新 -420南大巷支护设计.doc

华润天能徐州煤电有限公司柳泉煤矿
-420南大巷支护设计

技术科

审 批 程 序

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审 核：

科 长：

总 工：

-420南大巷支护设计
一、设计依据
1、柳泉煤矿35采区设计；
2、柳泉煤矿-420南大巷地质说明书；
3、《煤矿安全规程》(2010年版)、《煤矿防治水规定》，公司2009年下发的《煤矿生产技术管理规定》，以及相关的设计规范和有关规定等；
4、《煤矿安全质量标准化标准和考核评级办法》
5、矿井现有的机电设备和工人的实际操作水平。
二、工程地质概况
因工程需要，-420南大巷现迎头暂停掘进，退至该巷13点前20m处开门向35采区掘进。开门位置、方位及工程量见平面示意图。巷道为平巷掘进(3‰)，工程量约262m。
地面标高/m
+32.2～+32.8
井下标高/m
-416
地面相对位置
地面相应为季节性农田
井下相对位置
及掘进巷道的影响
该巷道在-420大巷施工，为35采区开拓巷道，上部为3煤采空区，距离100m以上，对掘进无影响。
邻近采区、煤层、巷道对掘进巷道的影响
该巷道开窝点标高为-416m，距3煤底板最近点100m最远距3煤底板130m。
该道在二叠系下石盒子组底板施工，自3煤底板施工，距3煤最近点为100m，距3煤最远点为130m，该巷道为平巷掘进，穿层巷道，穿过岩层顺次为：页岩、砂页岩、砂岩、杂色页岩、粉砂岩、泥岩、砂岩。
岩性描述见综合柱状图及预想剖面图（附后）
㈠、岩石的岩石力学性质
粉砂岩 内摩擦角 36°30′ 凝聚力20MPa
抗压强度 57.4～62.0MPa
抗拉强度 2.05～33.4MPa
细砂岩 内摩擦角 36°30′ 凝聚力16
抗压强度 43.9～119.7MPa
抗拉强度 2.61 ～4.85MPa 平均3.45MPa
泥岩： 内摩擦角 36°30′ 凝聚力20MPa
抗拉强度 0.72～1.84MPa 平均1.78MPa
粘土岩：内摩擦角 36°30′ 凝聚力20MPa
抗压强度 3.47～43.8MPa
抗拉强度 1.53 ～2.53MPa 平均2.03MPa
岩石稳定性为Ⅲ类

综合柱状图

㈡、构造：
该巷道为35采区开拓巷道，采区勘探资料较少，勘探精度较低，该区域以往未有掘进巷道，探明的构造较少，掘进过程中一定要注意，为新采区积累第一手的地质资料，未以后采区其它巷道掘进准备资料。
根据以往经验，岩巷掘进小构造较少，五米以上断层密度在1条/100m，掘进时应注意顶板变化。
㈢、水文地质
1、该巷道开窝点标高为-416m，距3煤底板130 m，该道终点标高为-416m距3煤底板100m，进尺范围内岩性多为泥岩，在进尺过程中无滴淋水现象，自3煤底板向下70 m内主要含水层有5层砂岩：细砂岩、含砾中粗砂岩、粉砂岩细砂岩互层、粉砂岩，这5层砂岩通过中皮延伸段在掘进过程中实际揭露富水性较弱，无滴淋水现象，但底板有渗水，该巷道最大涌水量为每小时0.5m3/h，最小涌水量为每小时0.2m3/h。
2、钻孔水：该道无钻孔。
3、老空水：该道无老空区。
4、断层水：根据我矿在31采区轨道下山掘进过程中实际揭露过F10断层，导通顶板砂岩裂隙水，涌水量为0.2～1.0m3/h。由于本矿井开拓工程少，勘探程度低，对矿井范围内地质构造不能探明，即在掘进过程中遇到构造或顶底板裂隙发育时，必须要先探后掘。
5、第四系冲积层：厚度37.40～95.00m，平均51.52m，主要由粘土、砂质粘土、砂姜粘土夹含粘土粉细砂、中砂、砾石层及粘土砂姜、钙质粘土等松散层组成，其中砂层、砂砾石层等含水层一般仅占地层总厚度的1／3～1／4，且普遍含粘土成份。
㈣、瓦斯、地温
根据对该矿瓦斯鉴定，为低瓦斯矿井， 但在适宜聚气的压性构造部位，沼气可能有局部富集的现象，不可忽视，我矿瓦斯鉴定绝对涌出量为1.69 m3/min，CO2绝对涌出量2.43m3/min。生产中出现异常要及时采取措施，确保安全。
本矿-500m为正常地温区26.44°C，地温梯度：1.96℃ /100 m，该道上标高为-416 m，该道最高温度为26.85℃，（实测21℃）相邻矿井的开垞城矿已回采至-750m，未见冲击地压现象。
三、巷道断面、支护参数及支护材料的选择
㈠、巷道断面
该工程巷道为锚喷支护，断面形状为半圆拱。
巷道名称
面积（m2）
净 宽
(m)
净 高
(m)
墙 高
(净m)
拱 高
(净m)
喷 厚(mm)
工程量(m)
（毛）
（净）
-420南大巷
10.12
8.86
3.2
3.0
1.4
1.6
100
262
㈡.临时支护
1、临时支护形式：
临时支护采用前探梁，使用5组。每组前探梁使用两道吊环，安装时先将吊环拧在紧靠迎头的两排锚杆外露端，前探梁上用木板维护。
2、临时支护材料及规格：
（1）前探梁：2寸钢管，长度4.0m。
（2）吊环：Φ18mm钢筋圆成圆环，直径略大于2寸钢管，并焊接与锚杆相配套螺丝帽，焊接要牢固不得点焊。
（3）挂钩：废钢钎制作，长度1.2m。
（4）木板梁：长×宽×厚=2000×200×30mm，两头伸出挂钩0.3m左右。
3、临时支护工艺、工序及要求：
（1）爆破后用不短与3.0m的长把工具由外向里、由顶及帮顺序进行找顶、找帮，找净活矸险石，确保无问题后人员站在永久锚杆支护下上好吊环（丝扣必须上满），穿好前探梁，挂好挂钩后用木板维护好顶板，木板与前探梁用木楔背紧。顶板维护好后，打迎头挂厥眼，安装好挂厥后撤出迎头所有人员到耙装机以后进行扒矸，扒矸够打锚杆高度后将耙装机停电闭锁，由外向里，由中间向两边逐排、逐根打注顶部锚杆。
（2）上吊环、前探梁及用木板维护顶板时必须设专人观察顶板及两帮，发现险情必须立即通知撤人。
（3）进行临时支护时不少于4人，1人观察顶板、1人上吊环，2人穿前探梁、上挂钩和木板。
（4）前探梁前端必须到迎头，吊环与钢管用木楔背紧，前探梁挂钩上必须用木板封严接实。
（5）打注顶部锚杆时必须由外向里、由中间向两边，锚杆必须打一根注一根，前探梁占据锚杆位置时将前探梁后撤到略小于一排锚杆位置后进行打注，打注下一排锚杆时临时支护必须前移，操作人员必须始终站在有支护的顶板下作业。
（6）顶部未初喷前临时支护必须紧跟到迎头。
（7）放炮前、喷浆前撤除临时支护，放炮找顶找帮后及时安装。安装前探梁时先中间后两边，撤除临时支护时由里及外逐步后撤。
临时支护平剖示意面图

㈢、永久支护
该道均为锚喷支护。
按悬吊理论计算检核锚杆参数：
1、锚杆长度计算： L=KH+L1+L2　
式中　　L—锚杆长度，m ；
H — 冒落拱高度，m；
K—安全系数，一般取K=2；
L1—锚杆锚入稳定岩层的深度，一般取0.5m ；
L2—锚杆在巷道中的外露长度，一般取0.1m；
其中： H=B/2f=3.4/2×4=0.43
式中： B—巷道开掘宽度，取3.4m ；
f—岩石坚固系数，取3；
则 L=2×0.43+0.5+0.1=1.46m
2、锚杆间、排距计算：间、排距相等：ɑ=[Q/KHγ]1/2
式中 a—锚杆间排距，m
Q—锚杆设计锚固力，64KN/根
H—冒落拱高度，0.43m
γ—被悬吊砂岩的密度，取25KN/m 3
K—安全系数，取K=2
a=[64/2×0.43×25]1/2=1.73m。
通过以上计算，选用直径18mm的左旋无纵筋螺纹钢锚杆，长2.0m，锚杆的间、排距为700×800mm符合设计支护要求。在支护中，当围岩稳定性较好时，顶部采用先锚后喷、帮部初喷后打注锚杆。
当穿层过泥岩、粘土岩、断层及围岩稳定性较差时，采用锚网梁喷支护、锚索补强，并视现场情况缩小锚杆的间、排距，掘后及时喷射混凝土不小于50mm厚的混凝土封闭围岩。锚索布置一排3根。沿中线布置1根，两侧间距1.2m各布置1根（每眼使用4根树脂药卷），排距2.1m。
锚杆布置方式为正顶布置一根，然后向两侧均匀布置，墙基锚杆距底板不大于300mm，并以水平向下10°倾角施工。所有锚杆在放炮前（初喷前）必须进行二次紧固，一次紧固扭矩为150N.m≤扭矩≤200N.m，二次紧固扭矩为250N.m≤扭矩≤300N.m, 锚索预紧力120KN（30MPa）。
初喷距迎头不得超过两个掘进循环进尺，距迎头至少15m不得复喷，以便于进行二次紧固螺母和质量检测工作，复喷距迎头最大距离不得超过30m。
初喷厚度为30～50mm，应在喷层凝固后进行锚杆施工工序的操作。复喷后厚度不得小于100mm，洒水养护时间不少于28d，水沟距耙装机不超过10m。

锚杆直径
(mm)
锚杆长度
(mm)
锚固长度
(mm)
锚杆间距
(mm)
锚杆排距(mm)
喷厚
(mm)
18
2000
顶1000 帮500
700
800
100
断面图附后。
㈣、支护材料
1、锚杆及锚固剂：顶、帮部锚杆采用φ18左旋无纵筋螺纹钢，L=2000mm，尾部滚丝长100 mm，配套快速安装螺母，并增加塑性减磨擦垫圈，顶部每根锚杆使用2根树脂药卷，帮部每根锚杆使用1根树脂药卷，锚杆的外露长度为10～50mm；托板由厚150×150×10mm的正方碟形钢板制成。
树脂锚固剂型号为MSK2350型，参数见表。
类型
特性
凝胶时间（s）
等待时间（s）
参考搅拌时间（s）
颜色标识
K
快速
41—90
90—180
15—25
蓝
备注
在22±1°C环境温度下测试
2、混凝土：喷射混凝土采用标号不低于42.5号水泥；砂为纯净的河砂含水率不大于6%，粒径为0.35~3.0mm的中粗砂；石子粒度不大于10mm 石灰岩石子，按配比为水泥：砂子：石子=1：2：2，均匀搅拌而成；水灰比为0.54：1，混凝土强度不低于C20 （150#）。
3、速凝剂型号为J85型，掺入量为水泥质量的4~5%。速凝剂必须在喷浆机的上料口随喷随掺入，不得提前掺入混凝土内。
4、对存放的水泥、砂子石子要分类存放并保管好，不得受潮和雨淋。
5、金属菱形网：，规格为2.0×1.2m，网格50 mm。
6、梯子梁：直径12mm钢筋焊制，长度4.0m。
7、钢绞线：Φ15.24mm、长6300mm；
8、锚索托板：20#矿用槽钢截成，长度400mm，中间加焊170×170×10mm的钢板，眼孔直径16.5mm，居于托板中间；
9、锚具：OVM15-1型单孔锚具。
四、锚杆及喷浆支护施工要求
㈠.施工工序
巷道采用用光爆锚喷支护进行掘进，两掘一喷。
掘进班 敲帮问顶、找掉→标定中腰线→画轮廓线→点眼位→打眼（打帮锚杆至迎头）→装药连线→放炮→敲帮问顶→临时支护前探梁篡至迎头→加固临时支护→出矸石→打注顶锚杆（锚索）→整理验收 （打锚杆和出矸可平行作业）
喷浆班 敲帮问顶→标定中腰线挂线→找墙基（二次紧固锚杆）→临时支护后撤→喷浆→清理回弹料→钉道清洗工具
㈡.施工注意事项
1、施工时，必须采用光面爆破，爆破后的巷道要成型规整，轮廓尺寸基本符合设计要求，眼痕率达到50%以上，超挖不超过200mm 。
2、临时支护必须紧跟迎头，严禁空顶作业，临时支护必须带有初撑力。
3、锚杆支护必须紧跟迎头，严格控制空顶距。
4、使用树脂锚杆时应用防护手套，未固化的树脂药包和固化剂具有毒性和腐蚀性，避免与皮肤接触。破损的药包应及时处理。
5、锚杆孔施工规定
（1）锚杆孔采用锚杆钻机、风钻钻孔。
（2）钻孔前，应根据设计要求确定孔位，做出标记。
（3）锚杆间排距误差不超过±100 mm。
（4）锚杆孔深度误差0～50mm。
（5）锚杆角度垂直于岩面，误差不小于±50，不得打穿皮眼或沿顺层面、裂缝打眼。
（6）锚杆必须推到孔底，尾段露出托盘30～50mm。
（7）锚杆孔内的岩粉必须吹净不得有积水。
6、安装锚杆规定
（1）锚杆托盘与螺母之间必须使用塑性减摩垫圈。
（2）顶板及巷帮必须采用快速安装工艺安装锚杆，即搅拌树脂药卷，拧紧螺母一次完成。
（3）托板应紧贴岩面，锚杆眼周围100mm范围内岩石表面的浮矸必须找掉、找实、找平。
（4）锚杆安装施工中，跟班区队长必须严格把关，质量不合格的一律重打。
7、喷浆
（1）、喷射前必须冲洗岩帮，初喷应紧跟迎头，喷射后应有养护措施。分层喷射混凝土时，应在每分层喷射前用水冲洗前次喷面，然后再喷，使其结合成一个整体。
（2）、喷浆时，应按照分段分片，先基础后侧帮，最后拱顶的顺序操作，喷嘴应与受喷面保持基本垂直，相距0.6～1.0m，按螺旋形轨迹（直径约为300mm）移动，以保持喷射面平整。喷浆时风压要保持平稳，水压要达到0.15～0.2MPa，分层喷射时，一次喷层厚度为60（顶）×100（帮）mm。
（3）、从事喷护的人员，必须佩戴劳动保护用品，喷射前应开启降尘设备和设施。
（4处理堵塞的喷射管路时，在喷头的前方及其附近，严禁有其他人员，以防突然喷射和管路跳动伤人。疏通堵塞管宜采用敲击法，如果用压风吹，其工作压力不得超过0.4MPa。
（5）、对于破碎软岩地带，岩面开挖后，应立即喷射速凝剂掺量加大的混凝土，及时封闭新露巷道围岩，起临时支护作用。初次喷射厚度50mm左右，然后，紧贴喷层面挂网，再按设计厚度喷射混凝土作为保护层。
（6）、有水地段喷射混凝土施工
①.改变配合比，增加水泥用量，先喷干混合料，待其与淋水融合后再逐渐加水喷射。喷射时由远而近，逐渐向涌水点逼近。
②.顶板涌水量不大、范围不广时，可先用缝管式锚杆进行导水后，再喷射混凝土，最后向锚杆内注浆封闭。
③.涌水量不大，但范围较广时，可先挖树枝状排水盲沟进行排水，再喷射混凝土。
④.涌水量大时，可设泄水孔，边排水，边喷射。
（7）、喷浆手应根据料流正确控制水灰比，保证喷射质量，做到喷射混凝土表面呈湿润光泽，无干斑或滑移流淌现象。对于质量不合格地段，需及时消除，进行补喷。
五．质量要求：
1、基本项目
巷道净宽 3200mm 合格： 0～+150 mm； 优良：0～+100 mm。
巷道净高 3000mm 合格：-50～+300 mm；优良：-30～+200 mm。
锚杆扭力矩250N.m 合格：≥90% 优良：≥设计值
锚杆锚固力80KN(22.5MPa) ≥设计值
锚索预紧力30MPa ≥设计值
锚杆的安装质量 合格：基本密贴岩面； 优良：密贴岩面，未接触部位必须楔紧。
2、允许偏差项目
锚杆间、排距：700×800mm 允许偏差±100
锚杆外露 +10～+50mm
锚杆角度 允许偏差5°
基础深度 ≥200mm
表面平整度 ≤50mm
水沟位置、深度、宽度 ±30mm
六、支护质量检查验收
1、锚杆锚固力检查：
①.检查锚杆锚固力必须做拉拔力试验。巷道每掘30m～50m，抽样一组锚杆（3根）进行检查。拉拔加载至锚杆设计锚固力的90%。
②.锚杆质量的合格条件：被检查的3根锚杆加载到设计锚固力的90%时，其中只要有1根不符合要求，再抽样一组（3根），再不符合要求，即定为工程质量不合格巷道，由矿总工程师组织研究锚杆质量不合格原因，并采取处理措施。
2、锚杆扭矩检查及要求：
①.掘进中锚杆安装每小班跟班区长必须严格检查锚杆，监督锚杆安装工艺，每小班使用扭矩扳手检查是否符合设计要求，并做好记录；对上一班施工的锚杆必须进行二次紧固，以确保锚杆螺母扭距达到规定要求，凡扭矩达不到规定要求的失效锚杆当班必须进行补打。
②.每小班抽样一组（3根）做螺母扭矩的检查，采用扭矩扳手，每个螺母拧紧力矩必须符合规定要求。
③.如果其中1个扭矩不合格，将扭矩不足的螺母重新拧紧即可；有2个以上不合格，应将所有螺母重新拧紧一遍。
3、锚索锚固力检查：
锚索安装时，当班跟班区长必须严格检查锚索支护情况，监督锚索安装工艺，并及时对班中安装的锚索使用专用锚索张拉预紧器进行检测，发现预紧力不够的及时进行二次张拉。
4、必须坚持日常巡查，对失修巷道应及时进行维护，对巡查不合格或喷体开裂、脱落等问题及时处理并采取补救措施。
5、喷体厚度的检查
巷道每5 m打一排观察孔，位置：顶1个，两半圆拱中间各1个，两帮各2个（即腰线上200mm一个，腰线下800mm 一个）。
6、喷体强度检查
使用SHJ-30型混凝土强度检测仪，读出数字压力表在混凝土破坏瞬间油压峰值，通过测强曲线公式fccu=2.97×F-0.01计算出喷体强度，仪器使用时应严格按使用说明书操作，每50m检测1次。
七、避灾路线
所有进入掘进工作面的人员都必须熟悉水灾避灾路线，并且实地行走不少于2次。
若工作面发生水、火、瓦斯、煤尘等灾害时，施工人员应按如下路线进行撤离：
1、避火、瓦斯、煤尘路线:
-420南大巷迎头→-420南大巷→中央轨道下山→-220大巷→副井→地面
2、避水灾路线:〔选择最佳路线〕
路线一：-420南大巷迎头→-420南大巷→中央轨道下山→-220大巷→副井→地面
路线二：-420南大巷迎头→-420南大巷→-420炸药库回风巷→中央皮带机下山→-220南巷→副井→地面
线路三：-420南大巷迎头→-420南大巷→-420南大巷回风巷→3106运输巷→中央皮带
机下山→-365m车场→中央轨道下山→副井→地面