【正文】 而達(dá)到改善支護(hù)效果的作用。在本模型中，支護(hù)對(duì)于減少兩幫變形的效果非常顯著，錨桿支護(hù)后單側(cè)幫位移減少 15mm 左右。本節(jié)采用如下錨桿支護(hù)參數(shù)對(duì)錨桿支護(hù)的作用進(jìn)行了研究： 直徑 排距 頂錨桿長(zhǎng)度 幫錨桿長(zhǎng)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(wú)支護(hù)條件下巷道圍巖變形分布。從垂直應(yīng)力分布看，巷道頂板和底板垂直應(yīng)力下降最為明顯，應(yīng)力等值線呈拱形分布，應(yīng)力下降區(qū)進(jìn)入頂、底板深度很大，隨著進(jìn)入頂?shù)装迳疃仍黾樱怪睉?yīng)力恢復(fù)為正常水平；而巷道兩幫表面垂直應(yīng)力下降明顯，低于正常水平，但進(jìn)入兩幫較深部位，垂直應(yīng)力迅速升高， 高于正常水平，隨著進(jìn)入深度增加，兩幫垂直應(yīng)力恢復(fù)正常水平。 輔運(yùn)大巷數(shù)值模擬結(jié)果 （ 1）無(wú)支護(hù)條件下巷道圍巖變形和應(yīng)力分布 圖 3 給出了無(wú)支護(hù)條件下巷道圍巖變形分布。 （ 2）采用錨桿支護(hù)條件下的巷道變形和應(yīng)力分布。 7 巷 道支護(hù)斷面設(shè)計(jì) 考慮到掘進(jìn)過(guò)程中設(shè)備尺寸，通風(fēng)要求和巷道圍巖變形預(yù)留量，設(shè)計(jì)回風(fēng)大巷及輔運(yùn)大巷的掘進(jìn)斷面尺寸如下：回風(fēng)大巷斷面呈矩形，凈斷面寬 ，高 ，掘進(jìn)斷面分別為寬 ，高 ，掘進(jìn)斷面 ；輔運(yùn)大巷掘進(jìn)斷面尺寸為：巷道斷面呈矩形，凈寬 ，高 ，掘進(jìn)斷面為寬 ，高 ，掘進(jìn)斷面積，出車(chē)線附近斷面為寬 ，高 ，掘進(jìn)斷面 m2。 (6) 可操作性原則。錨桿支護(hù)系統(tǒng)存在臨界支護(hù)強(qiáng)度與剛度，如果支護(hù)強(qiáng)度與剛度低于臨界值，巷道將長(zhǎng)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(jìn)行錨桿支護(hù)效果最佳，而在已發(fā)生離層、破壞的圍巖中安裝錨桿，支護(hù)效果會(huì)受到顯著影響。粘結(jié)強(qiáng)度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求后方可在井下施工中采用。 E，最小水平主應(yīng)力為 ，垂直主應(yīng)力為 。構(gòu)造屬簡(jiǎn)單類(lèi)型。 圖 1 回風(fēng)大巷及輔運(yùn)大巷布置圖 根據(jù)礦方提供的地質(zhì)資料，回風(fēng)大巷現(xiàn)在都是沿頂板掘進(jìn)，輔運(yùn)大巷沿底板掘進(jìn)， 5 從頂板地應(yīng)力測(cè)試孔所取出的巖芯來(lái)看（圖 2），巷道直接頂是 15m 左右的砂質(zhì)泥巖，灰黑色，裂隙發(fā)育；砂質(zhì)泥巖之上為約 3m左右的泥巖，灰黑色、無(wú)巖芯； 泥巖之上為砂質(zhì)泥巖，厚度約為 1m，灰黑色、巖芯成小片狀，有自然裂隙；砂質(zhì)泥巖之上為泥巖，厚度約為 ，灰黑色、水平紋理發(fā)育，可見(jiàn)植物化石，基本無(wú)巖芯；再往上為泥質(zhì)砂巖，厚度為 ，灰色，夾薄層細(xì)砂巖。然后將初始設(shè)計(jì)實(shí)施于井下，并進(jìn)行詳細(xì)的圍巖位移和錨桿 受力監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果驗(yàn)證或修正初始設(shè)計(jì)。大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，單獨(dú)采用任何一種方法都不符合巷道圍巖復(fù)雜性和多變性的特點(diǎn)，因而達(dá) 不到理想的設(shè)計(jì)效果。 以下是 XX 煤礦回風(fēng)大巷及輔運(yùn)大巷的支護(hù)初始設(shè)計(jì) 。根據(jù) XX 煤礦煤層大巷的特點(diǎn)，進(jìn)行全面、系統(tǒng)、深入的研究和試驗(yàn)，對(duì)推動(dòng) XX 煤礦的快速、高效建設(shè)和生產(chǎn)，以及本礦區(qū)煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)大面積應(yīng)用和健康發(fā)展，提高巷道支護(hù)效果，降低支護(hù)成本，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效具有重要意義。再加上煤層比較破碎，支護(hù)難度很大。煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 — 12176。采用何種支護(hù)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(shù)人員的一大技術(shù)難題。該設(shè)計(jì)實(shí)施于井下后，還應(yīng)得到礦壓監(jiān)測(cè)的驗(yàn)證或修改。采用 動(dòng)態(tài)信息支護(hù)設(shè)計(jì)法 進(jìn)行錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)步驟包括試驗(yàn)點(diǎn)調(diào)查和地質(zhì)力學(xué)評(píng)估，初始設(shè)計(jì)，綜合監(jiān)測(cè)和信息反饋，修正設(shè)計(jì)和日常監(jiān)測(cè)。 關(guān)鍵詞 ： XX 煤礦 回風(fēng)大巷 輔運(yùn)大巷 支護(hù)初始設(shè)計(jì) 動(dòng)態(tài)信息設(shè)計(jì) 2 目 錄 摘要 前言 1 錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法介紹 2 試驗(yàn)點(diǎn)調(diào)查和地質(zhì)力學(xué)評(píng)估 3 錨桿支護(hù)初始設(shè)計(jì) 4 錨桿支護(hù)材料 5 井下施工工藝和安全措施 6 礦壓監(jiān)測(cè) 7 噴射混凝土 3 XX 煤礦 回風(fēng)大巷及輔運(yùn)大巷支護(hù)初始設(shè)計(jì) 前言 巷道支護(hù)技術(shù)是煤炭 開(kāi)采工程中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。 XX 井田位于山西省長(zhǎng)子縣東部，屬長(zhǎng)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?yàn)槟媳毕?、北北東向兩組寬緩褶皺。 XX 礦井是設(shè)計(jì)能力為 300Mt/a。若采用傳統(tǒng)的棚式支架支護(hù)，如此大的斷面從技術(shù)上就是不可行的。 XX煤礦作為一個(gè)基建礦井，剛剛涉及煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)。它包括地質(zhì)力學(xué)調(diào)查，支護(hù)形式和參數(shù)設(shè)計(jì)，支護(hù)材料選擇，井下施工工藝和安全措施，礦壓監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)等內(nèi)容。只有采用包括試驗(yàn)點(diǎn)調(diào)查和地質(zhì)力學(xué)評(píng)估、初始設(shè)計(jì)、井下監(jiān)測(cè)和信息反饋、修正設(shè)計(jì)和日常監(jiān)測(cè)的動(dòng)態(tài)信息設(shè)計(jì)方法 ,才是符合井下巷道圍巖特性的科學(xué)的設(shè)計(jì)方法。正常施工后還要進(jìn)行日常 監(jiān)測(cè)，保證巷道安全。 巖 性 厚度（ m） 累計(jì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)構(gòu)造 根據(jù)礦方提供的《山西省沁水煤田長(zhǎng)治礦區(qū) XX 井田 3 號(hào)煤層勘探（精查）地質(zhì)報(bào)告》評(píng)審意見(jiàn)書(shū)，井田內(nèi)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(zhì)情況 根據(jù)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?shī)W灰?guī)r的含水性較強(qiáng)，其余含水層一般較弱，對(duì)礦井充水影響較?。粖W灰水水位標(biāo)高為 ，高于 3 號(hào)煤層底板 ，屬于承壓開(kāi)采，一般情況下在無(wú)構(gòu)造溝通時(shí) 3號(hào)煤層不會(huì)發(fā)生底板突水。 粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試 采用錨桿拉拔計(jì)確定樹(shù)脂錨固劑的粘結(jié)強(qiáng)度。 6 3 錨桿支護(hù)初始設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)原則 支護(hù)參數(shù)確定的原則 (1) 一次支護(hù)原則。 (2) 高預(yù)應(yīng)力和預(yù)應(yīng)力擴(kuò)散原則。即高強(qiáng)度、高剛度、高可靠性與低支護(hù)密度原則。因此，設(shè)計(jì)錨桿支護(hù)系統(tǒng)的強(qiáng)度與剛度應(yīng)大于臨界值。提供的錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)具有可操作性，有利于井下施工管理和掘進(jìn)速度的提高。 錨桿支護(hù)初始設(shè)計(jì) 輔運(yùn)大巷模擬方案 輔運(yùn)大巷埋深 420m 左右 ，地應(yīng)力較高，煤層強(qiáng)度較低，巷道服務(wù)時(shí)間長(zhǎng)，因此需要采用強(qiáng)力錨桿 +錨索支護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行支護(hù)。 （ 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(dá)到 7587mm，巷道兩幫變形為 60~75mm。 圖 5 給出了無(wú)支護(hù)條件下巷道水平應(yīng)力分布。從 6 可以看出巷道頂板中部變形最大，變形范圍達(dá)到 62~73mm，兩幫變形范圍為 50~63mm。錨桿支護(hù)條件下頂板位移顯著減少，最大減少幅度達(dá)到 15mm 左右。 圖 6 錨桿支護(hù)條件下巷道圍巖變形 11 圖 7 錨桿支護(hù)條件下巷道垂直應(yīng)力分布 圖 8 錨桿支護(hù)條件下巷道水平應(yīng)力分布 12 （ 3）頂板錨桿數(shù)目對(duì)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(hù)強(qiáng)度的高低，而且能影響錨桿的支護(hù)剛度。從 3 個(gè)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(duì)巷道穩(wěn)定性的影響 錨桿排距的大小決定了錨桿支護(hù)密度，即支護(hù)強(qiáng)度的高低，并且能影響錨桿支護(hù)的剛度。從3 個(gè)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(duì)巷道穩(wěn)定性的影響 錨索是錨桿支護(hù)系統(tǒng)的重要補(bǔ)強(qiáng)構(gòu)件，錨索不僅具有很高的承載能力，能夠有效改善支護(hù)效果，而且能夠降低錨桿支護(hù)密度，提高掘進(jìn)速度，因此研究錨索對(duì)巷道穩(wěn)定性的影響非常必要。 模擬結(jié)果表明，錨索支護(hù)對(duì)巷道穩(wěn)定性有明顯的影響，采用錨索作為補(bǔ)充支護(hù)方式可以明顯減少巷道變形。目前還沒(méi)有軟件能夠詳細(xì)研究巖體破壞后的行為。 （ 4）在不同錨桿參數(shù)模擬過(guò)程中可以發(fā)現(xiàn)，各個(gè)方案模擬得到的變 形量差別一 18 般只有 2~20mm。 回風(fēng)大巷模擬方案 回風(fēng)大巷埋深 420m 左右，地 應(yīng)力較高，煤層強(qiáng)度較低，巷道服務(wù)時(shí)間長(zhǎng)，因此需要采用強(qiáng)力錨桿 +錨索支護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行支護(hù)。 （ 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(dá)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(wú)支護(hù)條件下巷道水平應(yīng)力分布。 直徑 排距 頂錨桿長(zhǎng)度 幫錨桿長(zhǎng)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(hù)條件下巷道圍巖變形分布。在本模型中，錨桿支護(hù)條件下頂板位移顯著減少，最大減少幅度達(dá)到 14mm 左右；錨桿支護(hù)顯著減少了巷道兩幫變形量，錨桿支護(hù)后單側(cè)幫位移減少 14mm 左右。 圖 20 錨桿支護(hù)條件下巷道圍巖變形 22 圖 21 錨桿支護(hù)條件下巷道垂直應(yīng)力分布 圖 22 錨桿支護(hù)條件下巷道水平應(yīng)力分布 23 （ 3）頂板錨桿數(shù)目對(duì)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(hù)強(qiáng)度的高低，而且能影響錨桿的支護(hù)剛度。從 3 個(gè)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(duì)巷道穩(wěn)定性的影響 錨桿排距的大小決定了錨桿支護(hù)密度，即支護(hù)強(qiáng)度 的高低，并且能影響錨桿支護(hù)的剛度。從3 個(gè)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(duì)巷道穩(wěn)定性的影響 錨索是錨桿支護(hù)系統(tǒng)的重要補(bǔ)強(qiáng)構(gòu)件，錨索不僅具有很高的承載能力，能夠有效改善支護(hù)效果，而且能夠降低錨桿支護(hù)密度，提高掘進(jìn)速度，因此研究錨索對(duì)巷道穩(wěn)定性的影響非常必要。 模擬結(jié)果表明，錨索支護(hù)對(duì)巷道穩(wěn)定性有明顯的影響，采用錨索作為補(bǔ)充支護(hù)方式可以明顯減少巷道變形。目前還沒(méi)有軟件能夠詳細(xì)研究巖體破壞后的行為。 （ 4）在不同錨桿參數(shù)模擬過(guò)程中可以發(fā)現(xiàn)，各個(gè)方案模擬得到的變形量差別一 29 般只有 2~20mm。 支護(hù)方案 經(jīng)過(guò)數(shù)值模擬分析，確定 XX 煤礦回風(fēng)大巷及輔運(yùn)大巷均采用 樹(shù)脂加長(zhǎng)錨固強(qiáng)力錨桿錨索組合支護(hù)系統(tǒng)。 鋼筋托梁規(guī)格：采用 ?16mm 的鋼筋焊接而成，寬度 80mm，長(zhǎng)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(dá)到 20t。 鋼筋托梁規(guī)格：采用 ?16mm 的鋼筋焊接而成，寬度 80mm，長(zhǎng)度 3200m。 錨桿角度：錨桿全部垂直巖面打設(shè)。 錨固方式：樹(shù)脂加長(zhǎng)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(shè)。 錨索 ： 錨索形式和規(guī)格：錨索材料為 ?20mm， 1?7 股高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，長(zhǎng)度7300mm，鉆孔直徑 30mm，采用一支 K2335 和兩支 Z2360 樹(shù)脂藥卷錨固； 錨索托盤(pán)：采用 300mm 300mm 16mm高強(qiáng)度可調(diào)心托板及配套鎖具。 錨固方式：樹(shù)脂端部錨固，采用一支錨固劑，規(guī)格為 Z2360。 網(wǎng)片規(guī)格：采用鋼筋網(wǎng)護(hù)幫，網(wǎng)孔規(guī)格 80 80mm，網(wǎng)片規(guī)格 3200 1000mm。 31 巷道支護(hù)布置如圖 32。 鋼筋托梁規(guī)格：采用 ?16mm 的鋼筋焊