13269(溜子道)锚杆设计

2020-03-02 13:23:22 来源：范文大全收藏下载本文

冀中能源峰峰集团万年矿

13269溜子道煤巷锚杆（索）支护补强修改设计

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总：安全管理部：生产技术部调度：生产技术部技术：审

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琳 2010年8月22日

一、地质概述

1、工作面位置及范围

13269工作面井下位于三水平北三采区南翼下部，其以东、以南为未采掘地区，以西为13267采空区，以北为三水平北三采区下山和-440水平保护煤柱。

地表在东万年村东南，以农田为主，工作面标高-310～-430m，地面标高240～290m，平均埋深640m。

2、地质状况

本区煤层基本稳定，大煤（2#煤）厚度为3.6~5.4m，平均4.5m；煤层结构为0.12（0.06）3.95（0.19）0.24；煤层产状：倾向64°～107°,倾角3°～13°，平均8°，煤质牌号为无烟煤，质硬，其单向抗压强度15～25Mpa之间，平均18.5MPa。伪顶厚0~0.2m，平均0.1m，岩性为炭质页岩，松软，破碎易垮落。直接顶为粉砂岩，局部直接顶相变为细粒砂岩或砂页岩互层，其厚度为2.0~8.0m，平均4.0m；其抗压强度为23.6~48.3Mpa，根据原煤炭部下发《地质条件分类细则》确定本区顶板为三类顶板。老顶为中、细粒砂岩组成，灰白色，以石英、长石为主，裂隙发育，钙质胶结；厚4.0~20m，平均14.0m，岩石坚硬。底板为粉砂岩，厚约3.0m，其抗压强度27.4～55.3MPa，平均46.2MPa。

二、巷道断面设计

1、13269综采工作面溜子道采用锚网梁+锚索支护，巷道设计断面为矩形。

2、巷道断面规格：净宽×净高=4.4m×3.0m。

三、锚杆（索）支护参数设计

1、围岩稳定性分类

根据对该区围岩分析，参照《峰局煤巷树脂锚杆支护技术规范》，对围岩进行分类。

煤层单轴抗压强度σ煤=15～25MPa之间，平均18.5Mpa 直接顶单轴抗压强度σ直接顶=23.6～48.3MPa，平均35Mpa 底板抗压强度σ底板=27.4～55.3 Mpa，平均46.2 Mpa。巷道埋深（平均）h=640m 根据上述条件，参照“锚杆支护煤层巷道围岩稳定性分类”规定，本区巷道围岩定为三类围岩。

2、锚杆（索）支护设计

对于本区巷道参照《煤矿锚杆支护技术》一书中组合梁及悬吊理论计算是比较合理的。

（1）、顶锚杆长度

L=L1+L2（端锚）+L3

式中：L1—锚杆外露长度，取0.05m L2—锚固有效组厚度

L3——锚杆锚固段长度，1根锚固剂长0.6m L2=1.935B[K1p/φ（σ1+σ2）]1/2

K1—与施工方法有关的安全系数，取1.5 B—巷道跨度4.4m P—组合梁上均布载荷

P=rL=25×2.4=60KPa=0.06MPa r—上覆岩层容重取25KN/m3 L—顶锚杆长度选取值2.4m φ—与组合梁层数有关的系数取0.7 σ1—组合梁最上一层抗拉强度取3.5MPa σ2—原岩水平应力，

σ2=λrZ=0.3×25×640=4800kpa=4.8MPa λ—侧压力系数0.3 r—上覆岩层容重取25KN/m3 Z—巷道埋深（平均）h=640m L2=1.935×4.4 [1.5×0.06/0.7（3.5+4.8）]1/2=1.1 L=0.05+1.1+0.6=1.75m 根据以往施工经验，和该区使用锚杆情况，结合本区直接顶厚度为4m，为保证施工安全，选锚杆长度2.4m （2）、顶锚杆锚固力

根据《峰局煤巷树脂锚杆支护技术规范》锚杆锚固力100KN （3）顶锚杆间距

D≤51.55m1（σ1/KP）1/2 式中：m1————组合梁最下一层岩层厚度0.1m σ1——最下一层岩层抗拉计算强度1KPa K——安全系数取10 P——本层自重均布载荷 P=rm1=25×0.1=2.5KPa D≤51.55×0.1×（1/10×2.5）1/2=1m 根据巷道规格，顶锚杆间距D取0.7m，顶部打7根锚杆。（4）顶锚杆排距 L0=Nn/（2KraL）

式中：n：每排锚杆根数，7根

K：安全系数，取2.5 a：巷道掘进宽度一半2.2m L：锚杆长度2.4m L0=100×7/（2×2.5×25×2.2×2.4）=1.1 m 根据以往经验为安全起见取L0=0.7m （5）角锚杆与水平夹角

角锚杆与水平夹角θ应满足下式要求： Lcosθ≥0.2+L1 式中：L1：角锚杆进入煤壁的距离0.5m cosθ≥0.7/2.4=0.292

θ≤73°取θ=60° （6）顶锚杆材质及直径

顶锚杆设计锚固力为100KN，故选用高强度带纵筋螺纹钢锚杆，材质为20MnSi，直径20mm，杆前端螺纹滚丝而成，其屈服载荷为104.7KN，极限载荷为160KN。

（7）锚固剂

锚固剂数量L锚=nφ2卷L卷/（φ2孔-d2） L锚：锚固剂充填长度600mm 式中：n：锚固剂卷数

φ卷：树脂锚固剂直径23mm L卷：树脂锚固剂长度600mm φ孔：锚杆孔直径28mm d：锚杆直径20mm n=600×（282-202）/（232×600）=0.7 故取n=1卷考虑锚杆快速安装，选用CK2360树脂锚固剂和Z2360树脂锚固剂各1卷，校核其锚固力。

P锚=3.14φ孔σ1 L锚K 式中：φ孔：锚杆孔直径28mm=0.028m σ1：锚固剂与孔壁粘结强度，取1.6MPa=1600Kpa L锚：锚固剂长600mm K：药卷长度充填系数1.6 P锚=3.14×0.028×1600×0.6×1.6=135＞100KN满足要求（8）帮锚杆长度

两帮潜在松塌区宽度L1=htg（45-φ/2）式中：h—巷道掘进高度，3.0m φ：煤体内摩擦角56.3°

L1：=3.0×tg（45-56.3°/2）=0.9m 故帮锚杆长度为L=L1+L2+L3

式中：L1：两帮潜在松塌区宽度取0.9m

L2：帮锚杆锚固长度0.6m L3外露长度0.07m L=0.9+0.6+0.07=1.57m 依经验取锚杆长度2.0m （9）帮锚杆间距

D≤1/2L=1/2×2.0=1.0m 根据经验帮锚杆间距取0.7m。

（10）帮锚杆锚固力：A3钢帮锚杆设计锚固力60KN （11）帮锚杆材质及直径

帮锚杆设计锚固力60KN，故选直径18mm，A3钢锚杆，其极限载荷66KN，杆前端螺纹滚丝而成。

（12）帮锚杆锚固剂

帮锚杆锚固剂选用Z2860树脂锚固剂1卷，校核其锚固力。 P锚=3.14×φ孔σ1L锚K 式中：φ孔——锚杆孔直径，φ孔=32mm=0.032m σ1——锚固剂与孔壁之间的粘结度，1000Kpa

L锚——锚固剂长度0.6m

K——药卷长度充填系数1.0 P锚=3.14×0.032×1000×0.6×1.0=60.2KN＞60KN满足要求（13）锚索补强支护参数

根据锚索支护机理，其参数设计参照锚杆悬吊理论进行计算 ①根据工程类比法，依经验选取锚索支护参数，顶锚索长度暂定8m，待施工时每10米打顶板探眼，视揭露煤层顶板情况确定锚索长度，但施工时锚索必须锚固到老顶中1.5m以上。顶锚索在巷道中间顺巷道方向布置三排，排距1.0m，间距1.4m，每两根锚索用一根16#槽钢进行连锁固定，槽钢长2米，迈步交替前进。加强对顶板离层监测，根据监测数据适当调整锚索间排距。帮锚索长度4m，锚索在巷道上、下帮顺巷道方向布置两排，上排锚索距巷道顶板0.6m，锚索排距1.4m，间距5.0m，每根帮锚索配备一个大托板（400×300×10mm铁托板）。

②锚索的材料

顶锚索采用直径Ф21.6ｍm低松弛钢绞线，其破断载荷为480KN。帮锚索采用直径Ф15.24mm低松弛钢绞线，其破断载荷为260KN。

③锚固剂

顶锚索设计初锚固力200KN，锚固剂选用CK2360树脂药卷1卷，Z2360树脂药卷2卷；帮锚索设计初锚固力100KN，锚固剂选用CK2860树脂药卷1卷，Z2860树脂药卷2卷。

（14）其它支护材料

①托板：锚杆均配备200×200×10mm的A3钢板，角锚杆使用专用

角托板。两帮锚索配备大托板（400×300×10mm铁托板）。

②网：为了防止顶板危岩冒落和片帮，顶板和两帮均铺设金属菱形网,网与网直接搭接。

③钢筋梯子梁：采用φ18A3钢制作的钢筋梯子梁护两帮。 ④W钢带：采用长4.6m，宽280mm，厚10mm的W钢带护顶板。 ⑤每根顶锚索索具与槽钢之间垫150×100×10mmA3钢板，A3钢板与槽钢之间垫120×100×10mm木板。

四、巷道支护及断面（见附图）采用“锚网梁+锚索补强”联合支护。

顶锚杆为Ф２0×2400mm高强度左旋20SiMn钢螺纹钢锚杆，每根锚杆用CK2360树脂锚固剂和Z2360树脂锚固剂各1卷锚固，锚杆间距700 mm，排距700mm，顶板中间顶锚杆要垂直顶板，两边顶锚杆向帮倾斜要有30度的夹角。为加强顶板支护，把巷道中线左右各1.4m处打设的顶锚杆替换为4m长的锚索，锚索规格为：Ф15.24mm×4.0m钢绞线，锚固剂选用CK2360和Z2360树脂药卷各一卷，托盘使用200×200×10mm的A3钢板。锚索要垂直顶板打设，打4m锚索处不再打设锚杆，。帮锚杆为Ф18×2000mm高强度左旋20SiMn钢螺纹钢锚杆，每根锚杆用Z2860树脂锚固剂1卷锚固，锚杆间距700mm,排距700mm，两帮锚杆最上一根距顶为100mm，最下面的一根锚杆向下要与煤帮有不小于300的夹角,打在两帮最底根处。

顶锚索规格为：Ф21.6×8000mm的钢绞线，锚固剂选用CK2860一卷和Z2860树脂药卷两卷，顺巷道迈步交替布置三排，排距1.0m，间距1.4m，每两根锚索用一根16#槽钢进行连锁固定，槽钢长2米，迈步交替前进。帮锚索规格为: Ф15.24mm×4.0m钢绞线，锚固剂选用CK2860一卷和Z2860树脂药卷两卷。巷道上、下帮各布置两排锚索，排距1.4米，间距5.0m，每根锚索用一个大托板（400×300×10mm铁托板）固定在梯子梁上，上排锚索距离顶板0.6米。梯子梁为Ф18mm园钢焊制而成。顶板梯子梁横向使用，两帮梯子梁竖向使用，槽钢顺巷道方向纵向使用抬住顶板梯子梁。

当遇断层较大或顶板特别破碎，或煤层在巷道上方，或巷道为全岩、半煤岩等特殊条件，经安监科、调度室、技术科现场调查研究后制定支护方案。

五、巷道监测

煤巷锚杆支护从支护机理和参数计算上有其特性，必须进行巷道监测，通过信息反馈优化支护参数，并为以后煤巷锚杆支护提供依据。

1、每隔20m安设一顶板离层指示仪，锚索测力计，锚杆测力计，顶板位移计，两帮位移计，离层指示仪要安设在巷道顶板中央，其安设必须及时，距工作面迎头不超过10米。巷道开口、透口、断层等特殊地点加设监测数据。

2、单位技术员每班都要认真观测5组监测仪器数据变化，留有记录经主管副总审批，密切注意观察顶板及两帮围岩移动情况，当顶板位移达到30mm时，必须通知技术科、安监科、调度室现场调查，采取缩小锚杆排距、加使棚子等加强支护办法，当顶板位移达到50mm时，必须停止掘进，由外向里进行架棚支护，以里巷道不得有人。

3、巷道每打设50根锚杆必须进行一组（3根）锚杆拉拔试验。拉拔加载至锚杆设计锚固力的90%。有一根不合格时再抽检一组，若第一组抽检有两根（含两根）以上或第二组抽检仍达不到上述要求，要立即停止作业，查明原因及时采取措施。

4、抽样一组（3个）螺母，采用扭矩扳手对螺母扭矩进行检查，每个螺母的扭紧力矩应不小于150Nm，若其中一个不符合要求，将扭矩不足的螺母拧紧即可，超过两个时，须将本班安装的螺母全部拧紧一遍。

5其它由施工单位按峰煤生（1998）3号文件规定制定详细措施。

六、安全技术措施

1、工作面迎头必须采取临时支护措施。顶板破碎、两帮易片时，打临时锚杆或打设木板梁配液压点柱进行临时支护。

2、顶板锚杆要露头即锚，快速安装，帮锚杆距头不超过2排。顶锚索滞后前头不超过2.0米，帮锚索滞后前头不超过5.0米。

3、锚杆孔直径保证“三径匹配”。

4、本设计确定必须用锚杆钻机打设锚杆眼，必须采用锚杆机上紧锚杆螺母，即锚杆快速安装工艺。

5、巷道见断层，必须经安监科、调度室、技术科现场调查研究，采取加强支护或改变支护方式。

6、不同树脂药卷安装时，要先装超快药卷，再装中速药卷。

7、工作面后方要备有一定数量的棚子材料和抢险材料。

8、锚索要固定人员打设，保证顶锚索张拉预紧力达到200KN以上，帮锚索张拉预紧力达到100KN以上，现场要有记录，标明施工人员、验收人员等内容。