煤矿掘进顶板管理(课堂PPT).ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,掘 进 顶 板 管 理,授课人：高 雷南屯煤矿生产技术科,南屯煤矿掘进班组长强化培训,1,目 录,一、矿山岩石基本性质,二、顶、底板有关概念,三、,巷道支护技术,四、,巷道顶板事故,及防治技术,五、煤矿顶板事故案例分析,2,1.,岩石,是矿物的凝聚体（由各种造岩矿物或岩屑在地质作用下按一定规律组合而成）,按成因：岩浆岩、,沉积岩、,变质岩,按固体矿物颗粒间的结合特征：,固结性、,粘结性、散粒状,按力学强度和坚实性：,坚硬岩石、松软岩石,煤矿中常见：砂岩、石灰岩、砂质页岩、泥质页岩、粉砂岩等,一、矿山岩石基本性质,3,4,2.,岩石的强度：,在载荷作用下岩石变形，达到一定程度就会破坏。,（,1,）抗压强度,岩石试件在压缩时所能承受的最大压应力值。分单向、双向、三向抗压强度。,（,2,）抗拉强度,岩石试件在拉伸时所能承受的最大拉应力值。,（,3,）抗剪强度,岩石抵抗剪切的极限强度。,5,实验研究结论：,岩石在不同受力状态下的各种强度值、一般符合下列,由大到小,的顺序：,三向等压抗压强度三向不等压抗压强度双向抗压强度单向抗压强度抗剪强度抗拉强度,岩石的强度越高、其抵抗外力使其变形、破坏的能力越强、则巷道越稳定。有的巷道可以利用围岩本身的强度而不支护、就可以维持巷道的稳定。,6,3.,岩石的破坏类型,研究表明：不论加载方式如何，,岩石总是被拉坏或剪坏,。,拉坏（岩石断裂面明显离开，断裂面间没有错动）,剪坏（岩石断裂不离开，断裂面一定发生错动）,岩石被压坏的原因是因为与压应力不垂直的平面上出现剪应力，当剪应力达到极限时被剪切破坏。,7,4.,岩石的硬度（坚固性）,岩石的硬度、一般理解为岩石抵抗其他较硬物体侵入的能力。硬度与抗压强度有联系又有区别。对于凿岩、岩石的硬度比单向抗压强度更具有实际意义、因为钻具对孔底岩石的破碎方式多数情况下是局部压碎。所以，硬度指标更接近反映钻凿岩石的实质和难易程度。,8,坚固性系数的基本概念,岩石的坚固性是指岩石的爆破和凿岩的难易程度。,分级指标,f,称普氏岩石坚固性系数。,这个分法将岩石按坚固性分为,10,级,15,种，在现场使用不方便。为了简化，我国煤炭系统按坚固性将煤、岩分类为：,软煤,f=1-1.5,硬煤,f=2-3,软岩,f=2-3,中硬岩,f=4-6,硬岩,f=8-10,坚硬岩石,f=12-14,最坚硬岩石,f=15-20,9,5.,围岩的分类,根据成因的不同、岩石分为岩浆岩、沉积岩、变质岩。对于采掘工程来说、还要对岩石进行定量的区分、以便能正确地进行工程设计、合理地选用施工方法、施工设备、机具与器材。,工程实践与理论研究得出、围岩的稳定性主要取决于岩体的结构和岩体强度、煤矿部门根据锚喷支护与施工的需要、根据煤矿岩层的特点、制定了围岩分类表。,10,围 岩 分 类,围岩分类,岩层描述,巷道开掘后围岩的稳定状态,岩种举例,类别,名称,稳定,岩层,岩层完整坚硬、不易风化,2.,层状岩层层间胶结好、无软弱夹层,围岩长期不支护无碎块掉落现象,完整的玄武岩,稳定性较好的岩层,完整比较坚硬,2.,层状岩层层间胶结好,3.,坚硬块状岩层、裂隙面闭合、无泥质充填物,围岩较长时间不支护会出现小块掉落现象,胶结好的砂岩、砾岩,中等稳定岩层,岩层完整中硬,2.,层状岩层以坚硬岩层为主，夹有少数的软岩层,3.,比较坚硬的块状岩层,能维持一个月以上的稳定、会产生局部岩块掉落,砂岩、砂质页岩,稳定性较差的岩层,较软的完整岩层,2.,中硬的层状岩层,3.,中硬的块状岩层,围岩的稳定时间仅有几天,页岩、泥岩,不稳定岩层,易风化潮解剥落的松软岩层,2.,各类破碎岩层,围岩很容易产生冒顶片帮,炭质页岩、煤,11,二、顶、底板有关概念,位于煤层上面的岩层叫顶板，位于煤层下面的岩石叫底板。,12,13,1.,顶板,（,1,）伪顶,紧贴煤层，,随采随落,，厚度一般,0.3m,0.5m,。,（,2,）直接顶,位于伪顶或煤层（无伪顶时）之上，由一层或几层岩层组成，,一般能随回柱放顶及时垮落,。,（,3,）基本顶,位于直接顶之上（有时直接位于煤层之上）厚而坚硬的岩层。,能维持很大的悬露面积而不随直接顶垮落。,14,2.,底板,（,1,）直接底,位于煤层之下、厚度较小（约,0.2m,0.4m,），常由泥岩、页岩、粘土岩组成。,（,2,）老底,位于直接底或煤层（无直接底时）之下，一般由砂岩或石灰岩等坚固的岩层组成。,15,支护的作用在于改善围岩稳定状况和控制围岩运动的发展速度、以维护安全的工作空间。围岩是承受地压的主要结构、设置人工支护只是为了改善和提高围岩自身支持能力。围岩不仅是施载物体、又是承载结构体、围岩承载圈和支护体是组构巷道的统一体、是一个力学体系、是同时承受铅垂与水平作用力的厚壁圆筒、巷道的开掘与支护都要为保持与改善围岩的自持能力服务。,三、,巷道支护技术,16,（一）支架的形式,巷道支护的支架形式有：木支架、金属支架、锚杆支护、锚喷支护和料石混凝土砌碹等。,支架、砌碹等支护方式是着重改善围岩运动状况；锚杆支护侧重于提高围岩本身强度；锚杆喷浆等支护方法是将提高围岩本身强度和改善围岩运动状况这二者结合起来。,支护方式的选择、决定于围岩稳定状况。对受工作面采动影响小的巷道、可采用沉缩量小的刚性支护。对受工作面采动影响大的不稳定巷道、应选用可缩性支护。,17,（二）,金属支架,金属支架主要有梯形、拱形、封闭曲线形支架。,1.,金属梯形支架,主要有梯形刚性和梯形可缩性支架两种、其力学特征和适用条件见下表。,18,梯形支架的力学特征及适用条件,序号,支架架型,主要力学特征,使用条件,1,梯形刚性支架,不可缩承载能力较小,围岩较稳定、变形量较小、在,200mm,左右、多用于巷道净端面小于,10m,2,的炮采工作面两巷及综采工作面的回风平巷,2,梯形可缩性支架,垂直可缩承载能力小,围岩较稳定、顶压较大、侧压较小、多用于巷道净端面小于,10m,2,的炮采工作面回风平巷。其顶底板相对移近率在,10%,35%,之间,19,2.,拱形金属支架,主要有半圆拱可缩性支架、三心拱直腿可缩性支架、三心拱曲腿可缩性支架三种、其力学特性和适用条件见下表。,20,U,型钢可缩性支架的力学性能及适用条件,序号,支架类型,主要力学特征,适用条件,1,半圆拱可缩性支架,承载能力较大、特别是在均匀受压时,回采巷道和与集中胶带机道连通的石门、围岩压力较大、较均匀或有一定侧压、顶底板相对移近率在,10%-35%,之间,2,三心拱直腿可缩性支架,承载能力较大、特别是在顶压较大时,回采巷道和与集中胶带机道连通的石门、围岩压力较大、特别是顶压较大、顶底板相对移近率在,10%-35%,之间,3,三心拱曲腿可缩性支架,承载能力较大、抗侧压能力较大,回采巷道和与集中胶带机道连通的石门、围岩压力较大、压力较均匀、顶压和侧压均较大、顶底板相对移近率在,10%-35%,之间,21,3.,封闭曲线形可缩性金属支架,主要有圆形金属可缩性支架和方环形可缩性金属支架两种、其力学特性和适用条件见下表。封闭曲线形可缩性支架的力学特性及适用条件表,序号,支架架型,主要力学特征,使用条件,1,圆形可缩性支架,承载能力大、抗底臌和两帮移近量的能力大、特别是在均压时,围岩松软、移近量大、底臌和两帮移近量较严重、在使用非封闭支架时、围岩移近率,30%,35%,、在压力较均匀、并在回风平巷使用时更为有利,2,方环形可缩性支架,承载能力大、抗底臌和两帮移进量的能力大、特别是肩压大、压力不太均匀时,围岩松软、移近量大、底臌和两帮移近量较严重、在使用非封闭支架时、围岩移近率,30%,35%,、其压力不太较均匀、并在回风平巷使用时更为有利,22,（三）锚杆支护,从支护机理上看，,锚杆支护属于,“,主动,”,支护，可以充分利用围岩的自承能力，提高巷道围岩的稳定性，将载荷体变为承载体。在相同生产地质条件下，锚杆支护的巷道围岩变形量比棚式支护减少一半以上。,从技术经济上对比，,锚杆支护可以节约大量钢材，减少材料运输工作量，减轻工人的劳动强度和改善作业环境；,保持采煤工作面上下两道和开切眼的畅通，为回采工作面,快速推进和高产高效低成本生产,创造有利条件；也提高了巷道的有效利用断面。,锚杆支护巷道施工简单，机械化程度高，可大幅度降低巷道支护成本，,提高掘进速度和生产效率。,23,1.,煤巷锚杆支护作用机理,（,1,）悬吊理论,（,2,）组合梁理论,（,3,）组合拱（压缩拱）理论,（,4,）最大水平应力理论,24,（,1,）悬吊理论,机理：,将巷道顶板较软弱岩层悬吊在上部稳定岩层上，以避免较软弱岩层的破坏、失稳和塌落，锚杆所受的拉力来自被悬吊的岩层重量。,缺点：,没有考虑围岩的自承能力，而且将被锚固体与原岩体分开。,适用条件：,锚杆可以锚固到顶板坚硬稳定岩层,25,（,2,）组合梁理论,机理：,将锚固范围内的岩层挤紧，增加各岩层间的摩擦力，防止岩石沿层面滑动，避免各岩层出现离层现象，提高其自撑能力。,将巷道顶板锚固范围内的几个薄岩层锁紧成一个较厚的岩层（组合梁）。在上覆岩层载荷的作用下，这种组合厚岩层内的最大弯曲应变和应力都将大大减小，组合梁的挠度亦减小。,缺点：,将锚杆作用与围岩的自稳作用分开；随着围岩条件的变化，在顶板较破碎、连续性受到破坏时，组合梁也就不存在了。,适用条件：,层状地层,顶板在相当距离内不存在稳定岩层，悬吊作用处于次要地位。,26,（,3,）组合拱（压缩拱）理论,机理：,在破裂区中安装预应力锚杆时，在杆体两端将形成圆锥形分布的压应力，如果沿巷道周边布置锚杆群，只要铺杆间距足够小，各个错杆形成的压应力圆锥体将相互交错，就能在岩体中形成一个均匀的压缩带，即承压拱，这个承压拱可以承受其上部破碎岩石施加的径向荷载。在承压拱内的岩石径向及切向均受压，处于三向应力状态，其围岩强度得到提高，支撑能力也相应加大。,缺点,：,一般不能作为准确的定量设计,。,适用条件：,顶板无稳定岩层,27,（,4,）最大水平应力理论,机理：,矿井岩层的水平应力通常大于垂直应力，水平应力具有明显的方向性。在最大水平应力作用下，顶底板岩层易于发生剪切破坏，出现错动与松动而膨胀造成围岩变形，锚杆的作用即是约束其沿轴向岩层膨胀和垂直于轴向的岩层剪切错动。,缺点：,直观性较差。,28,锚杆分类,材质,：木质锚杆、塑料或是玻璃钢锚杆、金属锚杆,锚固：机械锚固、粘结锚固,锚固长度：局部锚固、全长锚固,目前,90,以上的锚固为金属树脂局部锚固锚杆,锚杆支护主动支护通过锚杆的预应力加固松动围岩，提高围岩的自承载能力,实现主动支护的两个关键因素第一时间施打第一时间施加预应力,锚杆选型尽可能选用预应力锚杆以最小的扭矩产生最大的预应力。,三力匹配问题和三径匹配问题,金属锚杆,左旋细丝锚杆（,Q335,、,Q500,）。,右旋全螺纹钢锚杆（,Q500,）。,圆钢麻花锚杆（,Q215,、,Q335,）,2.,锚杆形式与锚杆结构,29,左旋预应力阻尼锚杆,是一种预应力锚杆。阻尼有树脂或塑料阻尼、销式阻尼、金属盖片式阻尼三种。,初期锚固力（或预应力）靠树脂粘结力实现。,锚杆搅拌完毕后需要等待,40,60,秒时间，然后打开阻尼实现锚杆的预应力（初锚力）,锚杆的预应力产生范围只在非锚固范围实现。,该锚杆安装口诀是：,“,一推,”,、,“,二转,”,、,“,三停,”,、,“,四紧,”,。,随着矿井开采深度加大和巷道断面的扩大，该类锚杆应该是今后发展应用的主流锚杆。,30,左旋细丝预应力锚杆,该锚杆的缺点：加工过程多了压圆、滚丝两个工艺。,该锚杆的,优点,是：,（,）,锚杆预应力大。,由于该锚杆螺纹是国标螺纹，螺纹螺距,2.5mm,，螺纹自锁效果好，通过特制的阻尼螺母，很容易达到设计的预应力。,120,型气动锚索钻机既可实现,4,吨的预应力。,（,）,锚杆锚固力高,。,因该锚杆杆体设计的螺纹方向为左旋方向和锚杆的搅拌树脂方向（右旋）相反，在搅拌树脂的过程中会对树脂产生一个轴向挤压力，大量测试表明，同样杆体直径和同样树脂的情况下，左旋细丝预应力锚杆的锚固力比右旋等强全螺纹钢锚杆锚杆，锚杆力可提高,20,以上。,（,）,杆体的有效断面大，锚杆强度高,。,大量试验表明，同直径同材质的左旋细丝预应力锚杆的破断力比右旋等强全螺纹钢锚杆的破断力高出,20,以上。,（,）左旋细丝预应锚杆因采用了合理的阻尼螺母，螺母材质为球墨铸铁，球墨铸铁和锚杆杆体的摩擦力是最小的，另外采用了减阻特制塑料垫圈，使锚杆的扭矩应力比大大提高。,A,六方螺母预应力锚杆,B,四方螺母预应力锚杆,上图,左旋细丝预应力锚杆示意图,31,左旋细丝预应力锚杆,32,右旋无阻尼等强螺纹钢锚杆,33,该锚杆的优点：加工制造简单。,该锚杆的,缺点,是：,（,）杆体螺距大。,螺距通常在,10,12mm,左右，大螺距螺母与杆体咬合力低，摩擦力大，时常出现锚杆退丝现象，而且锚杆的安装应力低，很难达到,2,吨以上的预应力。,（,）锚杆锚固力低。,因该锚杆杆体设计的螺纹方向（右旋）和锚杆的搅拌树脂方向（右旋搅拌）旋向相同，在搅拌树脂的过程中会对树脂产生一个向外的输送力，大量测试表明，同样杆体直径和同样树脂的情况下，右旋全螺纹等强锚杆的锚固力比左旋细丝预应力锚杆，锚杆力降低,20,。,（,）杆体的有效断面小，强度低。,大量试验表明，同直径同材质的右旋等强锚杆的破断力比左旋细丝预应力锚杆低,20,以上。,34,左旋与右旋螺纹钢锚杆强度对比,左旋滚丝螺纹钢锚杆杆体强度表,杆体直径,(Bar Size),钢材级别（,Grade,）,屈服强度（吨）,抗拉强度（吨）,国标,实测,国标,实测,16,MG335,6.281,9.0,9.187,13.0,18,MG335,8.277,11.0,12.107,16.0,18,MG500,12.354,15.0,16.307,20.0,20,MG500,15.327,18.0,20.232,24.0,22,MG500,17.789,20.0,23.482,27.0,右旋等强螺纹钢锚杆杆体强度表,杆体直径,(mm),钢材级别,（,MPa,）,屈服强度（吨）,抗拉强度（吨）,国标,实测,国标,实测,18,MG335,8.7,9.1,12.6,13.0,20,MG335,10.8,10.2,15.6,15.0,22,MG335,13.1,13.35,18.9,20.25,35,圆钢麻花式锚杆,（,1,）锚固力低（,3,5,吨）,（,2,）杆体强度低,36,管逢式锚杆,（,1,）全长摩擦锚固锚固力,（,2,）锚固强度低,（,3,）国外用于金属矿山硬岩巷道支护,37,涨壳式锚杆,快装全长预应力锚杆,安装简单迅速,全长预应力,预应力高,树脂用量少,组合粱效果好,适合于层状软岩,38,39,（四）,煤巷锚杆支护技术规范（试行）,1.,范围,本标准规定了煤巷锚杆支护技术的术语和定义、技术要求、煤巷锚杆支护监测及煤巷锚杆支护施工质量检测。,本标准适用于煤矿,煤巷,锚杆支护，也适用于,半煤岩,巷锚杆支护。,40,2.,规范性引用文件,下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。,GB/T5224,2003,预应力混凝土用钢绞线,GB/T14370,2000,预应力筋用锚具、夹具和连接器,GB50086,2001,锚杆喷射混凝土支护技术规范,MT146.1,2002,树脂锚杆 锚固剂,MT146.2,2002,树脂锚杆 金属杆体及其附件,MT/T942,2005,矿用锚索,MT5009,1994,煤矿井巷工程质量检验评定标准,41,3.,术语和定义,下列术语和定义适用于本标准。,3.1,煤巷：断面中煤层面积占,4/5,或,4/5,以上的巷道。,3.2,半煤岩巷：断面中岩石面积（含夹石层）大于,1/5,到小于,4/5,的巷道。,3.3,锚杆支护：以锚杆为基本支护形式的支护方式。,3.4,锚杆杆体破断力：锚杆杆体能承受的极限拉力。,42,3.5,锚杆拉拔力：锚杆锚固后，拉拔试验时，锚杆破断或失效时的极限拉力。,3.6,锚固力：锚杆的锚固部分或杆体在拉拔试验时，所能承受的极限载荷。,3.7,设计锚固力：设计时给定的锚杆应能承受的锚固力。,3.8,树脂锚杆：以树脂锚固剂配以各种材质杆体及托盘（托板）、螺母与减磨垫圈等构件组成的锚杆。,43,3.9,树脂锚固剂：起粘结锚固作用的材料称锚固剂，树脂锚固剂由树脂胶泥与固化剂两部份分隔包装成形。混合后能使杆体与被锚固体煤岩粘接在一起。,3.10,锚固长度：锚杆的锚固剂或锚固装置与钻孔孔壁的有效结合长度。,3.11,端头锚固：锚杆的锚固长度不大于钻孔长度的,1/3,。,3.12,全长锚固：锚杆的锚固长度不小于钻孔长度的,90,。,44,3.13,加长锚固：锚杆的锚固长度介于端头锚固与全长锚固之间。,3.14,拉拔试验：测试锚杆拉拔力的试验。,3.15,搅拌时间：安装树脂锚杆时，从开始搅拌树脂锚固剂到停止搅拌所用的时间。,3.16,等待时间：安装锚杆时，搅拌停止后到可以上紧螺母托板的时间。,45,3.17,预紧力：,安装锚杆（锚索）时，通过拧紧螺母或采用张拉方法施加在锚杆（锚索）上的拉力。,3.18,预紧力矩：拧紧螺母使锚杆达到设计预紧力时，施加到螺母上的力矩。,3.19,锚杆快速安装,：使用锚杆钻机连续完成搅拌树脂锚固剂、拧紧螺母的全过程。,3.20,初始设计：根据已有资料提出的巷道支护形式与参数。,46,3.21,信息反馈：对支护监测信息进行解释，并据此对支护设计进行验证和修改的过程。,3.22,正式设计：根据监测信息，对初始设计进行验证或修改，在技术性、经济性以及安全性等方面均能满足生产要求的支护设计。,3.23,巷道顶板离层临界值：支护设计或工程实践分析确定的巷道顶板允许的最大离层值。,47,3.24,复杂地段,：指断层及围岩破碎带、应力集中区、顶板淋水区、裂隙发育区、巷道穿层地段、瓦斯异常区、大断面、大跨度巷道等地段。,3.25,异常情况,：指巷道位移、离层、锚杆受力等发生突变的情况。,48,4.,技术要求,4.1,煤巷围岩地质力学评估,4.1.1,地质力学评估是煤巷锚杆支护设计的主要依据之一，锚杆支护设计前应进行地质力学评估。,4.1.2,煤巷围岩地质力学评估的内容包括现场地质条件和生产条件调查、煤巷围岩物理力学性质测定、围岩结构观测、,地应力测量,和锚杆拉拔力试验。煤巷围岩地质力学评估的具体内容见,表,1,。,49,4.1.3,根据矿井开拓部署和采区划分合理安排煤巷围岩地质力学参数的测试。测点应具有代表性，应能最大程度地反映整个井田和采区的实际情况，并根据测试数据绘制矿井地应力分布图。,4.1.4,地质力学评估首先应确定评估区域，应考虑煤巷服务期间影响支护系统的主要因素，锚杆支护设计应该限定在这个区域内。,4.1.5,煤巷围岩地质力学参数，包括围岩物理力学性质、围岩结构和围岩应力。,4.1.6,原岩应力测量宜优先采用应力解除法或水压致裂法。,50,表,1,地质力学评估内容,序号,参 数,内 容,1,煤层厚度,指被煤巷切割的煤层厚度。,2,煤层倾角与水平方向的夹角,在井下直接测取，或由工作面地质说明书给出。,3,地质构造,煤巷周围地质构造的分布情况，由工作面地质说明书给出。,4,水文地质条件,煤巷涌水量，水对围岩物理力学性质的影响，由工作面地质说明书给出。,5,煤巷几何形状和尺寸,根据工作面回采需要确定，一般宜选用的几何形状为矩形和梯形。,6,2,倍左右煤巷宽度范围内顶底板岩层层数和厚度,由地质综合柱状图或钻孔资料确定。,7,岩（煤）层物理力学参数,在井下原位测取，或在实验室内利用岩（煤）样测定。,8,岩层的分层厚度,指分层厚度的平均值。,9,各层节理裂隙间距,指沿结构面法线方向的平均间距，在（类似条件）煤巷内测取。,10,煤巷轴线方向,由工作面巷道布置图给出。,11,煤巷埋深,地表到煤巷的垂直距离。,12,原岩应力的大小和方向,在井下实测。,13,煤柱宽度,煤柱的实际宽度。,14,采动影响,煤巷受到周围掘进或回采工作面采动影响的情况。,15,锚杆在岩（煤）层中的拉拔力,锚杆在岩（煤）层中的拉拔力试验。,51,钻孔应力解除法测试地应力示意图,52,53,4.1.7,巷道支护设计所需的煤岩体物理力学参数，可通过井下采取岩样进行实验室试验获得，岩样的采取、包装应满足锚杆支护设计的要求；一些参数（单轴抗压强度、变形模量等）也可通过井下原位测量获得。,4.1.8,煤岩体的物理力学性质参数包括煤岩体的真密度、视密度、孔隙率、单轴抗拉强度、单轴抗压强度、弹性模量、泊松比、内聚力、内摩擦角和水理性质等。,4.1.9,围岩结构测量应采用煤巷表面观察、钻孔取芯测量和钻孔窥视等方法进行。结构面力学特性测试应在现场取样后在实验室进行试验。,54,4.1.10,煤巷围岩应进行,锚杆拉拔力试验，试验方法参见附录,A,。锚杆拉拔力试验应在需支护的煤巷现场或类似条件的围岩中进行，每次不少于,3,根锚杆。根据试验结果判断围岩的可锚性,。,4.1.11,在一个地点获取的参数用于同一煤层的其它地点时，应进行充分的现场调研和分析、评估。,4.1.12,当煤巷围岩物理力学性质、围岩结构和原岩应力条件发生显著变化时，应对地质力学参数进行重新测定。,4.1.13,应根据地质力学评估结果采用适合本矿区的方法进行巷道围岩稳定性分类。,55,4.1.14,有下列情况之一的应重新进行围岩稳定性分类,a),当巷道围岩条件、开采深度、开采范围与原分类差异很大时；,b),新采区各煤层巷道首次采用锚杆支护时。,4.2,煤巷锚杆支护设计,4.2.1,巷道围岩地质力学评估结果证明锚杆支护可行时，进行锚杆支护设计。,4.2.2,在采区巷道布置时，应尽量使煤巷的轴线方向与最大水平主应力的方向平行。,56,4.2.3,煤巷锚杆支护设计应采用动态设计方法。设计应在地质力学评估的基础上按以下程序进行：,初始设计,井下监测,信息反馈,正式设计,。,4.2.4,根据地质力学评估结果，进行锚杆支护初始设计。初始设计应包括以下内容：,a),巷道地质与生产条件及地质力学评估结果；,b),煤巷断面设计；,c),锚杆支护形式设计；,d),锚杆支护参数设计；,e),锚杆支护材料选择和施工机具设备配套；,57,不同掘进方向巷道状况的差异,58,f),锚杆支护施工工艺、安全技术措施和施工质量指标；,g),锚杆支护矿压监测设计；,h),煤巷围岩复杂地段的支护方法和煤巷受到采动影响时的超前支护设计。,4.2.5,锚杆支护初始设计可采用以下一种或多种方法组合进行,4.2.5.1,工程类比法,根据已经支护巷道的实践经验，通过类比，直接,59,提出锚杆支护形式与参数。也可根据巷道围岩稳定性分类结果进行锚杆支护形式与参数设计。,4.2.5.2,理论计算法,选择适合本矿区煤巷条件的锚杆支护理论进行理论计算设计。,4.2.5.3,数值模拟法,根据地质力学评估结果建立计算机数值模拟模型，通过多方案比较，确定锚杆支护初始设计。,4.2.6,煤巷断面一般采用矩形或梯形，特殊情况可采用拱形或其它形状断面。,煤巷断面设计应考虑以下因素：,60,a),煤巷布置（运输）的最大设备尺寸；,b),煤巷管线布置和行人要求；,c),煤巷通风要求；,d),预留煤巷变形量。,4.2.7,锚杆支护形式以锚杆为基本支护构件，可选以下构件进行组合：,a),组合构件（钢筋托梁、钢带、钢梁等）；,b),护网；,c),锚索。,4.2.8,锚杆支护设计应包括以下内容：,a),锚杆种类（螺纹钢锚杆、圆钢锚杆、玻璃钢锚杆或其它锚杆等）；,61,b),锚杆附件（托板、球形垫圈、减摩垫圈和螺母等）的规格和力学性能；,c),锚杆几何参数（直径和长度等）；,d),锚杆力学参数（屈服载荷、破断载荷和延伸率等）；,e),锚杆预紧力,；,f),锚杆布置（锚杆间距、排距、安装角度等）；,g),钻孔直径、锚固方式和锚固长度；,h),锚杆设计锚固力；,62,i),锚固剂的型号、数量等；,j),组合构件（钢筋托梁、钢带、钢梁等）形式、规格和力学性能；,k),护网形式、规格和力学性能；,l),锚索形式和材质（单根锚索或锚索束，钢丝绳或钢绞线等）；,m),锚索附件（锚索托板和锚具等）的规格和力学性能；,n),锚索几何参数（直径和长度等）；,o),锚索力学参数（屈服载荷、破断载荷和延伸率等）；,63,p),锚索预紧力；,q),锚索布置（锚索间距、排距、安装角度等）；,r),锚索钻孔直径、锚固方式和锚固长度；,s),煤巷锚杆支护布置图；,t),组合构件加工示意图；,u),支护材料消耗清单。,64,4.2.9,锚杆支护基本参数宜选用,表,2,中的系列。,表,2,锚杆支护基本参数,序号,参 数 名 称,单 位,参 数 值,1,锚杆长度,m,1.6,3.0,2,锚杆公称直径,mm,16.0,25.0,3,锚杆排距,m,0.7,1.5,4,锚杆间距,m,0.7,1.5,5,锚索有效长度,m,4.0,10.0,6,锚索公称直径,mm,15.2,22.0,65,4.2.10,钻孔直径、锚杆直径和树脂锚固剂直径应合理匹配，钻孔直径和锚杆杆体直径之差应为,6mm,10mm,，钻孔直径与树脂锚固剂直径之差应为,4mm,8mm,。,4.2.11,煤巷顶板优先采用树脂锚固螺纹钢锚杆，对于煤顶巷道、全煤巷道和大断面煤巷，顶板宜采用高强度螺纹钢锚杆组合支护。,4.2.11.1,采煤工作面侧的煤帮优先采用可切割锚杆。,4.2.11.2,煤巷顶板锚杆支护补强加固手段应优先采用锚索（,设计长度确保锚固到稳定岩层中的长度不小于,1.0m,）。,66,锚索,顶板潜在,冒落范围,顶板锚杆,67,4.2.11.3,煤巷复杂地段应进行联合支护（,断层破碎带、切眼等应采取锚索、架棚特殊措施,）。复杂地段的支护范围应该延伸到正常地段,5m,以上。,4.2.12,煤巷锚杆支护施工工艺设计应包括施工设备配置、施工工艺、施工质量指标和安全技术措施等。,4.2.13,煤巷锚杆支护矿压监测设计应包括监测内容、测站安设方法、数据测读方法、测读频度和监测仪器等。矿压综合监测应给出反馈指标和锚杆支护初始设计修改准则；矿压日常监测应给出监测方法、合格标准和异常处情况的处理措施。,68,4.2.14,初始设计在井下实施后应及时进行矿压监测。将煤巷受掘进影响结束时的监测结果用于验证或修正初始设计。修正后的支护设计作为正式设计在井下使用。煤巷回采影响期间的监测结果可用于其它类似条件巷道支护设计的验证与修改。,4.2.15,正式设计实施过程中，应进行矿压监测。,当地质条件发生显著变化时及时修正。,4.3,锚杆支护材料,4.3.1,一般要求,设计选用的煤巷锚杆支护材料应符合国家标准和相关行业标准，并具有产品合格证。锚杆（锚索）杆体,69,及其附件、其它组合构件等的力学性能应相互匹配。（,定期进行质量检测,）,4.3.2,锚杆、托板、螺母,4.3.2.1,金属杆体、托板、螺母应符合,MT146.2,2002,的规定。,4.3.2.2,树脂锚杆玻璃纤维增强塑料杆体应符合有关标准的规定。,4.3.3,锚固剂,树脂锚固剂应符合,MT146.1,2002,的有关规定。锚固剂生产厂家应提供质量合格证。,70,4.3.4,钢带,钢带的选用应根据巷道具体情况选用不同型号和规格，钢带材料抗拉强度应不低于,375MPa,。,4.3.5,锚索,4.3.5.1,锚索用钢绞线应符合,GB/T5224,2003,的规定；应优先选用抗拉强度等级不低于,1860MPa,，延伸率不小于,3.5%,，直径不小于,15.2mm,的钢绞线。,4.3.5.2,与钢绞线配套的锚具应符合,GB/T14370,2000,的规定。,4.3.5.3,锚索托板的承载力应符合,MT/T942,2005,的要求。,71,4.3.6,网,煤巷锚杆支护巷道宜选用金属焊接网，在条件允许的情况下，可选用符合相应技术标准的编织金属网或其它材料的网。,4.3.7,喷射混凝土,服务期长的巷道或维修巷道可采用喷射混凝土等封闭措施。,4.4,锚杆、锚索支护施工,4.4.1,煤巷锚杆支护施工应按掘进工作面作业规程的有关规定进行。,4.4.2,锚杆支护巷道掘进工作面应采用临时支护，不应空顶作业，其临时支护形式、规格、要求等应在作业规程、措施中明确规定。,72,4.4.3,锚杆支护巷道落煤（岩）后，应及时进行顶板支护。若两帮煤体稳定，帮锚杆施工可适当滞后，,滞后距离和最大空帮时间应在作业规程、措施中明确规定。,4.4.4,锚杆孔施工,4.4.4.1,顶板锚杆孔应由外向掘进工作面逐排顺序施工，每排锚杆孔宜由中间向两帮顺序施工。,4.4.4.2,锚杆孔实际钻孔角度相对设计角度的偏差应不大于,5,。,4.4.4.3,锚杆孔的间排距误差应不超过,100,。,73,4.4.4.4,锚杆孔深度误差应在,0,30,范围内。,4.4.4.5,锚杆孔内的煤岩粉应吹干净。,4.4.5,锚杆安装（树脂锚固剂快速承载,+,预紧力）,4.4.5.1,锚杆安装应优先,采用快速安装工艺,。,4.4.5.2,锚固剂使用前应进行检查，不应使用过期、硬结、破裂等变质失效的锚固剂。,（,3,个月）,4.4.5.3,当使用两卷以上不同型号的树脂锚固剂时，应按锚固剂凝固速度,先快后慢的顺序,，将锚固剂依次放入钻孔中，先将锚固剂推到孔底，再启动锚杆钻机搅拌树脂锚固剂。,（,CK/K,）,74,4.4.5.4,螺母应采用机械设备紧固，需要二次紧固时，其扭矩或预紧力大小、紧固时间应在作业规程、措施中明确规定。,4.4.5.5,螺母安装达到规定预紧力矩后，一般不得将螺母卸下重新安装。,4.4.5.6,托板应紧贴钢带、网或巷道围岩表面，当锚杆与巷道的周边不垂直时应使用异型托板。,4.4.5.7,锚杆托板与螺母之间宜使用减摩垫圈。,4.4.5.8,网的规格、联网方式及参数应在规程中明确规定。,4.4.6,锚索施工,4.4.6.1,采用锚索钻机或锚杆钻机钻孔。,75,4.4.6.2,锚索孔深度误差应不大于,100mm,。,4.4.6.3,锚索宜垂直于顶板或巷道轮廓线布置，实际钻孔角度与设计角度的误差不大于,10,。,4.4.6.4,锚索间排距误差不大于,100mm,。,4.4.6.5,安装锚索应优先使用电动或气动张拉机具，不宜使用手动式张拉机具。,4.4.6.6,安装锚索时，钢绞线应推到孔底，安装后外露钢绞线长度不宜超过,300,mm,。,(,150,250,mm,),4.4.6.7,锚索施工后，应及时对锚索进行检查，锚索预紧力的最低值应不小于设计预紧力的,90%,。发现工作载荷低于预紧力时应及时进行二次张拉。,4.4.6.8,锚索钻孔中有淋水时，应采用补强措施,。,76,4.4.7,其它施工要求,4.4.7.1,锚杆支护作业时，如遇复杂地段（,如煤炮剧烈、顶底板及两帮移近量显著增加、顶板出现淋水或淋水加大、围岩层节理发育、突发性片帮掉渣、巷道不易成型、钻眼速度异常等,），应停止作业、分析原因，采取措施后方可施工。,4.4.7.2,复杂地段应优先选用锚杆、锚索、锚注等支护形式进行支护，并适当加大支护密度，必要时应采用金属支架、支柱等进行加固（,断层落差较大围岩破碎带、交叉点、应力集中区、顶板有较大淋水及煤层特别松软破碎区等,）。,4.4.7.3,对失效、松动等不合格的锚杆、锚索应及时补打或紧固。,77,4.4.7.4,采用锚杆支护的煤层巷道，应,备有一定数量的其它支护材料作防范措施,。,4.4.7.5,任何煤巷作业地点，作为永久支护的锚杆、锚索、钢带、金属网等不应作为起吊设备或悬挂其他重物。,4.4.8,喷射混凝土施工,4.4.8.1,喷射混凝土的施工应按,GB50086-2001,的规定执行。,4.4.8.2,为防止混凝土的塑性收缩和龟裂，可选用聚丙烯腈纤维喷射混凝土。,78,5,煤巷锚杆支护监测,5.1,煤巷锚杆支护监测,煤巷锚杆支护监测分为,综合监测和日常监测,两种。综合监测的目的是验证或修正锚杆支护初始设计，评价和调整支护设计；日常监测的目的是及时发现异常情况，采取必要措施，保证巷道安全。,5.2,监测内容,综合监测的主要内容为巷道表面和深部位移、顶板离层、锚杆（锚索）受力状况；日常监测主要内容为顶板离层观测。,5.3,测站安设,每条锚杆支护煤巷应安设综合监测测站；每间隔一定距离安设一个顶板离层指示仪进行日常监测。当围岩地质和生产条件发生显著变化时，应增减测站和,79,顶板离层指示仪的数目；,复杂地段,必须安设顶板离层指示仪。顶板离层指示仪安设时应紧跟掘进工作面。,5.4,绘制测站位置和仪器分布图,应绘制每个测站的位置和仪器分布图，测站的监测仪器应专门编号，以便测读时识别。,5.5,观测频度,距掘进工作面,50m,内和回采工作面,100m,内观测频度每天应不少于一次。在此范围以外，除非离层有明显增长，顶板离层仪的观测频度可为每周一次。,80,5.6,综合监测,5.6.1,巷道表面位移监测,5.6.1.1,巷道表面位移监测内容包括顶底板相对移近量、顶板下沉量、底鼓量、两帮相对移近量和巷帮位移量。,5.6.1.2,一般采用十字布点法安设测站，每个测站应安设两个监测断面，基点应安设牢固。,5.6.1.3,巷道深部位移观测范围不小于巷道跨度的,1.5,倍，孔内测点数不少于,4,个。,81,5.6.2,巷道顶板离层监测,巷道表面位移监测是在巷道的顶底板和两帮设置监测点，即采用中腰线十字布点法，如图所示。采用钢卷尺和测绳测量，综合监测频度距掘进迎头,100m,以内一般每天不少于一次，,100m,以外每周不少于,1,次。,82,5.6.2.1,顶板离层指示仪的浅基点应固定在锚杆端部位置，深基点一般应固定在锚杆上方稳定岩层内,300mm,500mm,，若无稳定岩层，深基点在顶板中的深度应不小于巷道跨度的,1.5,倍。,83,84,85,5.6.2.2,顶板离层值超过设计顶板离层临界值时，应及时采取补强加固措施,。,5.6.2.3,不能进行有效测读的顶板离层指示仪应立即更换，如果不能安装在同一钻孔中，应靠近原位置钻一新孔进行安设，原指示仪更换后，要记录其读值，并标明已被更换。新指示仪的基点安设层位与高度应与原测点一致。,5.6.3,锚杆、锚索受力监测,5.6.3.1,采用测力锚杆监测加长（全长）锚固锚杆的受力状况，采用锚杆（锚索）测力计监测端部锚固锚杆（锚索）的受力状况。,86,5.6.3.2,锚杆（锚索）的受力监测仪器应在巷道锚杆（锚索）支护施工过程中安设。,5.6.4,信息反馈,应及时分析处理综合监测数据，进行信息反馈，并提交正式设计。掘进作业规程应作相应修改，审批通过后实施，并继续进行综合监测。,5.7,日常监测,5.7.1,基本要求,锚杆支护的煤巷都应进行日常监测。制定日常监测方案，按技术要求组织实施。,87,5.7.2,检测人员培训要求,对监测人员应进行培训，使其掌握测站安设、仪器操作、数据测读和数据处理方法。其他人员也应随时注意观察离层仪的变化，以便及早发现异常现象。,5.8,异常情况,发现异常情况，监测人员应立即向矿主管部门汇报，并分析出现异常的原因及其危害，提出处理办法并及时组织落实。,5.9,存档制度,各矿应保存监测数据，编制监测报告，并存档。,88,6.,煤巷锚杆支护施工质量检测,6.1,检测职责,锚杆支护施工质量检测由矿主管部门负责。各矿应配备专职施工质量检测人员。各矿业集团公司应对专职检测人员进行培训，经考核合格者由矿业集团公司发给上岗证。,6.2,检测内容,锚杆支护施工质量检测的内容包括锚杆（索）锚固力检测、锚杆（索）安装几何参数检测、锚杆（索）预紧力矩或预紧力检测、锚杆（索）托板安装质量检测、组合构件和网安装质量检测、喷射混凝土的强度和喷层厚度检测。,89,6.3,检测要求,锚杆支护施工质量应及时按设计要求进行检测。检测结果不符合设计要求，应停止施工，进行整改。施工质量不达标的，