厚煤层大断面巷道联合支护参数设计实践.pdf

582017 年第 6 期 收稿日期 2017-02-27 作者简介 于亚南（1985-），男，河南武钢人，助理工程师， 2008 毕业于河南理工大学，现从事煤矿技术与管理工作。 厚煤层大断面巷道联合支护参数设计实践 于亚南 孙小岩 河南大有能源股份有限公司，河南 渑池 472431 摘 要 以松动圈测试结果为依据，通过理论计算和工程类比对锚网支护参数进行了设计，得出了锚网支护的合理技术 参数，监测表明巷道整体变形速度较小，说明支护设计合理，围岩控制效果较好。 关键词 围岩松动圈 支护参数 锚杆 数据监测 控制效果 中图分类号 TD353.6 文献标识码 B doi10.3969/j.issn.1005-2801.2017.06.025 Design practice of combined support parameters of large section roadway in thick coal seam Yu Ya-nan Sun Xiao-yan Henan dayou energy Limited by Share Ltd, Henan Mianchi 472431 Abstract According to the loosing circle test results, through theoretical calculation and engineering analogy ,the bolting support parameters are designed, which got the reasonable anchor net supporting technical parameters, the monitoring results showed that the overall deation velocity is smaller, it is showed that the roadway supporting design is reasonable and has good control effect. Key words surrounding rock loosing circle support parameter bolt data monitoring control effect 1 工程概况 工作面位于西二采区西翼，2-3 煤轨道下山西 侧，其上部的 1-2 煤均已回采完毕，北部为已回采 的 12200 工作面。工作面煤层平均厚度为 9.6m，倾 角约 1417。顶板为泥岩、砂质泥岩互叠层，下 部局部为灰色及深灰色细砂岩，底部夹有薄层的黑 灰色粉砂岩，靠近煤处变为黑灰色、黑色泥岩中夹 煤线，富含植物化石；层厚 34.7538.63m，平均厚 34.64m。直接底为炭质泥岩、泥岩互叠层，灰及灰 黑色， 易碎， 厚0.61 m。 老底上部为灰黑色砂质泥岩、 粉砂岩，中部为灰白色细 - 中粒砂岩，底部为中粗 粒石英砂岩、含砾石英砂岩，砾岩等泥质胶结为主， 次为钙质，厚 10.216.6m。该面地质构造煤层整体 呈一向南东倾斜的单斜构造 , 但煤层结构复杂 , 条 理紊乱 , 煤层松软。西南角位于 F16 断层下部，F16 断层从上巷切眼处斜穿至此，预计回采至此处都会 受断层影响。 2 松动圈测试 根据董方庭等人提出的围岩松动圈理论测试围 岩松动圈厚度，根据实测设计锚杆长度，对 12220 工作面下巷进行围岩松动圈测试。该巷道共布置 四个测点，各测点之间间距为 10m，钻孔与煤壁 基本垂直。测试结果表明，各测点松动圈厚度为 1.92.1m，由此可以确定巷道围岩松动圈约为 2.1m， 其测量结果见表 1 及图 1 所示。 表 1 1测孔松动圈测试结果 测点距孔口深度 m 纵波速度 m/s 1测点2测点3测点4测点 0.5104489610581083 0.71184103112921174 0.91399116213861222 1.11410140213681433 1.31379149313471490 1.51436150214181406 1.71362147815441381 1.91424160214831535 2.12283205220412140 2.32260216221802060 2.52132214822202077 2.72205204320562206 2.9226121362110 3.1226320552013 3.322422094 3.521292032 3.723562151 592017 年第 6 期 图 1 测孔松动圈测试结果图 3 巷道支护参数计算 3.1 锚杆杆体长度 按照围岩松动圈支护理论， 锚杆的长度公式为 LLPL1L2 式中 L- 锚杆长度； LP- 围岩松动圈厚度； L1-锚杆深入围岩松动圈以外稳定围岩的深度， 一般 0.30.4m； L2- 锚杆外露长度，一般 0.1m。 根据松动圈测试厚度可知锚杆的长度 L2.10.30.40.12.52.6m 取锚杆长度为 2.6m。 3.2 锚杆间排距 根据悬吊理论，可根据下列公式进行计算锚杆 间排距 a ≤ p Q Klγ 式中 Q- 单根锚杆的设计锚固力，取 70kN； a- 锚杆的间排距，m； γ- 岩石的密度，取 2700kg/m3。 则 α ≤ 0.642m，即取锚杆间排距为 0.6m。 3.3 锚杆直径 根据杆体承载力与锚固力等强度原则确定 35.52 t Q d σ 式中 d- 锚杆直径，mm； 4280 21.8 3.14 380 t Q d πσ Q- 锚杆设计锚固力，取 70kN； σt- 杆体抗拉强度，MPa。 3.4 巷道支护设计 巷道支护形式为锚网索＋ 36U 型棚复合支护， 断面为拱形，巷道净宽 6000mm，净高 4650mm， 掘宽 7300mm，掘高 5100mm，毛断面为 31m2， 有效断面 24.1m2。锚杆间排距 0.60.6m。锚杆的 托盘紧贴煤壁，空隙大时铁托盘里加木托盘，螺 丝不准松动，锚杆外露长度不准超过 50mm，锚 杆为 Φ222600mm 无纵筋锚杆，每个孔装一节 ZSCK2340 和一节 ZSCK2350 型树脂药卷，铺设菱 形铁丝网（规格为 1.74.5m）， 网搭接 200mm， 每300mm连接一扣， 采用网丝 （12号铁丝） 连三圈， 锚杆设计承载力 50kN；锚索布置形式为“四五四”， 打五根锚索时，间距 1.2m，打四根锚索时，间距 1.5m，排距均为 1.8m，两侧锚索与竖直方向成 30 夹角，锚索采用 Φ17.88000mm 的钢绞绳，锚索 外露长度要按照（锁头以外）不超过 0.15m，锚索 的钻孔方向要达到钻孔轴线与设计轴线的偏差角 ≤ 3，锚索安装深度不小于设计值的 95％（设计 安装深度为 7700mm），锚索预应力最小值不得小 于设计的 90％（设计承载力为 200kN，预应力值一 般为承载力的 50-60），锚索间排距误差保证在 100mm 范围内，锚索托梁由一根 0.5m 长的 36U 型钢沿巷道方向安装。 36U型棚由三部分组成， 腿长4788mm （弧长） ， 梁长 4636mm（弧长）；梁、腿搭接 500mm，误差 范围 20mm；梁间距 0.7m。顶板让压 300mm，两 帮让压 500mm，空顶距不准超过 0.3m，窝面正头 要挂防护网，加防片帮木板。12220 工作面下巷支 护断面图见图 2。 图 2 12220 工作面下巷支护断面图 4 工程应用监测 由图 3 可知，12220 工作面下巷掘进期间顶板 与底板变形大于两帮变形，顶、底板最大变形速度 为 3.5mm/d，滞后于大约工作面后方 5m 处；两帮 （下转第 63 页） 602017 年第 6 期 收稿日期 2017-03-14 作者简介 翟慧东（1984-），男，山西河曲人，助理工程师，大 专学历，从事煤矿生产管理工作。 U 型支架承载能力及其优化分析 翟慧东 山西潞安集团余吾煤业有限责任公司，山西 长治 摘 要 本文对 U 型钢支架的承载能力进行了理论计算分析，建立了偏载支架理论模型，计算分析了单侧偏载支架的承 载性能，得出帮部、肩部、单侧整体偏载情况下，支架承载能力随着偏载程度的增加迅速下降，偏载载荷与均布载荷的比 值为 1.0-2.5 时，支架承载能力下降最快，比值超过 2.5 之后，下降速度开始平缓，但已经处于较低的承载水平；对支架承 载能力进行优化，使得支架承载能力得到改善，成功应用于工程实践，取得了良好的支护效果。 关键词 偏载 支架 承载 优化 中图分类号 TD322；TD353 文献标识码 A doi10.3969/j.issn.1005-2801.2017.06.026 Bearing Capacity Anslysis and Optimization of U-steel Shed with Offset Load Zhai Hui-dong Shanxi Luan Group Yuwu coal industry limited liability company, Shanxi Changzhi Abstract In this paper, the bearing capacity of U-shaped steel brackets is calculated and analyzed theoretically. The theoretical model of the partial load brackets is established, and the bearing capacity of the unilateral eccentric load brackets is calculated and calculated. , The bearing capacity of the stent decreases rapidly with the increase of the eccentric load. When the ratio of the eccentric load to the uni load is 1.0-2.5, the bearing capacity decreases with the ratio of more than 2.5, and the descending speed starts to be gentle, but it is already Low load level; to support the carrying capacity of the bracket, making the bearing capacity to be improved, successfully applied to engineering practice, and achieved good support effect. Key words offset loading support load-supporting optimization U 型钢支架参与的联合支护，是解决高压力软 碎围岩巷道支护难题的重要途径之一。侯朝炯根据 现场使用 U 型钢可缩性巷道支架的经验，对拱形、 梯形、封闭形等主要架型的承载能力、支撑效益、 支架主要参数进行了力学计算与分析，主要结论 为对称拱形支架的承载能力，对于均布载荷，以 内曲腿式最高；对于顶压大的载荷，以外曲腿式较 高；对于侧压大的载荷，以内曲腿式较高；对不同 载荷的适应性较强而且加工简便的是直腿式支架； 对于非对称载荷，对称拱架的承载能力均较低 [1]。 1 支架承载能力理论计算 朝炯教授对受均布荷载的直墙半圆拱支架进行 了内力计算分析，以校核强度选择支架型号。支架 受力分析如图 1 所示，将支架抽象为二铰拱模型进 行分析。根据其原理，可以在已知巷道断面尺寸及 支架型号的基础上反算支架所能承受的最大均布荷 载，进而计算其能提供的最大支护强度。 图 1 支架受力分析简图 如图 1 所示，半圆拱的半径为 r，直墙部分长 度为 t，bc 为拱梁，ab、df 为柱腿。梁、腿曲线段 的圆心角分别为 θ1、θ2，荷载集度为 q。 R、 N分别为a、 d支座处的水平反力和垂直反力， 其计算公式为