极破碎顶板松软煤层宽切割支护设计研究(1)

1、极破碎顶板松软煤层宽切割支护设计研究贵州绿洲红城能源投资有限公司（集团），廖秋贵州习水，564600简要：为解决极破碎顶板综采工作面开切眼（宽切割）施工的安全问题，以习水县华航煤矿极破碎顶板和倾角在30°的C7煤层开采为例，结合现场实际，进行综采工作面开切眼（宽切割）施工组织设计，采用锚网梁索W支护，获得成功。关键词：极破碎顶板 松软煤层 宽切割 设计综合机械化开采极破碎顶板和松软煤层时，由于宽切割支护跨度大，安装液压支架时，倒向空间大，一旦支护不成功，发生冒顶，将导致液压支架安装失败，因此，极破碎顶板、松软煤层宽切割支护设计是综采成功与否的关键。一、矿井概况 习水县华航煤矿位于贵州

2、省习水县良村镇良村村，矿井设计年生产能力为21万吨；井田走向长度约3.65km，宽度0.46km，面积1.6827k。井田内可采煤有4层，即C5、C7、C8、C12；煤层平均倾角30°。煤层平均厚度：C5煤层1.39m、C7煤层1.89m、C8煤层2.94m、C12煤层0.98m。可采煤总厚度为7.2m。C7：顶板为粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、泥岩，局部为细砂岩，底板为泥岩、泥质粉砂岩、粉砂岩等。由于该矿1702综采工作面上覆C5煤层已开采，C7和C5煤层的层间距平均9.45m,最少只有5m左右。根据已开采1701工作面的情况，C7煤层顶板极为破碎，一旦工作面出现0.3m2以上面积的空顶

3、，将导致空顶区域冒顶，如流砂状，导致堵塞工作面，发生冒顶时，通常冒落至C5煤层老顶。二、切割锚网梁加锚索联合支护方案由于习水县华航原21万吨设计为炮采工作面设计，开切眼施工为工字钢巷道支护设计。2013年，习水县人民政府在全县推广给综合机械化采煤，华航煤矿被列入上综采矿井之列。因此综采工作面开切眼（宽切割）施工成为了重点难题。为了该工程的顺利实施，决定采用锚、网、梁加锚索联合支护。锚杆采用端锚；采用3.3mm盘圆链接而成的金属网，其规格网宽1.0m，网长2.0m，网目为50×50mm；采用2.5mm钢板制作的钢带梁；为防止直接顶整体下沉，采用锚索加强其支护。 三、锚杆参数确定1. 锚

4、杆长度的确定由于直接顶厚度有3.5m，岩体完整性较为破碎，稳定性中等偏差，属大松动圈围岩。只能按组合拱理论确定锚杆参数。按相关理论大松动圈的组合拱厚度不应小于1.2m，其锚杆间排距选用0.6m，则锚杆的有效长度（L效）： L效1.8m式中 b组合拱厚度，确定为1.2m。 锚杆在松散体中控制角，取45°。a锚杆间排距，取0.6m。2. 锚杆全长确定： L全L锚L露L效0.60.11.82.5m3. 组合拱支护能力估算锚杆形成的组合拱可将岩体恢复到接近原岩的强度，且具有可缩性，故可用麦拉公式计算它的支护强度，其单位面积的承载强度（P）为： =2.45Mpa式中 破裂锚固体强度，按其最软围

5、岩验算：10Mpa。R巷宽，取3m。b组合拱厚度,取1.2。计算锚杆支护巷道T=0.5m轴向长度组合拱承载能力（P载）： P载2RPT=2×3.14×3×2.45×0.5=24.6m.N与29U型钢相比，其相对安全系数n为 式中 p0U型钢封闭式支护巷道轴线0.5米范围内承载能力。 经验算组合拱支护能力超过U型钢支架能力。4. 锚杆直径参数确定确定锚杆锚固力为49KN。按锚固力确定锚杆材料及直径经查热扎圆钢（A3）24kg/mm2 螺纹钢（A5）28kg/mm2则计算出锚杆直径d热扎A3圆钢d17.9mm18mm螺纹钢A5 d16.58mm18mm 锚杆

6、材料选取为螺纹钢A5（无径右螺旋螺纹钢），其直径18mm。5. 锚杆间排距校核 式中 a 计算锚杆间距、排距；k 锚杆安全系数，取1.5。r 顶板容重；Q 锚固力，49KN。经计算 aa确定锚杆间、排距为0.6×0.6m。顶锚杆每排10根。巷道西帮采用单体液压支柱支护 ，巷道东帮不支护。四、锚索参数确定由于直接顶泥岩厚度有3.5m，锚杆未进入老顶，为防止顶板整体垮落，应加设锚索。锚索参数以悬吊作用为主。选用15.24mm的钢绞线。锚索倾角，锚索以垂直巷道顶板岩层层面安装最为有利，锚索倾角确定为63°。1. 锚索锚固长度按GBJ86-85要求，锚索锚固长度La应符合下式 式中

7、 K安全系数，一般取2；d1锚索钢绞线直径，mm；fs钢绞线抗拉强度，N/mm2；fc锚索与锚固剂的设计粘结强度，煤巷锚索树脂锚固剂的粘结强度为fc10N/mm2。2. 被悬吊岩层自重W（KN） 式中：B巷道掘进宽度，m；h悬吊的岩层厚度，m；r悬吊的岩层平均容重；D锚索排距，m。3. 每排锚索数目（N）的确定P断锚索的最低破断率，260.7KN。4. 锚索长度式中 L锚索的总长度，m；La锚索的锚固长度，m；Lb需要悬吊的岩层厚度，m；Lc上托盘及锚具的厚度（一般为0.1m），m；Ld需要外露的张拉长度（一般为0.2m），m。5. 锚杆、锚索布置按为获得最佳悬吊效果，锚索按“五花”布置。一排

8、四根锚索，下一排三根锚索布置五 锚杆、锚索的机具锚杆、锚索打眼机具：建议采用MYT130S液压锚杆机。该机有如下优点：1) 质量比较过关；2) 故障率较低；3) 推力、扭矩大；4) 能满足不同巷道高度；5）售后服务较好。锚索机具：建议采用MDY180/250型锚索预应力张拉千斤顶、MDY45B型防爆电动油泵、QD30型钢绞线切断器、锚索安装连接器。 锚索锚具，选用直径15mm锚卡具。六 施工措施1、锚杆均采用18mm无径右旋螺纹钢，锚固形式为端锚，锚杆全长2.5m，间排距0.6×0.6m，其锚固长度为0.6m（两条药卷），锚固剂采用CK2335型树脂锚固剂，锚杆丝牙必须采用粗螺纹，锚

9、孔必须采用27mm钻头打孔。锚索采用5mm×7mm高强度、低松弛（270K级）粘结式钢绞线，每根锚索配五条CK2335树脂锚固剂，其排距1.2m，每排4或2根，布置有锚索的点，其当排的锚杆数相应减少（见支护图）。碛头采用单体液压点柱作临时支护，临时点柱的间、排距不大于1.0m，临时支护的最大控顶距不超过1.2m。小班结束时，正式锚网支护距碛头不大于0.6m。为减小围岩震动和及时支护，采用MYT130S液压锚杆机打孔和搅拌锚杆、锚索。锚杆、锚索孔直径均为27mm。锚杆的锚固力应达到60KN，为使锚杆有一定的预应力，必须用1000mm加长扳手拧紧螺帽。锚索与锚杆应同时安装。锚杆、锚索在搅

10、拌树脂药卷后1015分钟拧螺帽、张拉锚索预紧力。锚索的预紧力控制在50100KN。七、施工监控测量1. 监控测量的目的监控锚网支护的施工质量，及时发现施工隐患，确保施工安全生产。检验支护结构参数的合理性，反馈到初始设计中，并进行修正，使设计逐步完善。掌握巷道围岩动态及其规律性，为锚杆支护进行日常的动态化管理提供科学依据。施工量测的结果，可以应用到其他类似的巷道中，作为设计和施工的依据。监控量测的内容： 顶底板相对移近； 两帮相对移近； 顶板下沉； 底鼓；锚杆的锚固力检测；巷道顶板离层的监测；锚杆载荷观测；巷道围岩表面位移。2. 位移测站、测点布置在运输巷道以上10m处、40m处、80m处、11

11、0m处、各设一个巷道位移观测站。巷道位移观测站设三个观测位移剖面，且布置间距与锚杆排距相同。要求测站随巷道支护一同布置。每一观测剖面布置巷道顶底板左、中、右点间垂直相对位移观测，两帮上、中、下水平相对位移观测。测点设置采用打桩订钉办法。巷道围岩顶板下沉变形以e1e2线为界，观测e1e2线到a1点距离，称为a1a2上；e1e2线到b1点距离，称为b1b2上；e1e2线到c1点距离，称为c1c2上。a1a2上、b1b2上、c1c2上三个数据分别反映巷道顶板东帮侧、中部、西帮侧的相对下沉情况。巷道围岩底鼓变形以e1e2线为界，观测e1e2线到a2点距离，称为a1a2下；e1e2线为界，观测e1e2线

12、到b2点距离，称为b1b2下；观测e1e2线到c2点距离，称为c1c2下。a1a2下、b1b2下、c1c2下三个数据分别反映巷道底板东帮侧、中部、西帮侧的相对底鼓情况。巷道东帮围岩移动变形b1b2线为界，观测b1b2线到e1点距离，称为e1e2东；观测b1b2线到d1点距离，称为d1d2东；观测b1b2线到f1点距离，称为f1f2东。d1d2东、e1e2东、f1f2东三个数据分别反映巷道东帮的上部、中部、下部水平移动变形情况。巷道西帮围岩移动变形以b1b2线为界，观测b1b2线到d2点距离，称为d1d2西；观测b1b2线到e2点距离，称为e1e2西；观测b1b2线到f2点距离，称为f1f2西。

13、d1d2西、e1e2西、f1f2西三个数据分别反映巷道西帮的上部、中部、下部水平移动变形情况。3. 顶板离层测站布置每隔30m设一组巷道顶板离层观测点，观测深度分别为1.5m、2.0m、2.5m、3.0m、4.5m、5.2m。4. 每隔30m设一组（排）锚杆载荷观测点5. 锚杆的锚固力的检测巷道每30m检测一组（3根）锚杆的锚固力。6. 观测仪器相对位移观测采用钢卷尺；顶板离层观测采用DLY型顶板离层指示仪；锚杆载荷观测采用MYJ10压力计；锚杆锚固力检测采用ML20锚杆拉力计。7. 观测时间 测站、测点布置以后一周内，每天观测一次，其后每两天观测一次。八、 切割锚网梁联合支护方案材料、机具计

14、划1、巷道支护材料预算名称规格及型号单位数量备注每米消耗工程量（m）合计(m)右旋无纵筋螺纹钢锚杆L2500mm套16.6671252084与锚杆配套的螺母为扭矩螺母。锚固剂CK2335支58.331257292钢带2000×250×2.5(mm)块5125625金属网1000×2000m2101251250金属网骨架为3.3mm的盘圆，网目为50mm×50mm锚索5mm×7mm高强度、低松弛（270K级）粘结式钢绞线Kg28.6521253582锚卡具15.24mm套51256252. 机具材料锚杆、锚索机具材料计划一览表序号名称规格单位数量备注1液压锚杆机MYT130S套2一泵两机2锚索预应力张拉千斤顶MDY180型套23防爆电动油泵MDY45B型4钢绞线切断器、锚索安装连接器QD30型5锚杆搅拌MGQ套106两翼合金钻头27mm颗507中空钢B19mm米301.0m组合套钎，3套3. 监控量测仪器、仪表监控