【正文】 而達到改善支護效果的作用。在本模型中，支護對于減少兩幫變形的效果非常顯著，錨桿支護后單側幫位移減少 15mm 左右。本節(jié)采用如下錨桿支護參數(shù)對錨桿支護的作用進行了研究： 直徑 排距 頂錨桿長度 幫錨桿長度 錨索 頂錨桿數(shù) 幫錨桿數(shù) φ 22mm 1000mm 2400mm 2400mm 隔排 3 根 7 4 圖 6 給出了無支護條件下巷道圍巖變形分布。從垂直應力分布看，巷道頂板和底板垂直應力下降最為明顯，應力等值線呈拱形分布，應力下降區(qū)進入頂、底板深度很大，隨著進入頂?shù)装迳疃仍黾?，垂直應力恢復為正常水平；而巷道兩幫表面垂直應力下降明顯，低于正常水平，但進入兩幫較深部位，垂直應力迅速升高， 高于正常水平，隨著進入深度增加，兩幫垂直應力恢復正常水平。 輔運大巷數(shù)值模擬結果 （ 1）無支護條件下巷道圍巖變形和應力分布 圖 3 給出了無支護條件下巷道圍巖變形分布。 （ 2）采用錨桿支護條件下的巷道變形和應力分布。 7 巷 道支護斷面設計 考慮到掘進過程中設備尺寸，通風要求和巷道圍巖變形預留量，設計回風大巷及輔運大巷的掘進斷面尺寸如下：回風大巷斷面呈矩形，凈斷面寬 ，高 ，掘進斷面分別為寬 ，高 ，掘進斷面 ；輔運大巷掘進斷面尺寸為：巷道斷面呈矩形，凈寬 ，高 ，掘進斷面為寬 ，高 ，掘進斷面積，出車線附近斷面為寬 ，高 ，掘進斷面 m2。 (6) 可操作性原則。錨桿支護系統(tǒng)存在臨界支護強度與剛度，如果支護強度與剛度低于臨界值，巷道將長期處于不穩(wěn)定狀態(tài)，圍巖變形與破壞得不到有效控制。 (3) “三高一低”原則。巷道圍巖一旦揭露立即進行錨桿支護效果最佳，而在已發(fā)生離層、破壞的圍巖中安裝錨桿，支護效果會受到顯著影響。粘結強度滿足設計要求后方可在井下施工中采用。 E，最小水平主應力為 ，垂直主應力為 。構造屬簡單類型。 圖 1 回風大巷及輔運大巷布置圖 根據礦方提供的地質資料，回風大巷現(xiàn)在都是沿頂板掘進，輔運大巷沿底板掘進， 5 從頂板地應力測試孔所取出的巖芯來看（圖 2），巷道直接頂是 15m 左右的砂質泥巖，灰黑色，裂隙發(fā)育；砂質泥巖之上為約 3m左右的泥巖，灰黑色、無巖芯； 泥巖之上為砂質泥巖，厚度約為 1m，灰黑色、巖芯成小片狀，有自然裂隙；砂質泥巖之上為泥巖，厚度約為 ，灰黑色、水平紋理發(fā)育，可見植物化石，基本無巖芯；再往上為泥質砂巖，厚度為 ，灰色，夾薄層細砂巖。然后將初始設計實施于井下，并進行詳細的圍巖位移和錨桿 受力監(jiān)測，根據監(jiān)測結果驗證或修正初始設計。大量實踐經驗證明，單獨采用任何一種方法都不符合巷道圍巖復雜性和多變性的特點，因而達 不到理想的設計效果。 以下是 XX 煤礦回風大巷及輔運大巷的支護初始設計 。根據 XX 煤礦煤層大巷的特點，進行全面、系統(tǒng)、深入的研究和試驗，對推動 XX 煤礦的快速、高效建設和生產，以及本礦區(qū)煤巷錨桿支護技術大面積應用和健康發(fā)展，提高巷道支護效果，降低支護成本，實現(xiàn)高產高效具有重要意義。再加上煤層比較破碎，支護難度很大。煤層結構簡單。 — 12176。采用何種支護方式才能確保巷道的安全使用以及后期工作面的安全回采，是困擾廣大工程技術人員的一大技術難題。該設計實施于井下后，還應得到礦壓監(jiān)測的驗證或修改。采用 動態(tài)信息支護設計法 進行錨桿支護設計。設計步驟包括試驗點調查和地質力學評估，初始設計，綜合監(jiān)測和信息反饋，修正設計和日常監(jiān)測。 關鍵詞 ： XX 煤礦 回風大巷 輔運大巷 支護初始設計 動態(tài)信息設計 2 目 錄 摘要 前言 1 錨桿支護設計方法介紹 2 試驗點調查和地質力學評估 3 錨桿支護初始設計 4 錨桿支護材料 5 井下施工工藝和安全措施 6 礦壓監(jiān)測 7 噴射混凝土 3 XX 煤礦 回風大巷及輔運大巷支護初始設計 前言 巷道支護技術是煤炭 開采工程中的一項關鍵技術。 XX 井田位于山西省長子縣東部，屬長子縣丹朱鎮(zhèn)、宋村鄉(xiāng)、南漳鎮(zhèn)、大堡頭鎮(zhèn)管轄。疊加有軸向為南北向、北北東向兩組寬緩褶皺。 XX 礦井是設計能力為 300Mt/a。若采用傳統(tǒng)的棚式支架支護，如此大的斷面從技術上就是不可行的。 XX煤礦作為一個基建礦井，剛剛涉及煤巷錨桿支護技術。它包括地質力學調查，支護形式和參數(shù)設計，支護材料選擇，井下施工工藝和安全措施，礦壓監(jiān)測設計等內容。只有采用包括試驗點調查和地質力學評估、初始設計、井下監(jiān)測和信息反饋、修正設計和日常監(jiān)測的動態(tài)信息設計方法 ,才是符合井下巷道圍巖特性的科學的設計方法。正常施工后還要進行日常 監(jiān)測，保證巷道安全。 巖 性 厚度（ m） 累計厚度 （ m） 巖層柱狀 巖 性 描 述 泥巖 灰黑色，巖芯破碎，取芯 20% 砂質泥巖 1 19 灰黑色，巖芯成小段狀，取芯 40% 泥巖 3 18 灰黑色，巖芯破碎，取芯 30% 砂質泥巖 15 15 灰黑色，節(jié)理發(fā)育，巖芯呈小段狀，裂 隙發(fā)育，有夾層 泥，取芯率 40% 圖 2 綜合柱狀圖 地質構造 根據礦方提供的《山西省沁水煤田長治礦區(qū) XX 井田 3 號煤層勘探（精查）地質報告》評審意見書，井田內沿走向及傾向伴有落差大小不一的斷層 6 條，其中正斷層 3 條，逆斷層 3 條。 水文地質情況 根據礦方提供的資料，礦井主要含水層為奧陶系中統(tǒng)灰?guī)r巖溶裂隙含水層、山西組砂巖裂隙含水層及太原組石灰?guī)r溶蝕裂隙含水層， 各含水層富水性奧灰?guī)r的含水性較強，其余含水層一般較弱，對礦井充水影響較??；奧灰水水位標高為 ，高于 3 號煤層底板 ，屬于承壓開采，一般情況下在無構造溝通時 3號煤層不會發(fā)生底板突水。 粘結強度測試 采用錨桿拉拔計確定樹脂錨固劑的粘結強度。 6 3 錨桿支護初始設計 設計原則 支護參數(shù)確定的原則 (1) 一次支護原則。 (2) 高預應力和預應力擴散原則。即高強度、高剛度、高可靠性與低支護密度原則。因此，設計錨桿支護系統(tǒng)的強度與剛度應大于臨界值。提供的錨桿支護設計應具有可操作性，有利于井下施工管理和掘進速度的提高。 錨桿支護初始設計 輔運大巷模擬方案 輔運大巷埋深 420m 左右 ，地應力較高，煤層強度較低，巷道服務時間長，因此需要采用強力錨桿 +錨索支護系統(tǒng)進行支護。 （ 3）改變頂板錨桿數(shù)目，分別模擬了頂板錨桿為 6， 7， 8 根三種。從圖 3 可以看出巷道頂板和兩幫變形較大：其中頂板中間部分變形最大，達到 7587mm，巷道兩幫變形為 60~75mm。 圖 5 給出了無支護條件下巷道水平應力分布。從 6 可以看出巷道頂板中部變形最大，變形范圍達到 62~73mm，兩幫變形范圍為 50~63mm。錨桿支護條件下頂板位移顯著減少，最大減少幅度達到 15mm 左右。 圖 6 錨桿支護條件下巷道圍巖變形 11 圖 7 錨桿支護條件下巷道垂直應力分布 圖 8 錨桿支護條件下巷道水平應力分布 12 （ 3）頂板錨桿數(shù)目對巷道穩(wěn)定性的影響 頂板錨桿數(shù)目的多少不僅決定了錨桿支護強度的高低，而且能影響錨桿的支護剛度。從 3 個位移分布圖可以看出，位移分布特征基本相同，但位移量有比較明顯的變化。 （ 4）錨桿排距對巷道穩(wěn)定性的影響 錨桿排距的大小決定了錨桿支護密度，即支護強度的高低，并且能影響錨桿支護的剛度。從3 個位移分布圖可以看出，位移分布特征基本相同，但位移量有比較明顯的變化。 （ 5）錨索對巷道穩(wěn)定性的影響 錨索是錨桿支護系統(tǒng)的重要補強構件，錨索不僅具有很高的承載能力，能夠有效改善支護效果，而且能夠降低錨桿支護密度，提高掘進速度，因此研究錨索對巷道穩(wěn)定性的影響非常必要。 模擬結果表明，錨索支護對巷道穩(wěn)定性有明顯的影響，采用錨索作為補充支護方式可以明顯減少巷道變形。目前還沒有軟件能夠詳細研究巖體破壞后的行為。 （ 4）在不同錨桿參數(shù)模擬過程中可以發(fā)現(xiàn)，各個方案模擬得到的變 形量差別一 18 般只有 2~20mm。 回風大巷模擬方案 回風大巷埋深 420m 左右，地 應力較高，煤層強度較低，巷道服務時間長，因此需要采用強力錨桿 +錨索支護系統(tǒng)進行支護。 （ 3）改變頂板錨桿數(shù)目，分別模擬了頂板錨桿為 5， 6， 7 根三種。從圖 17 可以看出巷道頂板和兩幫變形較大：其中頂板中間部分變形最大，達到 7581mm，巷道兩幫中部變形較大，變形范圍為 45~75mm。 圖 19 給出了無支護條件下巷道水平應力分布。 直徑 排距 頂錨桿長度 幫錨桿長度 錨索 頂錨桿數(shù) 幫錨桿數(shù) φ 22mm 1000mm 2400mm 2400mm 隔排 2 根 6 4 圖 20 給出了錨桿支護條件下巷道圍巖變形分布。在本模型中，錨桿支護條件下頂板位移顯著減少，最大減少幅度達到 14mm 左右；錨桿支護顯著減少了巷道兩幫變形量，錨桿支護后單側幫位移減少 14mm 左右。 圖 20 錨桿支護條件下巷道圍巖變形 22 圖 21 錨桿支護條件下巷道垂直應力分布 圖 22 錨桿支護條件下巷道水平應力分布 23 （ 3）頂板錨桿數(shù)目對巷道穩(wěn)定性的影響 頂板錨桿數(shù)目的多少不僅決定了錨桿支護強度的高低，而且能影響錨桿的支護剛度。從 3 個位移分布圖可以看出，位移分布特征基本相同，但位移量有比較明顯的變化。 （ 4）錨桿排距對巷道穩(wěn)定性的影響 錨桿排距的大小決定了錨桿支護密度，即支護強度 的高低，并且能影響錨桿支護的剛度。從3 個位移分布圖可以看出，位移分布特征基本相同，但位移量有比較明顯的變化。 （ 5）錨索對巷道穩(wěn)定性的影響 錨索是錨桿支護系統(tǒng)的重要補強構件，錨索不僅具有很高的承載能力，能夠有效改善支護效果，而且能夠降低錨桿支護密度，提高掘進速度，因此研究錨索對巷道穩(wěn)定性的影響非常必要。 模擬結果表明，錨索支護對巷道穩(wěn)定性有明顯的影響，采用錨索作為補充支護方式可以明顯減少巷道變形。目前還沒有軟件能夠詳細研究巖體破壞后的行為。 （ 4）在不同錨桿參數(shù)模擬過程中可以發(fā)現(xiàn)，各個方案模擬得到的變形量差別一 29 般只有 2~20mm。 支護方案 經過數(shù)值模擬分析，確定 XX 煤礦回風大巷及輔運大巷均采用 樹脂加長錨固強力錨桿錨索組合支護系統(tǒng)。 鋼筋托梁規(guī)格：采用 ?16mm 的鋼筋焊接而成，寬度 80mm，長度 4700m。 錨桿布置：錨桿排距 1000mm，每排 6 根錨桿，間距 900mm。錨索張拉要達到 20t。 鋼筋托梁規(guī)格：采用 ?16mm 的鋼筋焊接而成，寬度 80mm，長度 3200m。 錨桿角度：錨桿全部垂直巖面打設。 錨固方式：樹脂加長錨固，采用兩支錨固劑，一支規(guī)格為 K2335，另一支規(guī)格為 Z2360。 錨桿角度：錨桿全部垂直巖面打設。 錨索 ： 錨索形式和規(guī)格：錨索材料為 ?20mm， 1?7 股高強度低松弛預應力鋼絞線，長度7300mm，鉆孔直徑 30mm，采用一支 K2335 和兩支 Z2360 樹脂藥卷錨固； 錨索托盤：采用 300mm 300mm 16mm高強度可調心托板及配套鎖具。 錨固方式：樹脂端部錨固，采用一支錨固劑，規(guī)格為 Z2360。 網片規(guī)格：采用鋼筋網護幫，網孔規(guī)格 80 80mm，網片規(guī)格 3200 1000mm。 31 巷道支護布置如圖 32。 鋼筋托梁規(guī)格：采用 ?16mm 的鋼筋焊