深部采区煤上山巷道锚网支护设计研究.pdf
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1、2023.21 科学技术创新深部采区煤上山巷道锚网支护设计研究孙乐乐1,卫豪杰1,李川2(1.淮河能源矿业(集团)有限责任公司煤业公司,安徽 淮南;2.安徽理工大学 矿业工程学院,安徽 淮南)1工程概况1.1煤层情况张集矿区位于谢桥向斜北翼,主要可采煤层有:1、6、8、11-2、13-1 煤层,次要可采煤层 9 层。研究区域11-2 煤层,厚度为 2.7 m耀3.3 m,平均 3 m,黑色,以块状、碎块状为主,局部呈粉末状,内生裂隙发育,中部赋存一层夹矸,以泥岩为主,厚 0.3 m 左右,总体倾角 3耀8毅,平均 5毅。1.2水文地质情况11-2 煤层顶板砂岩裂隙水具有不均匀性,多以淋滴水为主
2、,个别出水点最大出水量为 20 m3/h。1.3巷道围岩赋存条件巷道直接顶、底为砂质泥岩,灰耀浅灰色,砂泥质结构,砂质含量不均。抗压强度 26.08 Mpa,抗拉强度0.67 Mpa。根据地质资料,C 组煤采区 11-2 煤顶板为芋类中等稳定岩层;底板为芋类中等稳定岩层。东三11-2 煤层采区回风上山适合锚索网支护。2支护参数理论设计2.1支护断面根据淮南矿区支护经验和煤岩层倾角,回采巷道设计断面为近矩形1-3:净宽伊净高=5.4 m伊3.7 m。2.2顶板锚杆支护参数2.2.1顶板破碎带高度 D(1)(2)具体参数取值见表 1,计算破碎带高度为 0.8 m。2.2.2锚杆长度(3)具体参数见
3、表 1,将数值代入式(3)得锚杆长度为1.4m。参考现有支护状况和矿压观测情况4,设计顶板,帮部锚杆长度选择大于 1.4 m 即可,选用锚杆长度 2.5 m,直径 椎20 mm,符合要求。2.2.3锚杆锚固力与锚固长度2.2.3.1锚杆锚固力根据杆体承载力与锚固力等强度原则:(4)具体参数取值见表 1,由式(4)计算结果可知:顶板,帮部单根锚杆锚固力至少为 105.19 KN。2.2.3.2锚杆锚固长度根据 淮南矿区锚杆支护技术管理规范,锚杆采用 囟20 mm、L=2 500 mm。(5)公式(5)中参数的选取依据及作用力与反作用力。具体参数取值见表 1,顶板,帮部实际锚固长度为 700 mm
4、跃163.3 mm,满足需求。摘要:本文对张集矿东三 C 组煤采区进行现场调研,对 11-2 煤采区回风上山支护方案进行优化,通过减少巷道两帮和顶板的锚杆的用量及降低支护密度,发现支护效果和围岩变形程度无明显变化。成功降低了采区上山的支护和劳动成本,提高了回采巷道支护的可靠性和效益。该支护优化方案对张集矿同类采区支护方案设计有一定的指导意义,具有一定的工程价值。关键词:支护方案;支护参数;锚索网支护中图分类号院TD353文献标识码院A文章编号院2096-4390渊2023冤21-0047-04作者简介院孙乐乐(1986-),男,硕士,高级工程师,从事煤矿矿压及支护技术管理工作。DPRh0sin
5、cosPzRRzC12LLDL21P4qPaLPdpPLd p47-科学技术创新 2023.21图 1巷帮锚杆支护方案与巷道围岩变形量关系2.2.4支护密度及间排距(6)具体参数取值见表 1,由式(6)得=0.33 根/m2,取顶板锚杆间距 0.75 m,则排距为:参考巷道现有支护状况,设计顶板,帮部锚杆间排距为 750 mm伊900 mm,满足要求。2.2.5锚杆托盘选用 M 形金属托盘5,托盘强度要不低于 165 KN。托盘用屈服强度大于 235 Mpa 的钢材加工,厚度不小于 8 mm,其中心孔直径 24 mm。故顶板,帮部锚杆支护参数如下:锚杆选材为:椎20mm、L=2 500 mm
6、左旋无纵筋等强螺纹钢锚杆,锚杆间排距为 750 mm伊900 mm,锚固力不得小于 100 KN。2.3锚索支护参数2.3.1冒落拱高度计算(7)计算冒落拱高度 0.79 m。2.3.2锚索长度(8)计算得锚索的长度 2.29 m。选用 6.3 m 满足要求。2.3.3锚索间排距的确定根据悬吊理论计算(9)由式(9)得 Ps=0.48 根/m2,取顶板锚索间距 1 m。则排距为:。锚索间排距取 1 100 mm伊900 mm,满足理论计算要求。2.3.4锚索布置方式11-2 煤采区工作面回风上山采用锚梁网(索)进行支护6,断面为矩形断面,尺寸为 5 400 mm伊3 700mm。顶板,帮部锚杆
7、均采用 囟20 mm伊2 500 mm,间排距为 750 mm伊900 mm;锚索规格为 囟=22 mm伊6 300mm,间排距为 1 100 mm伊900 mm,3-3-0 布置。3支护方案优化3.1帮部支护方案优化如表 2 所示为具体的帮部支护方案优化。表 2帮部支护方案优化如图1所示,选择方案一时,巷道围岩塑性破坏范围较大,两帮为 1.85 m,顶板为 1.14 m,底板为 1.12 m;在方案二与方案三支护情况下,巷道围岩塑性破坏范围较小,两帮分别为1.45 m、1.36 m,顶板分别为1.08 m、1.02 m,底板24dsqKDPa PSP14.040.750.33m符号含义 符号
8、 含义 符号号 含义 符号 含义 D 岩体破碎带高度 C 围岩破坏范围 L1 锚杆外露(煤岩体)长度 d 煤容重 Rp 岩体破碎带半径 H 巷道埋深 L2 锚杆伸入破碎带外的长度 B 巷道跨度 R0 巷道的掘进半径 Ks 巷道周边挤压应力集中系数 a 锚杆直径或锚索直径 f 顶板岩石的坚固性系数 岩体容重 f 煤体普氏系数 Pq 锚杆的屈服强度 La 锚索外露长度 表 1字母含义表1 2bBLfLabcLLL214dsaKDPa f12.08m1 0.48 两帮锚杆 顶板锚杆 顶板锚索 数量 间排距 数量 间排距 数量 间排距 方案一 6 600900 6 1000900 3 1100900
9、方案二 6 600900 7 750900 3 1100900 方案三 6 600900 8 600900 3 1100900 48-2023.21 科学技术创新分别为1.11 m、1.03 m,两者相差不大。综合考虑安全因素与经济效益,选定方案二作为巷道帮部支护方案。3.2顶板支护方案优化如图 2 所示,选择方案一时,巷道围岩塑性破坏范围较大,两帮为 1.48 m,顶板为 1.08 m,底板为1.12 m;在方案二与方案三支护情况下,巷道围岩塑性破坏范围较小,两帮分别为 1.43 m、1.38 m,顶板分别为 0.82 m、0.74 m,底板分别为 1.02 m、0.98m,两者相差不大。综
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