某矿高应力回采巷道支护设计研究

某矿高应力回采巷道支护设计研究

摘要:基于某矿高应力回采巷道所处的实际地质条件,分析了已掘巷道的变形状况,根据经验提出了巷道的支护方案,并通过计算机模拟确定了最优方案。该方案的实施取得了较好的效果,并迅速在该矿其它巷道推广使用。

关键词:高应力回采巷道支护

1.生产地质条件

该工作面标高为:-560m～-580m,埋藏深度690m～710m之间。12311采面上部戊9、10煤层未开采,下部1～6米处为己16、17煤层。工作面所采煤层为己15煤层,赋存较为稳定,煤层结构单一,断层处煤厚可能稍有变化,厚度一般在～m,平均m,另由于距离己16-17煤层较近,厚度不稳定,部分地段与己16-17煤层合层,厚度达到米。该工作面紧邻大石山背斜,煤层倾角变化较大,在大石山背斜轴部坡度较平缓,几乎在0°左右,在机巷里段坡度较大,一般为11°左右。煤层直接顶板大部为中厚-厚层状泥岩、砂质泥岩,局部为中厚层状细粒砂岩,厚度～,一般3～6m,因12311采面紧邻大石山背斜轴,断层裂隙发育,顶板岩石破碎,岩体完整性差,大部为Ⅲ～Ⅳ类,局部为Ⅱ类。直接底板大部分为泥岩、砂质泥岩,厚度0～,一般～,平均,局部为细粒砂岩,厚度0～,平均厚,底板饱和抗压强度平均为,属松软类底板。

另外,从工作面的生产地质条件可以看出,该采面开采深度在700m左右,另由于地质构造的影响,除12311工作面附近高沟逆断层外,该工作面紧邻大石山背斜,将对工作面的开采造成大的影响,因此,该工作面的开发处于高应力区域。

2.已掘巷道变形状况分析

12311采面机巷设计长度1500m,巷道掘进亦沿煤层顶板破伪顶掘进,在掘进工作面消突的基础上目前采用钻爆法施工,巷宽,巷中高3m,净断面,巷道采用高强锚杆锚索支护。

分析目前巷道围岩变形严重的原因主要有以下几个方面:①地应力大,尤其是水平应力大;②围岩岩性不一致、变形不均匀,加剧了巷道周边的变形;③防突措施加剧了巷道围岩岩性的弱化;④现有支护参数的不合理。

3.锚杆设计方案的确定

在锚杆支护设计中,由于现场岩性参数计原始地应力没有进行实际测量,因此,在前述分析的基础上,运用经验法提出锚杆布置的初步方案,并进行了计算机模拟,根据现场观测后再考虑锚杆设计方案的修改。工作面机巷锚杆布置建议方案如图1、图2所示。

支护形式为锚杆锚索协调支护。顶板为7根锚杆,间距750mm,上帮5根锚杆,下帮4根锚杆,间距为800mm,锚杆排距参照间距确定为800mm。其具体支护参数为:

顶板:使用左旋螺纹钢高强锚杆,规格为φ22×2400mm,配拱形托盘和高强螺母,为配套产品。加长树脂锚固,钻孔直径为28mm,药卷规格为K2350一卷,Z2350一卷,锚固长度,顶板配以W钢带梁和金属网作为辅助支护,W钢带规格同风巷,长度为4800mm,上有7个锚孔,金属网采用8#铅丝编制的经纬金属网,规格为5000×1100mm,相邻网搭接200mm,铁丝钮扣联结。

顶板锚索:7股高强度低松弛钢绞线制,直径,长,有效长度,排距,锚索之间用16～20号槽钢连接,槽钢长度只要大于锚索间距两侧各300mm即可,即为3600mm,锚索采用4卷Z2350树脂锚固剂锚固,锚固长度理论计算,在锚索锚固端处施加挡圈。

两帮:采用左旋螺纹钢高强锚杆,规格为φ20×2400mm,钻孔直径为28mm,加长锚固,每孔二个树脂药卷,规格为Z2350,选用金属网和W钢带梁护帮,网和W规格均同顶板相同,上帮W钢带长为3400mm,下帮长2600mm。上帮金属网尺寸为3400mm×1100mm,下帮金属网尺寸为2600mm×1100mm。

帮锚索:7股高强度低松弛钢绞线制,直径,长,有效长度。排距,锚索之间用16～20号槽钢连接,槽钢长度只要大于锚索间距两侧各300mm即可,即上帮为2000mm,下帮为1400mm,锚索采用4卷Z2350树脂锚固剂锚固,锚固长度理论计算,在锚索锚固端处施加挡圈。

顶、帮锚索施工时均需垫加长宽合适的木托盘,以增加锚索的延伸率,木托盘和锚索铁托盘尺寸规格均同风巷相同。

如顶板完整,可以试验如下方案:直径14mm的圆钢焊制的钢筋梯子梁,用大木托盘,400mm×400mm,再配以大铁托盘,直径300mm,然后锁紧装置,并加强监测。

4.施工技术要求

①锚杆钻孔位置与设计误差不超过±50mm;②顶锚杆钻孔深度,帮锚杆钻孔深度;③锚杆钻孔角度与设计角度误差小于±5°;④采用不同凝固速度的药卷时,先放入一个快速药卷,再放入中速药卷,用螺纹钢锚杆将其送入孔底,开机后边搅拌边向孔底推进,直到锚杆接触孔底再转机10～15秒为止;⑤每根锚杆安装后,均需用大扭矩扳手拧紧,以达到预紧力。⑥护网必须拉紧,使之紧贴巷道表面;两网搭接长度200mm,搭接段每200～300mm用铁丝扣紧。⑦锚索搅拌树脂药卷过程中不能停顿,要一气呵成,绝对不能反复搅拌,否则,已开始聚合反应的树脂分子链会遭到破坏,导致锚固实效。⑧张拉时发现不合格的锚索,必须立即在其附近补打合格的锚索,或者用张拉器将不合格的锚索拔出,然后用钻机将原来的孔“溜”一遍,重新