锚杆支护设计软件理论分析与应用.pdf

收稿日期 2006Ο07Ο17 作者简介赵光荣1976 - ,男,山西潞城人,助理工程师,从事煤矿技术工作。 锚杆支护设计软件理论分析与应用 赵光荣 1 ,丁永红 1 ,宋世文 2 1. 潞安环能股份公司 五阳煤矿,山西 长治 046205; 2.长治市郊区安全生产监督管理局,山西 长治 046000 摘 要根据锚杆支护理论,探索锚杆支护设计方法,通过应用锚杆支护设计软件,实现锚杆支护巷道的快 速精确设计,为矿井安全高效掘进提供保证。 关键词锚杆支护;设计软件;理论分析;应用 中图分类号 TD353 . 6 文献标识码 B 文章编号 1005Ο27982007 05Ο0061Ο01 锚杆支护作为巷道支护的主要技术手段,具有 安全可靠、 支护效果好、 支护成本低、 作业强度小、 巷 道断面利用率高等特点,特别是在简化采煤工作面 端头区维护工艺等方面具有明显的优越性,有利于 巷道的安全状态和作业环境的改善,促使采煤工作 面的快速推进,提高矿井综合经济效益。 1 煤巷锚杆支护理论 传统的锚杆支护理论有悬吊理论、 组合梁理论 和加固拱理论等。悬吊理论是最早的锚杆支护理 论,具有直观、 易懂及使用方便等特点。特别是在顶 板上部有稳定岩层,而其下部存在松散、 破碎岩层的 条件下,这种支护理论应用比较广泛。其主要缺陷 是仅考虑了锚杆的抗拉作用,没有涉及其抗剪能力 及对破碎岩层整体强度的提高。组合梁理论充分考 虑了锚杆对岩层离层与滑动的约束作用,适用于层 状岩层。该理论认为,锚杆提供的轴向力将对岩层 离层产生约束,并且增大了各岩层间的摩擦力,与锚 杆杆体提供的抗剪力一同阻止岩层间产生相对滑 动。加固拱理论认为,即使在软弱、 松散、 破碎的岩 层中安装锚杆,也可以形成一个承载结构。只要锚 杆间距足够小,就能在岩体中产生一个均匀压缩带, 它可以承受破坏区上部破碎岩石的载荷。该理论充 分考虑了锚杆支护的整体作用,在软岩巷道中得到 较为广泛的应用。 2 锚杆支护设计方法 锚杆支护设计方法通常有工程类比法、 数值计 算法和软件设计法三种。大量实践经验证明,单独 采用任何一种方法都不符合巷道围岩复杂性和多变 性的特点,因而达不到理想的设计效果。锚杆支护 巷道设计软件是在锚杆支护实践经验的基础上,根 据煤巷特点,借鉴各种设计方法和成功技术经验,提 出的锚杆支护新型设计方法,即动态信息设计法。 动态信息设计法具有两大特点其一,设计不是一次 完成的,而是一个动态过程;其二,设计充分利用每 个过程中提供的信息。该设计方法包括五部分,即 试验点调查和地质力学评估、 初始设计、 井下监测、 信息反馈和修正设计、 日常监测。 3 锚杆支护设计软件界面 1 设计软件由三部分组成煤巷数据库系 统、 咨询系统、 设计系统。 2 锚杆支护设计软件界面,见图1,图2,图3。 图1 设计软件主界面 图2 添加数据界面 图3 锚杆支护设计图形输出界面 下转第65页 16 实用技术 总第91期 观测过程中,应根据变形量的变化情况适当调整,观 测频度一般为每周1次,待围岩变形稳定后,每月观 测一次即可。当三个观测周期的变形量小于观测精 度时,可作为无变形的稳定限值。 1. 4 测点观测 可在垂直位移观测时进行。由于井筒的局限 性,观测人员不可能靠近井壁观测,可利用垂直位移 观测时的水准仪的望远镜进行观测、 读数。此时,观 测人员可站在罐笼的顶部,视野开阔的地方。 1. 5 通 讯 观测人员可直接利用对讲机与绞车房司机联 系,让罐笼停在适宜观测的位置。 2 垂直位移监测 2. 1 测点的布置 基准点布置在井筒上部的井架底座处的基岩段 井筒壁上,变形观测点布置在井筒下部地质条件复 杂地段的井筒壁上。 2. 2 测点安装 1 基准点安装。井壁上钻直径40 mm、 深 500 mm的孔,将直径38 mm、 长700 mm的带钩的铁 桩打入孔中,铁桩外露200 mm用来固定测绳。测 绳用10 mm的钢丝绳制作。测绳自然下垂至变形 观测点处。在变形观测点处的测绳上固定一把不锈 钢钢板尺。测绳的尾端连接一个重量适中的锤球, 以稳定测绳。可根据情况布置2～3个基准点,以备 检查。 2 变形观测点安装。井壁上钻 直径20 mm、 深200 mm的孔,将 直径18 mm、 长400 mm的带钩 的铁桩打入孔中。铁桩上自然下垂一把不锈钢钢板 尺。 2. 3 观测周期 同水平位移监测。 2. 4 测点观测 观测人员可站在罐笼的顶部,将水准仪安放在 罐笼的顶部进行观测,同时观测基准点及变形观测 点的钢板尺的读数。将二者之差与上次观测二者之 差进行比较,即可求得变形量。 2. 5 通 讯 同水平位移监测。 3 测量精度 该方案环节少,仅包含读数误差等较少的测量 误差,测量精度能满足变形观测的要求。 变形观测结束后,应根据需要提交下列有关资 料① 位移量成果表;② 观测点位置图;③ 位移速率、 时间、 位移量曲线图;④ 变形分析报告。 [责任编辑王玉洁] 上接第61页 4 锚杆支护设计软件主要技术参数 1 地应力参数。垂直主应力大小、 最大水平 主应力大小、 最小水平主应力大小、 最大水平主应力 方向。 2 煤层参数。煤层厚度、 煤层单轴抗压强度、 煤层完整性。 3 顶板岩层参数。巷道宽度1倍范围内顶板 各岩层的厚度,顶板各岩层单轴抗压强度,顶板岩层 的完整性。 4 巷道特征。巷道类型、 巷道断面尺寸与方 位、 护巷煤柱类型。 5 锚杆支护设计软件应用 7612综放工作面位于五阳煤矿76北部胶带以 东,崔家庄3 断层与十字道背斜轴之间 ,工作面开采 对象为山西组中下部3 煤层 ,煤层赋存稳定,平均厚 度5. 96 m,见图4。 图4 煤层顶底板柱状 工作面地应力测试结果垂直主应力大小为10 MPa、 最大水平主应力大小为10. 4 MPa、 最小水平主 应力大小为5. 84 MPa、 最大水平主应力方向30. 7 。 将地应力参数、 煤层参数、 顶板岩层参数、 巷道 特征类型输入系统界面,将自动生成支护设计结果 及巷道支护断面图。 [责任编辑王玉梅] 56 2007年5月 张旭清等立井井筒变形监测探讨 第16卷第5期