掘进巷道全锚索支护的设计与应用

掘进巷道全锚索支护的设计与应用摘要：目前，全煤巷道支护模式以锚杆网钢带锚索支护形式为主，随着煤矿开采程度的增加，老空区多，顶板压力大。为加强支护，在软煤条件下出现了顶板锚杆布置过密和锚索断裂问题。我矿在七采区使用了顶板全锚索支护形式，很好地解决了这一问题。现对这项应用进行一下总结。关键词：支护；顶板；全锚索一、 巷道围岩赋存情况1、顶底板岩性直接顶为粉砂岩，厚0-2.0m，平均1.5m，灰黑色，有植物茎叶碳化物，含1〜3层煤线，岩石硬度f=3.0。老顶为细砂岩，厚6.4〜28.4m，平均15.8m，深灰色，钙质胶结致密坚硬，岩石硬度f=4.0。直接底为粉砂岩，厚2.6〜4.2m，平均3.4m，深灰色，泥质胶结，含植物化石及FeS，下部含有一层煤4下分层，厚0.1〜0.3m，平均厚0.2m，岩石硬度f=3.0。二、 巷道断面巷道净宽4.0m，净高2.6m，净断面10.4m2；巷道荒宽4.2m，荒高2.8m，荒断面11.76m2。三、 支护设计（一）顶板支护设计1、 长度计算L=KH+L1+L2 （1）式中：L-索体长度，m；H-冒落拱高度，m；K-安全系数，一般取K=2；L1—锚入稳定岩层的深度，一般按经验取1.5m；L2-索体在巷道中的外露长度，一般取0.25m。根据经验，冒落拱高度可由下式进行计算：（2）式中：B—巷道开掘宽度，4.2m；f—岩石坚固性系数，砂岩取3。将式（1）带入式（2）得出，锚索长度L=2x0.7+1.5+0.25=3.15m，顶板采用长度L=4000mm锚索，满足要求。现场直接顶板为直接顶为粉砂岩互层，厚度0〜2.0m，平均1.5m，灰黑色，含1-3层煤线，f=3.0。取直接顶最大厚度2.0m时，锚索锚入老顶长度为L=4-2.0-0.25=1.75m>1.5m，满足要求。2、 间排距计算通常间排距相等，取a（3）式中：a—间排距，m；Q—设计锚固力，200kN/根；H—冒落拱高度，根据式（2）计算得H=0.7m；r-被悬吊砂岩的重力密度，取25kN/m3；由式（3）得出a=〔200/（2x0.7x25）〕％=2.39m，实际采用的间排距为1100x1100mm，满足要求。3、 直径计算（4） P=abhr （5） P=1.1x1.1x3.75x25=113.4kNd=〔（4x113.4x2）/（3.14x1860x1000）〕％=0.0125m式中：a-排距，实际为1.1m；h-承载岩体高度，取锚索锚固深度3.75m；b-间距，实际为1.1m；r-承载岩体容重，取25kN/m3；K-安全系数，取2;6一材料抗拉强度，取1860KPa由式（4）和式（5）计算可得，d=12.5mm，实际施工中锚索直径为17.8mm，满足要求。4、 锚固长度计算（6） La=23x23x1750x5：（32x32-22x22）=1741.5mm式中：la-锚固长度，mm；dr-锚固剂直径，mm；D-钻孔直径，mm；d-锚索体直径，mm；lr-锚固剂长度，mm。由式（6）计算可得，la=1714.5mm>15000mm，满足要求。（二）设计结论通过以上计算，顶部选用©17.8xL4000mm锚索、间排距1100x1100mm，满足要求。锚索托盘使用钢制蝶形托盘，托盘规格不小于200x200mm，厚度不小于12mm，采用不低于Q235的钢材制作。四、永久支护参数1、 巷道顶板选用长4000mm,017.8mm锚索+长4000mm"W”型钢带+金属菱形网护顶；锚索预紧力不低于250KN，金属网每隔150mm用14#铁绑丝双股拧2扣以上。2、 巷道帮部选用©18xL1800mm等强全螺纹钢等强锚杆+“W”型护帮钢带+塑料网护帮；护帮钢带长度不小于2100mm，护帮钢带顶端必须与在顶板钢带水平方向的延长线上；塑料网逢孔必联，帮网底部必须用塑料串条锁边；当两帮全岩时，帮部使用金属网护帮，使用金属网时每隔150mm用14#铁绑丝双股拧2扣以上。3、 支护质量要求（1） 普通钢绞线锚索预紧力不低于250KN，锚索安装48小时后，如发现预紧力下降，必须及时补拉。张拉时如发现锚固不合格，必须补打合格的锚索。每个掘进工作面必须配备2部施加高预应力锚索涨拉器，并保证检测机具正常、可靠。（2） 锚杆安装牢固，托板紧贴壁面，不松动。公称直径18mm的锚杆螺母拧紧力矩应为300N・m。顶板间排距为1100mmx1100mm，两帮锚杆间排距为950x1100mm，顶帮间排距允许误差均为±100mm。锚索锚固力不低于200KN，帮部锚杆锚固力不低于70KN。网搭接严密压实，锚盘压网紧贴岩面。锚杆露出螺母长度10-100mm，锚索露出锁具长度为150—250mm。五、 临时支护形式采用吊环式前探梁做临时支护放炮前最大控顶距0.3m。循环进尺1.1m，放炮后最大控顶距不超1.4m。使用前探梁作临时支护，前探梁使用长度不低于3.5m的3寸钢管或n型钢制作，严禁使用弯曲变形的前探梁；使用三根前探梁，前探梁间距0.8〜1.2m之间，前探梁前端方木使用两根，超前支护距两帮端面距不超过0.3m。专用托梁固定在顶板中间两根支护锚索上，专用托梁上均匀布置3个前探梁吊环，专用托梁、前探梁、吊环的强度要与前探梁的强度相匹配。人员必须在前探梁的有效掩护下作业。前探梁到迎头的端面距不超过0.3m。必须保证人员在有效支护下作业。前探梁方木规格：长X宽x厚=3.7mx0.12mx0.12m(也可使用槽钢焊制，方木规格：长x宽x厚=3.7mx0.1mx0.1m)。临时支护顺序①迎头放炮后，洒水降尘；②用长把工具(>2m)敲帮问顶，摘除迎头危砰悬岩；③松前探梁方木仁，拿下方木；④松前探梁木仁，将后面的专用托梁及前探梁吊环移至前排上紧，前移前探梁，其中两根前探梁端面距迎头不大于300mm，另一根前移至不影响放方木和放钢带、铺网为原则；⑤往前探梁上放后边一根方木；⑥往前探梁上放前边一根方木，往前探梁及方木上放钢带，铺顶网；⑦前探梁连同钢带、网一同托起，将另一根前探梁移至端面距迎头不大于300mm；根据锚杆间排距和巷道中线将钢带调整到合适位置，涨紧网使两帮余留量对称;用板枇、木仁紧好前探梁方木，用木仁固定牢固前探梁。专用托梁安装、拆除措施安装专用托梁时，人员在永久支护下施工，两人协作将专用托梁托起，并将当排顶板中间两根锚索分别穿过托梁长圆孔，并在锚索下端加安锚具仁紧，保证上下两锚具间隙大于托梁横筋厚度约1cm，以便于拆卸托梁时松卸锚具。拆卸专用托梁时，人员在永久支护下施工，两人协作将专用托梁托起，然后将两锚索下锚索松卸，将托梁取下。六、 补强支护当顶板破碎严重时，采用小循环掘进，排距不得超过900mm。顶板破碎且易形成网兜时，需要挂双网时，内层塑料网+外层10#金属菱形网，或单层8#金属菱形网。1、 当顶板破碎且有淋水时，每排有一根中间锚索更改为长度不小于6000mm的锚索，更改的锚索“之”字形布置。2、 当顶板破碎严重且有淋水时，隔排打设一组锚索桁架(保证每排1根补打锚索，锚索长度不小于6000mm)，锚索“之”字形布置，锚索距帮1200mm。锚索绳向巷道两侧倾斜，与铅垂线的夹角20-30°，锚索拖后放炮前迎头不大于2个钢带空。3、 采用①17.8mm锚索布置仍不能有效控制顶板时，改用①21.8mm的锚索或①22mm的注浆锚索(使用注浆锚索单独补充措施)。更改锚索后仍不能控制顶板，则必须采用同步复棚加