煤矿复合顶板支护.pdf

声明声明下面论文由免费论文教育网 http//www.PaperE 用 户转载自互联网，版权归原作者所有，本文档仅供参考，严禁抄袭 免费免费论文论文教育教育网网 -1- 中国中国科技论文在线科技论文在线 煤矿复合顶板支护煤矿复合顶板支护 宗庆福 中国矿业大学采矿系，江苏 徐州（221008） E-mailzongqingfu1 摘摘 要要复合顶板煤层层位分明,由不同岩性岩层组成,岩层与岩层之间有分离面,夹有煤线或 有薄煤层软弱岩层,易生产下沉位移,易断裂、 冒落,加强对复合顶板的支护管理,有助于减少冒 落。本文通过用锚杆支护来支撑顶板，解决了复合顶板的支护问题。 关键词关键词锚杆支护；复合顶板；关键层；支护 1 引言引言 锚杆支护作为一种新的巷道支护形式，与传统支护方式相比，在改善支护效果、降低支 护成本、加快成巷速度、减轻劳动强度、提高巷道断面利用率、简化回采面端头区维护工艺 等方面的优越性十分突出。 因而受到了世界主要产煤国家的普遍重视， 代表了煤矿巷道支护 技术的发展方向。只有正确的设计和应用锚杆支护，加深对锚杆的支护机理认识，以完善的 锚杆支护理论作为指导，才能使技术在现场管理中更好的服务于井巷施工。 永久支护采用端头锚固锚杆支护（罗纹钢锚杆直径 φ18mm、长 1600 mm），设计巷道 断面为 4 排锚杆，间距为 800mm，排距为 1000mm。使用锚固树脂药卷 K2350 一卷。 2 巷道支护分析巷道支护分析 煤层复合顶板是指煤层直接顶由软硬相间、 数层厚度变化频繁的一组岩层构成， 其岩性 一般在泥页岩、凝灰岩、碳质粉砂岩、劣质薄煤或煤线间。当巷道开拓时，围岩较易风化， 顶板稳固性差。 某矿 2 井的 6 层煤层复合顶板属标准的沉积层状岩体。 复合顶板厚度在 0.8-1.0 之间, 巷 道破坏一般从稳定的 “巷道关键层”下开始离层、破碎直至冒落,但由于关键层的作用, 巷道 上方冒落岩层不会形成完整的冒落拱。这里“巷道关键层”是指位于巷道顶板上方一定层位, 巷道开挖后即使不支护也能自稳的最下部的顶板岩层。 支护的作用是将下部岩层锚固在关键 层岩层上,并使复合顶板在巷道开掘后通过锚杆作用形成一个组合梁， 防止关键层下位岩层 的过大离层和破碎冒落, 维持巷道稳定。[1] 3 锚杆支护机理锚杆支护机理 3.1 按悬吊理论设计锚杆参数按悬吊理论设计锚杆参数 悬吊理论设计锚杆参数时分两种情况，其计算如图1示 -2- 中国中国科技论文在线科技论文在线 A直接顶悬吊于坚固老顶上 b冒落拱内岩石悬吊在冒落拱外稳定岩石上 图 1 悬吊理论锚杆支护图 （1） 锚杆长度计算 锚杆的长度 L 由锚杆锚固段长度 L1、 软弱岩层厚度或冒落拱高度 L2及锚杆外露长度 L3 三部分组成。 按公式 L L1L2 L3 式中 L锚杆长度， ; L1锚杆锚入稳定岩层的深度，一般取 300～400mm；L3锚杆外露长度，一般 取 100～１５０ mm； L2锚杆的有效长度， L2＝＝KHKB/2f K安全系数，一般取值在 1.5～2 之间；f顶板岩石普氏坚固性系数，取 4～6； B巷道宽度，H软弱岩层厚度或冒落拱高度。 （2） 锚杆间、排距计算锚杆间、排距可根据每根锚杆悬吊的岩石重量进行确定，因 此, 锚杆长度主要是确定锚杆有效长度 L2。[2] a［Q/KHγ］1/2 式中 a锚杆间、排距， Q锚杆设计锚固力， γ被悬吊岩石的密度， H 锚杆杆体直径根据杆体承载力和锚固力等强度数值加以确定。 （3） d 35.52Q/б1/2 式中 d 锚杆杆体直径, б锚杆杆体抗拉强度，Mpa. 当复合顶板厚度小于 1.15 m, 即在巷道上方 1.15m范围内有关键层存在条件下, 关键层 下面复合顶岩层可悬吊在稳定的关键层岩层上,支护设计按悬吊理论计算, 且不需锚索补强 4。锚杆的有效长度 L2 大于或等于关键层下位复合顶板厚度,锚杆的间排距则有 [3] Sc Q/ KγH1/2 式中, Q 为锚固力, 按 50kN 计算; K 为锚杆安全系数, γ 为顶板岩层重力密度。 -3- 中国中国科技论文在线科技论文在线 3.2 按挤压加固拱理论计算锚杆参数按挤压加固拱理论计算锚杆参数 图 1 单体锚杆对岩体的控制 图 2 锚杆群加固拱 挤压加固拱理论并不要求锚杆深入坚硬岩层中如图 2 示， 加固拱厚度与锚杆的长度及间 距之间按下式确定，[4] b L tanα-a/ tanα 式中, b加固拱厚度， L锚杆的有效长度， α锚杆在松散岩体的控制角， a锚杆间距， 如果锚杆间距按 450计算，则 b L –a 一般情况下，锚杆的长度应大于 2 倍锚杆间距。 4 现场管理及具体措施现场管理及具体措施 采用维护顶板完整性，增大托盘护顶面积的方案。在现场主要采用两种方法，第一种采 用加木垫托顶板加固的方法，第二种采用加通长木顶梁的方法。 采用用木垫（30mm 厚，150mm 宽，400mm 长）垫托顶板稳固的方法，是将木垫垂直 与巷道走向布置，通过木垫增大了托盘对直接顶的托、护作用，锚杆一方面利用端头锚固与 紧固的托盘螺丝对直接顶起到悬吊作用， 即支的作用， 另一方面利用加大的木托盘对直接顶 的完整性进行保持，即护的作用。在锚杆与岩体相互作用的过程中，锚杆通过木垫板与锚固 端头对岩体提供支护抗力，增大了岩层间的摩擦力，提高了各岩层的抗弯刚度及抗剪强度。 在遇巷道构造顶板破碎时，采用挂金属网或加通长木顶梁的方法，将木顶梁（长 1200mm 的 φ20mm的原木开拌）固定在 2 根锚杆上，使其大体上垂直于顶板岩石裂隙布置，衬托顶 板使其保持完整性。[5] 锚杆把成层的或破碎的岩层， 或块状岩石锚固在一起来加固岩石。 这种紧固作用是通过 沿锚杆和岩石界面物理连接产生的摩擦力实现的。 按照树脂短柱锚固端头锚固的基本锚固型 式，施工时在锚杆头和锚杆托盘间有一施加张力的作用。通常在安装时，通过对锚杆托盘螺 丝的预紧施加一定量的张力到锚杆上 ，使数层复合顶板通过锚杆锚固成一体，即组合梁， 阻止顶板垮落。 锚杆通过木垫（木顶梁）与锚固端头对复合顶板提供支护抗力，有效的阻止了泥页岩的 剥离破裂，使顶板保持了整体上的稳定并将其塑性变形限定在允许的界限内。 -4- 中国中国科技论文在线科技论文在线 实现以上对顶板支护工作，除了要加强每日的锚杆锚固质量检查外，还有重要一点需 要注意，就是要加强对前掘爆破的炮眼布置的管理，要把顶眼向下平移 100mm，即顶排炮 眼要求距巷道设计边廓线在 200mm距离上，并严格控制顶排炮眼的间距及起爆药量，使顶 排炮眼的间距控制在 500mm，装药量控制在每眼 0.45kg 以内，尽量减少直接顶受到爆破影 响而破坏其完整性。 5 结论结论 根据实际施工和现场观测， 只要在巷道开掘初期能保持住直接顶的完整性， 进行以上对 复合顶的支护方式是切实可行的， 已掘巷道在一年内无顶板离层剥落现象。 巷道高度在整体 塑性压力变形下缩小不超过 100mm。 参考文献参考文献 ［1］ 张干 时光 锚梁网复合支护在大断面切眼的成功应用山东煤炭科技2009 年 第 4 期 ［2］ 曹海亮复合支护技术在杜儿坪矿南大巷的应用科技情报开发与经济2009 年 第 21 期. ［3］ 周小宏 桩-锚复合支护技术在建筑基坑边坡工程中的应用广东建材2009 年 第 7 期 ［4］ 丁文斌 束俊 试析土钉墙与预应力锚索在深基坑中的复合支护技术中国科技博览2009 年 第 17 期 ［5］ 肖雪峰 “三软”煤层锚网金属支架复合支护技术的应用煤矿开采2009 年 第 3 期 Mine compound roof supporting Zong Qingfu China University of Mining Mining Department, Jiangsu Xuzhou 221008 Abstract Complex layers of roof coal-bit clear, from different lithological rock composition, rock ation and the separation between the rock face, folder or a thin coal seam line of weak rock, easy to produce sinking displacement, easy to break, to take off, strengthening of the composite roof of supporting management, help to reduce the risk down. In this paper, with the support of roof bolting to solve the complex issue of supporting roof. Key words bolting;compound roof;critical layer,supporting