锚网支护技术规范试行模板.doc
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1、煤巷锚网支护技术规范(试行)二一六年一月目 录第一章 总 则1第二章 巷道围岩稳定性分类及地质力学评定2第三章 锚网支护设计5第四章 锚网支护材料20第五章 施工技术管理22第六章 锚网支护质量检测及矿压观察28第七章 维修管理要求35第八章 回收管理要求38第九章 锚网支护验收要求41第十章 附 则44第十一章 附件45第一章 总 则第一条 为使*(以下简称*)锚网支护工程设计符合技术优异、经济合理、安全可靠要求,规范施工质量管理,促进锚网支护技术健康发展,特制订本规范。第二条 本规范是在对*所属各单位应用锚网支护技术经验总结基础上,结合中国外优异技术和最新技术发展动态和*以后煤巷锚网支护技
2、术发展方向而制订。第三条 煤、半煤岩巷道锚网支护参考本规范实施。第四条 推广应用锚网支护技术时,必需坚持科学态度,依靠科技进步,主动推广应用新技术、新工艺、新机具、新材料。第五条 对使用新型锚网支护材料及防腐锚网支护材料等,使用单位必需将相关物理、化学等技术参数报*生产管理部,经生产管理部审核同意或组织相关单位判定后方可使用。第二章 巷道围岩稳定性分类及地质力学评定第一条 对巷道围岩稳定性进行分类,其目标是为巷道锚网支护设计、施工和管理提供依据。第二条 *煤巷围岩稳定性分类,暂按巷道围岩稳定性指数、围岩松动圈范围及巷道开挖后围岩变形量,两种方法进行分类,各矿可依据实际情况采取其中一个或两种进行
3、比较后确定。在取得丰富基础性实测资料和深化理论研究基础上,深入研究定量分析方法,使围岩稳定性分类更具科学性、合理性和可操作性。第三条 巷道围岩稳定性指数:巷道围岩开挖前所处位置最大垂直应力(即原岩应力H)和巷道围岩岩石单向抗压强度比值,共分为4类。见表2-1。表2-1 巷道围岩稳定性指数巷道稳定性稳定性指数稳定200注:同一巷道可依据围岩改变情况分为若干类,并采取对应支护对策 第五条 地质力学评定为锚网支护设计提供依据。其内容包含现场地质条件调查、巷道围岩力学性质测定、锚固力拉拔试验。第六条 地质力学评定具体内容见表2-3。第七条 巷道围岩力学参数是煤巷锚网支护设计基础资料,支护设计所需围岩力
4、学指标必需经过实测或地质部门提供。第八条 测试围岩力学性质岩样采集、包装,测试项目、测试方法等,应符合相关标准要求和技术要求。表2-3 地质力学评定内容序号原始资料说明和测取1通常取2倍巷道宽度范围内顶板不一样岩层层数和厚度由临近钻孔柱状图和已采工作面资料确定2各层节理裂隙间距指沿结构面法线方向上均间距,在巷道内或类似条件巷道内测取3岩层分层厚度指分层厚度均值4岩石单向抗压强度利用岩样测定5煤层厚度指被巷道切割煤层厚度6煤层倾角由工作面地质说明书给出,或在井下直接量取7煤层单向抗压强度利用煤样测定8巷道埋深地表到巷道垂直距离9地质结构情况描述工作面地质说明书10水文情况描述工作面地质说明书11
5、煤柱宽度煤柱实际宽度12锚杆在顶板中锚固力现场锚固力拉拔试验13锚杆在煤层中锚固力现场锚固力拉拔试验14巷道几何形状和尺寸宜选择几何形状是矩形、拱形、斜矩形第九条 巷道锚网支护前应作锚杆(索)锚固力拉拔试验,用于评价巷道围岩可锚性。锚杆(索)锚固力拉拔试验应在巷道施工现场或井下相同围岩中进行,每次不少于3根锚杆(索)。有下列情况之一时必需进行锚杆(索)锚固力拉拔试验:1.初始设计之前;2.设计变更;3.材料变更;4.围岩地质条件发生改变。第三章 锚网支护设计第一条 锚网支护设计之前,必需具体地搜集相关地质资料,根据地质力学评定初始设计稳定性分析按初选方案施工现场监测信息反馈和修改、完善设计六个
6、步骤进行,因地制宜,正确有效地加固围岩,充足发挥围岩自承能力。第二条 依据地质力学评定结果,巷道含有锚网支护条件时,进行锚网支护初步设计。锚杆(索)支护设计必需进行方案论证,并将论证结论编入作业规程。第三条 各矿煤巷锚网支护设计方案由主管技术部门主持设计,报矿总工程师组织审批,由主管开拓掘进矿长负责实施。第四条 巷道优先选择矩形断面,在特殊条件可采取拱形或微拱形断面。在满足通风、运输、行人、管线架设、设备安装等要求前提下,各矿应根据煤层赋存情况及围岩稳定情况,确定巷道断面变形预留量,并在设计中明确要求。第五条 为便于现场施工和质量管理,顶板锚杆长度优先选择2400mm,帮锚杆长度优先选择mm。
7、特殊情况下经矿技术部门进行安全性论证后,能够100mm为单位合适增加或减小锚杆杆体长度,但顶板锚杆长度不得小于mm。锚杆杆体直径大于20mm,杆体直径和钻孔直径孔径差应控制在6-10mm,钻孔直径和树脂锚固剂直径之差应为48mm。锚杆间排距推荐使用0.7m、0.8m和1.0m三个层次,可灵活选择并经过锚网支护系统承载力进行校验。滑动结构区巷道和沿顶掘进巷道锚杆间排距,可依据实际情况调整,并经过锚网支护系统承载力进行校验。第六条 煤巷锚网支护初始设计须遵照以下标准1、支护形式选择标准(1)全部巷道严禁使用单体锚杆支护。(2)顶板围岩达成中等稳定以上巷道,必需采取锚网支护,锚杆设计锚固方法为加长锚
8、固,即使用1支K2350树脂锚固剂和1支Z2350树脂锚固剂(巷帮能够使用1卷K2370锚固剂);锚索设计锚固方法为端头锚固,即使用1支K2350树脂锚固剂和2支Z2350树脂锚固剂。遇特殊地质条件时,可依据实际情况加大锚杆(索)锚固长度,同时遇有淋水地段时,采取快速锚固剂,必需时使用防水型锚固剂。(3)厚煤层托顶煤掘进巷道;层厚较薄、层理、节理较发育复合顶板;岩体松软压力大巷道;巷道断面大、沿空送巷、孤岛开采工作面两巷;结构复杂巷道。必需采取锚梁网、锚索联合支护,并视现场情况架设防护性支架。锚杆(索)锚固方法必需为加长锚固或全长锚固,必需时进行注浆加固。2、锚网支护参数选择标准(1)支护必需
9、在相关理论指导下进行,安全系数大于1.5;(2)锚杆设计锚固力不低于杆体屈服载荷;锚索设计锚固力大于钢绞线极限载荷90%。直径20mm左旋无纵筋螺纹钢锚杆预紧力矩锚固于煤体不低于200Nm,岩体不低于260Nm;直径17.8mm锚索预紧力不低于70kN;直径18.9mm锚索预紧力不低于100kN。在特殊地质条件下施工锚索预紧力应在作业规程、方法中明确要求。(3)锚杆(索)及护表构件强度及刚度必需匹配,使安装应力向周围煤、岩体扩散,确保支护整体性能。(4)矩形锚网支护巷道顶板两肩角锚杆必需倾斜安装,和铅垂线夹角为15-25。3、支护体系内锚杆(索)材料选择标准(1)锚杆(索)支护材料,属于“煤安
10、标志”目录产品,如锚杆、锚固剂、钢绞线锁具、预应力锚索等必需含有“煤矿产品安全标志证书”和出厂检验合格证;不属于“煤安标志”目录产品(除各矿自制产品外),如W、M型钢带、黑色硬质网等必需含有检验合格证和出厂检验合格证,不然,不准在井下使用。(2)锚杆螺母必需采取扭矩螺母,实现快速安装。(3)锚杆杆体屈服强度大于335Mpa级螺纹钢,全部巷道严禁使用右旋无纵筋锚杆和建筑螺纹钢锚杆,必需使用左旋无纵筋(KMG335)锚杆或使用更高支护强度左旋锚杆,全部锚杆必需配套使用扭矩螺母和减摩垫圈。(4)锚杆须使用鼓形托盘,肩窝和底角锚杆采取异型托盘,尺寸不得小于140140mm,厚度不得小于10mm;锚索托
11、盘不得小于300300mm(废旧U型钢加工托盘长度大于300mm,严禁使用25U型钢加工托盘),厚度不得小于10mm。托盘材质必需使用A3及以上强度钢材加工。托盘材质及尺寸可依据矿压观察结果合适调整。锚杆托盘外形优先使用圆形,若采取矩形托盘在安装过程中应确保托盘和钢筋梯平行。(5)锚杆支护巷道顶板及两帮必需使用圆钢钢筋梯,圆钢直径不低于10mm,钢筋梯内径小于80mm。(6)煤巷锚索选择17.8mm及以上直径规格;锚索材质必需选择1860MPa及以上抗拉等级、延伸率不低于3.5%低松弛性国家标准钢绞线。(7)锚网支护巷道,当顶板为煤层或较破碎岩石时,必需使用冷拔丝编织网、钢筋网或编织成型菱形网
12、+黑色硬质塑料网护表,网孔尺寸不得大于6060mm,菱形网铁丝和冷拔丝编织网直径不低于4mm(8#铁丝)、钢筋网直径不低于6mm。4、锚杆(索)支护设计和施工作业规程,两个月必需进行一次评定,并依据评定结果和现场监测信息立即对支护形式和支护参数进行优化和修正。5、设计锚固力取值按下式确定:N=(d2屈)/4式中:屈杆体材料屈服极限,MPa;d杆体直径,mm。同时,锚杆设计锚固力不低于杆体屈服载荷;锚索设计锚固力大于钢绞线屈服强度90%。第七条 初始设计可按以下方法进行1、计算机数值模拟方法,其基础步骤为:(1)利用地质力学评定结论资料建立地质力学模型。(2)利用地质力学模型分析巷道围岩变形失稳
13、类型。(3)利用地质力学模型对多种可行支护方案进行支护效果分析比较,优选出最好方案作为初始设计。2、理论分析和工程类比法支护理论关键为悬吊理论、组合梁理论、自然平衡拱理论和围岩强度强化理论。依据巷道围岩地质力学评定,分析锚网支护应适用何种支护理论,并明确支护理论应用时注意事项。理论分析作为锚网支护作用定性分析,其简化理论计算公式作为锚网支护参数确定参考依据。支护参数应依据围岩稳定性分类及在本规范明确锚网支护形式和支护参数范围内选择支护方案。同时和本采区同类型巷道地质结构异同情况和支护参数进行对比,并详述已施工巷道支护情况及估计拟施工巷道支护效果。有类比经验,优先采取工程类比法。第八条 简化理论
14、公式验算按下式进行:1、按悬吊理论(1)锚杆长度LL=L1+L2+L3式中:L1锚杆外露长度,m;L2软弱岩层厚度(可依据柱状图确定),m;L3锚杆伸入稳定岩层深度(通常大于0.5m),m。(2)锚固力N:可按锚杆杆体屈服载荷计算N=(d2屈)/4式中:屈杆体材料屈服极限,MPa;d杆体直径,mm。(3)锚杆间排距锚杆间距D1/2L锚杆排距L0=Nn/2KaL2式中:n顶板每排锚杆根数;N每根锚杆锚固力,kN;K安全系数,取2-3;上覆岩层平均容重,取25kN/m3;a巷道半跨度,m。2、按自然平衡拱理论计算(1)巷道掘进后煤帮最大破坏深度C式中:C煤帮最大破坏深度,m;Kc采掘工程扰动系数,
15、实体煤取1,沿空取1.5;上覆岩层平均重力密度,kN/m3;H巷道埋深,m;fc煤层硬度系数;h巷道轮廓范围内煤夹层厚度,m;煤体内摩擦角,。(2)无顶煤时巷道掘进后顶板最大破坏深度b 式中:C煤帮最大破坏深度,m;fn锚固岩层硬度系数;a巷道半跨距,m;煤层倾角,;ky锚固岩层稳定性系数,见表3-1、3-2。表3-1 顶板岩层完整性分级表顶板岩层完整性节理间距S1/m层理间距S2/m稳定性系数完整S13S220.95较完整1S131S220.85通常完整0.4S110.3S210.75破碎0.1S10.40.05S20.30.65很破碎S10.1S20.050.55表3-2 煤层稳定性分级表
16、煤体完整性稳定性系数描 述完整0.95煤体很完整,无可见显著节理和层理较完整0.85煤体较完整,节理、层理较少,巷道掘出后基础不片帮和冒落通常完整0.75煤体内有一定数量节理、层理,巷道掘出后局部有片帮和冒落现象破碎0.65煤体内节理、裂隙发育,巷道掘出后连续出现片帮和冒落现象很破碎0.55煤体内节理、裂隙很发育,巷道掘出后片帮和冒落严重(3)留顶煤时巷道掘进后顶板最大破坏深度b式中:C煤帮最大破坏深度,m;fn锚固岩层硬度系数;a巷道半跨距,m;煤层倾角,;ky锚固岩层稳定性系数,见表3-1、3-2;m煤层厚度,m;h巷道轮廓范围内煤夹层厚度,m。(4)巷道顶板围岩压力计算当C为正值时,作用
17、在煤帮一侧压力Qb为:式中:r、c岩石和煤重力密度,kN/m3。作用在顶板压力Qd为:式中:上覆岩层重力密度,kN/m3;a巷道半跨度,m;b顶板最大破坏深度,m;B采动影响系数。(5)锚杆长度选择顶锚杆长度Ld:帮锚杆长度Lb:式中:s锚杆锚入巷道围岩破坏范围之外深度,取0.5m。当采取上述公式计算得到顶帮锚杆长度大于3.0m,顶帮锚杆长度统一取2.4m。(6)锚杆间排距顶锚杆间距 Dd1/2L顶锚杆排距 L0=Nnd/KQd式中:nd顶板每排锚杆根数;N每根锚杆锚固力,kN;K安全系数,取2-3;Qd顶板压力,kN。帮锚杆排距和顶锚杆排距相同。帮锚杆间距 Db=h/(L0KQb/N-1)式
18、中:N设计锚杆锚固力,MPa; K安全系数,取23; L0煤帮锚杆排距,同顶板排距,m; Qb两帮侧压值,kN; h巷道高度,m。(7)顶板锚索长度L式中:La锚索伸入到较稳定岩层锚固长度,m;b顶板最大破坏深度,m;Lc上托盘及锚具厚度,取0.1m;Ld需要外露涨拉长度,取0.2m;锚索长度L为L向上取整后加0.2m。当采取上述公式计算得到顶板锚索长度大于10.2m,顶板锚索长度统一取10.2m。(8)顶板锚索密度式中:Pmin锚索设计锚固力,kN;Qd顶板岩层压力,kN;K安全系数。3、基于锚网支护极限承载能力设计方法受滑动地质结构影响,二1煤层结构面极为发育,所以锚网支护护表性能对巷道围
19、岩控制效果影响较大。所以,依据本规范中推荐锚网支护技术参数确定支护方案后,可按以下步骤进行校核。(1)金属网提供极限围压计算金属网提供极限围压qw为:式中:n在四根锚杆控制围岩面积l2中铁丝数;d金属网铁丝直径,mm;l锚杆间距,mm;ymax金属网受外力挤压后极限挠度,mm;金属网铁丝许用应力,MPa。(2)锚杆提供极限围压计算锚杆对围岩极限围压qm为:式中:D锚杆直径,mm;t锚杆抗拉强度,MPa;l锚杆间距,mm;m锚杆排距,mm。当qmqw时,锚杆杆体强度满足要求,不然应重新选择锚杆杆体,直至满足要求。(3)金属网承受挤压载荷计算式中:s上覆岩层平均容重,kN/m3; H巷道埋深,m
20、Rcm锚杆锚固范围内煤岩体加权平均单轴抗压强度,MPa; Kc采掘工程扰动系数,实体煤取1,沿空取1.5 m锚杆锚固范围内煤岩层加权平均容重,kN/m3;hm锚杆长度,m; m锚杆排距,m; b巷道跨度,m。上式中,Rcm按以下方法确定:式中:Rci锚杆锚固范围内第i层岩层单轴抗压强度,MPa;Li锚杆锚固范围内第i层岩层厚度,m;L锚杆锚固范围,m;i1,2,3n。同理,可计算得到m。(4)锚网支护巷道顶板安全校核锚杆支护保障巷道顶板安全,需满足下列条件:式中:K安全系数;m锚杆排距,m;b巷道跨度,m。4、锚索补强支护设计方法依据锚索作用机理,锚索补强支护作用可分为悬吊作用和挤压加固作用。
21、(1)悬吊支护设计顶板锚索长度L式中:La锚索伸入到较稳定岩层锚固长度,m;b顶板最大破坏深度,m;Lc上托盘及锚具厚度,取0.1m;Ld需要外露张拉长度,取0.2m;锚索长度L为L向上取整后加0.2m。(2)挤压加固设计式中:Lm锚杆长度,m;锚索长度L为L向上取整后加0.2m。除上述支护设计方法外,各矿工程技术人员也可自行选择科学、合理锚网支护设计方法。第九条 初始设计中必需包含以下内容:1.巷道名称、位置、用途和巷道设计断面。2.巷道锚杆(索)支护部署图。3.锚杆(索)几何参数(长度、直径)、力学参数(强度)及确定依据。4.锚杆(索)部署参数(间排距、角度)及确定依据。5.锚杆(索)锚固
22、参数(孔径、锚固长度)及确定依据。6.锚杆预紧力矩、设计锚固力;锚索预紧力、设计锚固力。7.钢带(或钢筋梯)形式、强度、规格。8.金属网形式、强度、规格。9.施工工艺方法。10.施工工艺要求及质量管理指标。11.相关安全技术方法:临时支护,控顶距。12.验证初始设计观察和监测方案。13.估计巷道受采动影响时可能出现问题,和应采取对应方法。14.支护材料及估计支护成本。第十条 初始设计要对掘进工程中可能碰到围岩地质条件改变提出对应对策。第十一条 锚网支护初始设计作为掘进工作面作业规程组成部分和工程质量管理依据,编入掘进工作面作业规程并经矿总工程师主持审查,完成审批程序后生效。第十二条 按初始支护
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