深部采区煤上山巷道锚网支护设计研究.pdf

2023.21 科学技术创新深部采区煤上山巷道锚网支护设计研究孙乐乐1，卫豪杰1，李川2（1.淮河能源矿业(集团)有限责任公司煤业公司，安徽 淮南；2.安徽理工大学 矿业工程学院，安徽 淮南)1工程概况1.1煤层情况张集矿区位于谢桥向斜北翼，主要可采煤层有：1、6、8、11-2、13-1 煤层，次要可采煤层 9 层。研究区域11-2 煤层，厚度为 2.7 m耀3.3 m，平均 3 m，黑色，以块状、碎块状为主，局部呈粉末状，内生裂隙发育，中部赋存一层夹矸，以泥岩为主，厚 0.3 m 左右，总体倾角 3耀8毅，平均 5毅。1.2水文地质情况11-2 煤层顶板砂岩裂隙水具有不均匀性，多以淋滴水为主，个别出水点最大出水量为 20 m3/h。1.3巷道围岩赋存条件巷道直接顶、底为砂质泥岩，灰耀浅灰色，砂泥质结构，砂质含量不均。抗压强度 26.08 Mpa，抗拉强度0.67 Mpa。根据地质资料，C 组煤采区 11-2 煤顶板为芋类中等稳定岩层；底板为芋类中等稳定岩层。东三11-2 煤层采区回风上山适合锚索网支护。2支护参数理论设计2.1支护断面根据淮南矿区支护经验和煤岩层倾角，回采巷道设计断面为近矩形1-3：净宽伊净高=5.4 m伊3.7 m。2.2顶板锚杆支护参数2.2.1顶板破碎带高度 D(1)(2)具体参数取值见表 1，计算破碎带高度为 0.8 m。2.2.2锚杆长度(3)具体参数见表 1，将数值代入式（3）得锚杆长度为1.4m。参考现有支护状况和矿压观测情况4，设计顶板，帮部锚杆长度选择大于 1.4 m 即可，选用锚杆长度 2.5 m，直径 椎20 mm，符合要求。2.2.3锚杆锚固力与锚固长度2.2.3.1锚杆锚固力根据杆体承载力与锚固力等强度原则：(4)具体参数取值见表 1，由式（4）计算结果可知：顶板，帮部单根锚杆锚固力至少为 105.19 KN。2.2.3.2锚杆锚固长度根据 淮南矿区锚杆支护技术管理规范，锚杆采用 囟20 mm、L=2 500 mm。(5)公式（5）中参数的选取依据及作用力与反作用力。具体参数取值见表 1，顶板，帮部实际锚固长度为 700 mm跃163.3 mm，满足需求。摘要：本文对张集矿东三 C 组煤采区进行现场调研，对 11-2 煤采区回风上山支护方案进行优化，通过减少巷道两帮和顶板的锚杆的用量及降低支护密度，发现支护效果和围岩变形程度无明显变化。成功降低了采区上山的支护和劳动成本，提高了回采巷道支护的可靠性和效益。该支护优化方案对张集矿同类采区支护方案设计有一定的指导意义，具有一定的工程价值。关键词：支护方案；支护参数；锚索网支护中图分类号院TD353文献标识码院A文章编号院2096-4390渊2023冤21-0047-04作者简介院孙乐乐（1986-），男，硕士，高级工程师，从事煤矿矿压及支护技术管理工作。DPRh0sincosPzRRzC12LLDL21P4qPaLPdpPLd p47-科学技术创新 2023.21图 1巷帮锚杆支护方案与巷道围岩变形量关系2.2.4支护密度及间排距(6)具体参数取值见表 1，由式（6）得=0.33 根/m2,取顶板锚杆间距 0.75 m，则排距为：参考巷道现有支护状况，设计顶板，帮部锚杆间排距为 750 mm伊900 mm，满足要求。2.2.5锚杆托盘选用 M 形金属托盘5，托盘强度要不低于 165 KN。托盘用屈服强度大于 235 Mpa 的钢材加工，厚度不小于 8 mm，其中心孔直径 24 mm。故顶板，帮部锚杆支护参数如下：锚杆选材为：椎20mm、L=2 500 mm 左旋无纵筋等强螺纹钢锚杆，锚杆间排距为 750 mm伊900 mm，锚固力不得小于 100 KN。2.3锚索支护参数2.3.1冒落拱高度计算(7)计算冒落拱高度 0.79 m。2.3.2锚索长度(8)计算得锚索的长度 2.29 m。选用 6.3 m 满足要求。2.3.3锚索间排距的确定根据悬吊理论计算(9)由式（9）得 Ps=0.48 根/m2，取顶板锚索间距 1 m。则排距为：。锚索间排距取 1 100 mm伊900 mm，满足理论计算要求。2.3.4锚索布置方式11-2 煤采区工作面回风上山采用锚梁网（索）进行支护6，断面为矩形断面，尺寸为 5 400 mm伊3 700mm。顶板，帮部锚杆均采用 囟20 mm伊2 500 mm，间排距为 750 mm伊900 mm；锚索规格为 囟=22 mm伊6 300mm，间排距为 1 100 mm伊900 mm，3-3-0 布置。3支护方案优化3.1帮部支护方案优化如表 2 所示为具体的帮部支护方案优化。表 2帮部支护方案优化如图1所示，选择方案一时，巷道围岩塑性破坏范围较大，两帮为 1.85 m，顶板为 1.14 m，底板为 1.12 m；在方案二与方案三支护情况下，巷道围岩塑性破坏范围较小，两帮分别为1.45 m、1.36 m，顶板分别为1.08 m、1.02 m，底板24dsqKDPa PSP14.040.750.33m符号含义 符号 含义 符号号 含义 符号 含义 D 岩体破碎带高度 C 围岩破坏范围 L1 锚杆外露（煤岩体）长度 d 煤容重 Rp 岩体破碎带半径 H 巷道埋深 L2 锚杆伸入破碎带外的长度 B 巷道跨度 R0 巷道的掘进半径 Ks 巷道周边挤压应力集中系数 a 锚杆直径或锚索直径 f 顶板岩石的坚固性系数 岩体容重 f 煤体普氏系数 Pq 锚杆的屈服强度 La 锚索外露长度 表 1字母含义表1 2bBLfLabcLLL214dsaKDPa f12.08m1 0.48 两帮锚杆 顶板锚杆 顶板锚索 数量 间排距 数量 间排距 数量 间排距 方案一 6 600900 6 1000900 3 1100900 方案二 6 600900 7 750900 3 1100900 方案三 6 600900 8 600900 3 1100900 48-2023.21 科学技术创新分别为1.11 m、1.03 m，两者相差不大。综合考虑安全因素与经济效益，选定方案二作为巷道帮部支护方案。3.2顶板支护方案优化如图 2 所示，选择方案一时，巷道围岩塑性破坏范围较大，两帮为 1.48 m，顶板为 1.08 m，底板为1.12 m；在方案二与方案三支护情况下，巷道围岩塑性破坏范围较小，两帮分别为 1.43 m、1.38 m，顶板分别为 0.82 m、0.74 m，底板分别为 1.02 m、0.98m，两者相差不大。综合考虑安全因素与经济效益，选定方案二作为巷道顶板支护方案。图 2顶板支护方案与巷道围岩塑性区破坏范围关系如表 3 所示为具体的顶板支护方案优化。表 3顶板支护方案优化3.3锚索支护方案优化如表 4 所示为具体的锚索支护方案优化。表 4锚索支护方案优化如图 3 所示，选择方案一时，巷道围岩塑性破坏范围较大，两帮为 1.48 m，顶板为 0.8 m，底板为 1.12m；在方案二与方案三支护情况下，巷道围岩塑性破坏范围较小，两帮分别为 1.14 m、1.11 m，顶板分别为0.6 m、0.53 m，底板分别为 1.02 m、0.88 m；综合考虑选定方案二为巷道帮部支护方案。图 3锚索支护方案与巷道围岩塑性区破坏范围关系411-2 煤层回风上山锚杆索支护方案4.1顶板支护顶板支护结构第一部分由锚杆和 M5 钢带组成。每根 M5 钢带上安装 7 根锚杆，顶板锚杆规格：椎20伊2500 mm，顶板钢带长度为 4 800 mm。第二部分由 14#槽钢和锚索组成。顶板锚索采用“3-3-0”布置，均使用 2 600 mm 长 14#槽钢，锚索规格为：椎22伊6 300 mm。第三部分是金属网，采用 10#金属网。网应封闭顶帮岩煤体，相邻网搭接长度不得低于 100 mm，连网扎扣间距不超过 200 mm。4.2帮部支护帮部支护结构第一部分由锚杆和 M5 钢带组成。帮部钢带采用竖直布置，长度为 2 500 mm，其上布置5 根锚杆；巷帮锚杆规格：椎20伊2 500 mm。第二部分是 10#金属网。帮部网至底角，网应封闭顶帮岩媒体，相邻网搭接长度不得低于 100 mm，连网扎扣间距不超过 200 mm。5实际应用效果经现场实测，在运用该改进方案后，11-2 煤采区回风上山的支护效果与改良前效果相当，顶底板的围岩支护条件得到了改善，巷道顶底板及两帮移近量与锚杆（索）载荷逐渐上升并最终稳定。巷道围岩变形在可控范围内，初始支护设计方案能够满足安全支护需 两帮锚杆 顶板锚杆 顶板锚索 数量 间排距 数量 间排距 数量 间排距 方案一 6 600900 7 750900 3 1100900 3-0 布置 方案二 6 600900 7 750900 3 1100900 3-3-0 布置 方案三 6 600900 7 750900 4 900900 3-3 布置 两帮锚杆 顶板锚杆 顶板锚索 数量 间排距 数量 间排距 数量 间排距 方案一 4 900900 7 750900 3 1100900 方案二 5 750900 7 750900 3 1100900 方案三 6 600900 7 750900 3 1100900 49-科学技术创新 2023.21Study on Anchor Net Support Design ofCoal Uphillroadway in Deep Mining AreaSun Lele1,Wei Haojie1,Li Chuan2（1.Huaihe Energy Mining(Group),Coal Co.,Ltd.,Huainan,China;2.College of Mining Engineering,Anhui University of Science and Technology,Huainan,China）Abstract:In this paper,a field investigation is carried out in the coal mining area of Group 3 C in theeast of Zhangji Mine,and the support scheme of return air up the coal mining area 11-2 is optimized.Byreducing the amount of bolt on the two sides of the roadway and the roof and reducing the support density,it is found that the support effect and the deformation degree of surrounding rock have no significant change.The support and labor cost of the mountain in the mining area are successfully reduced,and the reliabilityand benefit of the support of the mining roadway are improved.The support optimization scheme has certainguiding significance to the support scheme design of similar mining areas in Zhangji Mine,and has certainengineering value.Key words:support scheme;supporting parameter;anchor cable net support要，考虑本巷道用途及使用年限比较短，支护设计支护参数还可进行适当调整。6结论（1）根据相关地质资料，C 组煤采区 11-2 煤顶板为芋类中等稳定岩层；底板为芋类中等稳定岩层。东三 11-2 煤层采区回风上山适合采用锚索网支护。（2）基于计算的支护参数提出具体支护方案为：顶板采用 M5 钢带上安装 7 根锚杆加3-3-0布置锚索和 10#金属网联合支护，帮部支护采用 M5 钢带上布置 5 根锚杆和 10#金属网联合支护。（3）经实测，优化后的支护方案满足巷道使用要求，适当减少锚杆用量的同时能达到支护要求,能大幅减短支护耗时,提升掘进速度，提高矿山的效益。参考文献1韩现民，孙明磊，李文江，等.复杂条件下隧道断面形状和支护参数优化J.岩土力学，2011，32(S1):725-731.2韦四江，勾攀峰，王满想.深井大断面动压回采巷道锚网支护技术研究 J.地下空间与工程学报，2011，7(6):1216-1221.3张连福，谢文兵.深井大断面软岩硐室高强稳定型支护技术研究 J.山东科技大学学报(自然科学版)，2010，29(5):32-38.4康红普，王金华，林健.煤矿巷道锚杆支护应用实例分析J.岩石力学与工程学报，2010，29(4):649-664.5王金华.我国煤巷锚杆支护技术的新发展J.煤炭学报，2007(2):113-118.6赵学社.煤矿高效掘进技术现状与发展趋势J.煤炭科学技术，2007(4):1-10.50-