煤礦采區(qū)巷道支護(hù)設(shè)計(jì)方案研究

1、<p>　　煤礦采區(qū)巷道支護(hù)設(shè)計(jì)方案研究</p><p>　　摘要：隨著煤炭開采量的不斷增加，煤礦開采深度不斷加深，開采時(shí)遇到的地質(zhì)情況也是越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)煤礦開采安全尤其是巷道支護(hù)的要求更是越來(lái)越高。目前，在煤巷支護(hù)工程中用到的最多的支護(hù)技術(shù)是錨桿支護(hù)。本文結(jié)合某煤礦巷道支護(hù)設(shè)計(jì)實(shí)例，探討了懸吊理論設(shè)計(jì)方法，希望對(duì)類似工程的設(shè)計(jì)和建設(shè)提供借鑒作用。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：

2、回風(fēng)巷；懸吊理論；支護(hù) </p><p><b>　　1 、引言 </b></p><p>　　近年來(lái)煤礦開采水平向深度發(fā)展，出現(xiàn)的軟巖工程問(wèn)題越來(lái)越多。軟巖巷道變形量大，支護(hù)受力大，一般采用可縮性U型鋼支架，但是其不但成本高、勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且有時(shí)還容易發(fā)生破壞。自從圍巖松動(dòng)圈支護(hù)理論提出，在隨后的巷道支護(hù)研究中確定主要研究對(duì)象為松動(dòng)圈發(fā)展過(guò)程中的碎脹變形。人們逐漸開

3、始用錨噴支護(hù)代替U型鋼支架來(lái)解決軟巖支護(hù)問(wèn)題，不僅支護(hù)效果好，而且經(jīng)濟(jì)技術(shù)效益顯著。本文結(jié)合工程實(shí)例，探討了錨桿的懸吊作用機(jī)理，并介紹了其支護(hù)設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用。 </p><p>　　2 、錨桿的懸吊作用機(jī)理 </p><p>　　1952～1962年，Louis A、Pane K經(jīng)過(guò)理論分析及實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，提出錨桿作用機(jī)理是將直接頂板懸吊到堅(jiān)硬巖層上。例如，在緩傾斜巖層中錨桿的懸吊作用

4、就是錨桿將下部不穩(wěn)定的巖層（直接頂或塊狀結(jié)構(gòu)中不穩(wěn)固的巖塊）懸吊在上部穩(wěn)固的巖層上、阻止巖塊或巖層的垮落。錨桿所受的拉力來(lái)自被懸吊的巖層重量，并據(jù)此設(shè)計(jì)錨桿支護(hù)參數(shù)。 </p><p>　　懸吊軟弱巖層頂板 懸吊危巖 </p><p>　　1―錨桿 2―不穩(wěn)定巖層 </p><p>　　3―危巖 4―堅(jiān)固圍巖 </p><p>　　圖1 錨桿

5、懸吊作用示意圖 </p><p>　　這一理論應(yīng)用具有局限性，我國(guó)應(yīng)用的錨桿長(zhǎng)度一般為1.6～2.0m之間，當(dāng)破碎帶較大時(shí)，采用該理論無(wú)法設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)，而且大量工程實(shí)踐證明，即使巷道上部沒有穩(wěn)固的巖層，錨桿也可以發(fā)揮其作用。例如在全煤巷道中，錨桿錨固在煤層中也能起到支護(hù)作用。 </p><p><b>　　3 3、工程實(shí)例 </b></p><p&

6、gt;<b>　　3.1 工程概況 </b></p><p>　　某煤礦西部回風(fēng)巷井下位于井田西翼，位于七采區(qū)北部、八采區(qū)南部，相對(duì)地面位置位于南陽(yáng)湖。巷道用途為滿足西部采區(qū)的輔助運(yùn)輸、回風(fēng)、行人、管線敷設(shè)等需要，全長(zhǎng)約1683m。 </p><p>　　巷道煤（巖）層賦存情況如下： </p><p>　　煤3下：黑色，塊狀，以亮煤為主，暗煤次

7、之，瀝青光澤，條痕為褐黃色。3下煤最大厚度4.03m，最小0m，平均3.5m，f =1～2。 </p><p>　　泥巖：灰黑色泥巖，質(zhì)純，局部發(fā)育大量滑面構(gòu)造，深灰色， f =2～4。 </p><p>　　粉砂巖：深灰色，富含炭化植物碎屑化石，波狀及水平層理，層面含大量炭化物，局部夾有薄煤線，f =4～6。 </p><p>　　細(xì)砂巖：淺灰色，成份以石英為主，

8、長(zhǎng)石次之，含少量暗色礦物。粘土質(zhì)膠結(jié)，較堅(jiān)實(shí)。裂隙發(fā)育，充填有方解石脈，f =6～8。 </p><p>　　中砂巖：灰白色，略帶綠色。成份以石英為主，長(zhǎng)石次之，含少量暗色礦物，含少量粗砂質(zhì)，f =8～10。 </p><p>　　巷道斷面為半圓拱形斷面，巷道凈寬為5000mm，巷道凈高度為4100mm，半圓拱巷道凈斷面積17.81 m2。 </p><p>　　圖

9、2 西部回風(fēng)巷斷面示意圖 </p><p>　　3.2按懸吊作用理論錨桿支護(hù)參數(shù)計(jì)算 </p><p><b>　　1）錨桿長(zhǎng)度 </b></p><p><b>　　式中： </b></p><p>　　L ― 錨桿長(zhǎng)度，m； </p><p>　　L1 ― 錨桿在巷道中的

10、外露長(zhǎng)度，L1 =墊板厚度+螺母厚度+（0.02～0.03）m，其值主要取決于錨桿類型，對(duì)于端錨錨桿，一般取0.15m； </p><p>　　L2 ― 錨桿有效長(zhǎng)度，m； </p><p>　　L3 ― 錨桿錨入穩(wěn)定巖層的錨固長(zhǎng)度，應(yīng)由拉拔試驗(yàn)確定，一般按經(jīng)驗(yàn)取0.5m； </p><p>　　k ― 安全系數(shù)，一般取k=2； </p><p&

11、gt;　　h ― 冒落拱高度，m； </p><p>　　在解析法中，常用普氏自然平衡拱理論確定h的大小， </p><p><b>　　當(dāng) 時(shí)， </b></p><p><b>　　當(dāng) 時(shí)， </b></p><p>　　即：h = = 0.44（m） </p><p>

12、　　式中：B ― 巷道開掘?qū)挾?，?.3m； </p><p>　　f ― 巖石堅(jiān)固性系數(shù)，取6； </p><p>　　H ― 巷道掘進(jìn)高度，m； </p><p>　　― 巖體內(nèi)摩擦角，（°）； </p><p>　　則：L=0.15+2×0.44+0.5=1.53m </p><p><

13、b>　　2）錨桿桿體直徑 </b></p><p>　　根據(jù)桿體承載力與錨固力等強(qiáng)度原則確定，則 </p><p><b>　　d=35.35 </b></p><p>　　式中： d ―錨桿桿體直徑，mm </p><p>　　Q ―設(shè)計(jì)錨固力，由拉拔試驗(yàn)確定，取100kN； </p>

14、<p>　　―桿體材料抗拉強(qiáng)度，取315MPa。 </p><p>　　則：d=35.35× =20mm </p><p><b>　　3）錨桿間、排距 </b></p><p>　　根據(jù)每跟錨桿懸吊巖石荷載大小確定錨桿間距（a）與排距（b）（通常a=b），即錨桿懸吊巖石荷載（G=a L γ）等于錨桿的錨固力（Q）。在考慮了

15、安全系數(shù)k的情況下： </p><p>　　式中： a-錨桿間距，m； </p><p>　　Q-錨桿設(shè)計(jì)錨固力，100kN； </p><p>　　k-安全系數(shù)，一般取k=2； </p><p>　　h-冒落拱高度，取0.44m； </p><p>　　r-被懸吊巖石的容重，取12.74 kN/m3； </p&

16、gt;<p><b>　　a= m </b></p><p>　　通過(guò)以上計(jì)算，選用直徑20mm、長(zhǎng)度2000mm的左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿，錨固劑選用直徑23mm、長(zhǎng)度400 mm的K2340型及CK2340型樹脂錨固劑，每孔各一支；錨桿間、排距為800×800mm（±50mm）矩型布置，采用錨桿緊跟迎頭方式支護(hù)，錨桿設(shè)計(jì)錨固力為100kN。 </p&g

17、t;<p>　　圖3 西部回風(fēng)巷斷面支護(hù)示意圖 </p><p><b>　　4 、結(jié)束語(yǔ) </b></p><p>　　我國(guó)煤礦錨桿支護(hù)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展， 應(yīng)用范圍已擴(kuò)展到受動(dòng)壓影響的回采巷道、軟巖巷道、破碎或復(fù)合頂板巷道及工作面開切眼和大斷面硐室，錨桿支護(hù)的種類、結(jié)構(gòu)形式及規(guī)格層出不窮，而錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法卻比較單一，即普遍采用工程類比法， 因而不可避免

18、地帶有一定的盲目性。因此，在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)分析不同種類錨桿結(jié)構(gòu)的作用原理，考察不同設(shè)計(jì)方法的特點(diǎn)，探討影響支護(hù)效果的主要因素， 明確錨桿支護(hù)技術(shù)與設(shè)計(jì)方法。本文詳細(xì)介紹了懸吊理論在工程實(shí)例中的應(yīng)用，希望能對(duì)類似工程問(wèn)題提供借鑒。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1] 董方庭，姚玉煌，黃初，等.井巷設(shè)計(jì)與施工[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)

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