锚固长度：800mm，每孔采用2卷Z2355型锚固剂。（4）锚杆(索)间、排距的确定：a、按悬吊理论计算间、排距:Ⅰ、根据悬吊理论,每杆锚杆(索)悬吊岩石的重量要小于或等于锚杆(索)拉拔力Q或杆体拉断力P：即Q=KHa2r式中Q：锚杆设计拉拔力,100KN；K：安全系数，取1.5；H：软弱岩层厚度（或冒落拱高度）取1.4m；a：锚杆的间、排距，m；r：软弱岩层（被悬吊岩层）的平均重度，取26KN/m3由上面公式，可以得锚杆（索）间、排距计算公式：a=KHrQ/--------第页--------８a=624.15.1/100a=1.83m因锚杆支护的理论计算存在许多理想因素和隐蔽因素，所以，在选取通过理论计算锚杆支护参数的同时，必须结合同区域、同类型或近似类型巷道的支护经验，保留一定安全系数。所以，在参照以上计算结果，同时结合本巷道特殊的地质条件，决定保留2.0的安全系数，取a=0.7～0.90m。按照每排布置三根锚索、二根锚杆考虑，锚索间距为800mm，锚杆间距为3200mm，排距均为700mm，锚索沿巷道中心线对称布置，锚杆布置在两帮肩窝处，综上所述，顶部支护采用3根锚索、2根高强锚杆配合12#槽钢梁、10#铁丝编制的金属网联合支护，锚杆（索）间排距800×700mm。（二）、巷道帮部支护：一、巷道上帮的支护：根据本巷道上帮距2621（3）采空区只有2米的隔离煤柱及每隔50米巷道将过一长向长为4米的瓦斯抽放钻场等条件，决定上帮采用单体走向棚支护。单体走向棚由长度为1.4米的14#槽钢顶梁与长度为3.2米的矿用11#工字钢柱腿构成。14#槽钢顶梁需分别在距梁头两端100mm、700mm的槽子内用10mm厚的钢板焊接一个净宽×净深×净高为：95mm×120～140mm×45mm的矩形槽，用于防止掘进期间刚架设的11#工字钢柱腿在煤层顶板走向、倾向上错动。为实现14#槽钢顶梁与煤层顶板的固定，需分别在距梁头两端400mm的槽钢梁上钻一个直径为34mm的孔，用于掘进期间，通过施工￠16mm×1600mm的普通锚杆，实现槽钢顶梁与煤层顶板的固定。（具体加工图另附）。--------第页--------９11#工字钢柱腿顶、底端分别焊接90mm×110mm×10mm与300mm×300mm×10mm的金属垫板。柱腿埋入巷道底板150mm。走向单体棚紧巷帮支设，11#工字钢柱腿保持80°的睡度。走向单体棚棚距600mm，相邻柱腿之间用拉条相互连接、拉紧。拉条安装在距巷底向上1.6米处。走向棚与煤帮之间采用￠50×800mm的塘柴棍和12#铁丝编制的金属网背护，金属网规格3