【正文】 較破碎，特點(diǎn)顯著，與其它礦井的煤巷條件有較大差別。該設(shè)計實施于井下后，還應(yīng)進(jìn)行礦壓監(jiān)測，以驗證或修改本設(shè)計，保證巷道安全。其中試驗點(diǎn)調(diào)查包括圍巖強(qiáng)度、圍巖結(jié)構(gòu)、地應(yīng)力及錨固性能測試等內(nèi)容，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行地質(zhì)力學(xué)評估和圍巖分類，為初始設(shè)計提供可靠的參數(shù)。本設(shè)計包括試驗點(diǎn)調(diào)查和地質(zhì)力學(xué)評估，錨桿支護(hù)初始設(shè)計，井下施工所需材料、設(shè)備和工藝，礦壓監(jiān)測設(shè)計和儀器等內(nèi)容。作為井田北界的二崗山南北正斷層全長大于 40km，其中井田內(nèi) 3 號煤層處延伸 ，落差 130m。 地應(yīng)力 2021 年在回風(fēng)大巷及輔運(yùn)大巷進(jìn)行了水壓致裂地應(yīng)力測量，測試結(jié)果回風(fēng)大巷附近最大水平主應(yīng)力為 ，方向為 N22176。該測試工作必須在井下施工之前進(jìn)行完畢。錨桿支護(hù)應(yīng)盡量一次支護(hù)就能有效控制圍巖變形，避免二次或多次支護(hù)。預(yù)應(yīng)力是錨桿支護(hù)中的關(guān)鍵因素，是區(qū)別錨桿支護(hù)是被動支護(hù)還是主動支護(hù)的參數(shù)，只有高預(yù)應(yīng)力的錨桿支護(hù)才是真正的主動支護(hù)，才能充分發(fā)揮錨桿支護(hù)的作用。在提高錨桿強(qiáng)度（如加大錨桿直徑或提高桿體材料的強(qiáng)度）、剛度（提高錨桿預(yù)應(yīng)力、加長或全長錨固），保證支護(hù)系統(tǒng)可靠性的條件下，降低支護(hù)密度，減少單位面積上錨桿數(shù)量，提高掘進(jìn)速度。 (5) 相互匹配原則。 (7) 在保證巷道支護(hù)效果和安全程度，技術(shù)上可行、施工上可操作的條件下，做到經(jīng)濟(jì)合理，有利于降低巷道支護(hù)綜合成本。為了得到最優(yōu)支護(hù)設(shè)計方案，采用了三維離散元軟件（ 3DEC）進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。 （ 4）改變錨桿排距，分別模擬了錨桿排距： 800mm， 1000mm， 1200m 三種情況。巷道局部最大變形達(dá)到 。從水平應(yīng)力分布看，巷道兩幫水平應(yīng)力下降區(qū)進(jìn)入兩幫深度很大，而且兩幫表面水平應(yīng)力下降劇烈，是潛在的拉深伸應(yīng)力破壞區(qū)；巷道頂?shù)装灞砻嫠綉?yīng)力下降幅度較大，但隨著進(jìn)入頂?shù)装迳疃燃由?，水平?yīng)力逐漸升高，并出現(xiàn)一個水平應(yīng)力升高區(qū)，然后又逐漸恢復(fù)正常水平。巷道頂板和兩幫局部最大變形達(dá)到 。 圖 7 給出了錨桿支護(hù)條件下巷道垂直應(yīng)力分布，與無支護(hù)條件下垂直應(yīng)力分布圖 4 相比，應(yīng)力分布特征類似，但是巷道頂?shù)装鍦\部圍巖中的低應(yīng)力區(qū)范圍有明顯的減少。因此改變增件錨桿數(shù)目能夠影響巷道的支護(hù)效果。 6 根錨桿巷道變形最大，局部最大位移達(dá) mm， 7 根錨桿巷道局部最大位移為 mm， 8 根錨桿巷道變形最小，局部最大位移為 mm。因此改變錨桿排距能夠影響巷道 的支護(hù)效果。排距 800 mm 時巷道變形最小，局部最大位移達(dá) mm，排距 1000mm 時巷道局部最大位移為 mm，排距 1200mm 時巷道變形最大，局部最大位移為 mm。 為了研究錨索對巷道穩(wěn)定性的影響，采用如下兩種支護(hù)參數(shù)進(jìn)行模擬： 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 φ 22mm 1000mm 2400mm 2400mm 無 7 4 圖 1 16 分別給出了兩種支護(hù)方案的模擬 結(jié)果。 輔運(yùn)大巷數(shù)值模擬研究結(jié)論 （ 1）數(shù)值模擬研究表明改變錨桿數(shù)目、排距等對巷道的穩(wěn)定性都有明顯的影響。因此本研究得到的變形量一般僅考慮了巷道開挖后短時間內(nèi)的變形行為，沒有考慮動態(tài)載荷和蠕變的影響。這種差別只是表明巷道變形初期的差別，這種微小的差別會對巷道的長期穩(wěn)定性發(fā)揮重要的影響。為了得到最優(yōu)支護(hù)設(shè)計方案，采用了三維離散元軟件（ 3DEC）進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。 （ 4）改變錨桿排距，分別模擬了錨桿排距： 800mm， 1000mm， 1200m 三種情況。巷道局部最大變形達(dá)到 81mm。從水平應(yīng)力分布看，巷道兩幫水平應(yīng)力下降區(qū)進(jìn)入兩幫深度很大，而且兩幫表面水平應(yīng)力下降劇烈，是潛在的拉深伸應(yīng)力破壞區(qū)；巷道頂?shù)装灞砻嫠綉?yīng)力下降幅度較大，但隨著進(jìn)入頂?shù)装迳疃燃由睿綉?yīng)力逐漸升高，并出現(xiàn)一個水平應(yīng)力升高區(qū)，然后又逐漸恢復(fù)正常水平。從圖 20 可以看出巷道頂板中部變形最大，變形范圍達(dá)到 62~67mm，兩幫變形范圍為 50~63mm。 圖 21 給出了錨桿支護(hù)條件下巷道垂直應(yīng)力分布，與無支護(hù)條件下垂直應(yīng)力分布圖 18 相比，應(yīng)力分布特征類似，但是巷道頂?shù)装鍦\部圍巖中的垂直低應(yīng)力區(qū)范圍有一定的減少。因此改變增件錨桿數(shù)目能夠影響巷道的支護(hù)效果。 5 根錨桿巷道變形最大，局部最大位移達(dá) mm， 6 根錨桿巷道局部最大位移為 mm， 7 根錨桿巷道變形最小，局部最大位移為 mm。因此改變錨桿排距能夠影響巷道的支護(hù)效果。排距 800 mm 時巷道變形最小，局部最大位移達(dá) mm，排距 1000mm 時巷道局部最大位移為 mm，排距 1200mm 時巷道變形最大，局部最大位移為 mm。 為了研究錨索對巷道穩(wěn)定性的影響，采用如下兩種支護(hù)參數(shù)進(jìn)行模擬： 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 φ 22mm 1000mm 2400mm 2400mm 無 6 4 圖 2 30 分別給出了兩種支護(hù)方案的模擬結(jié)果。 回風(fēng)大巷數(shù)值模擬研究結(jié)論 （ 1）數(shù)值模擬研究表明改變錨桿數(shù)目、排距等對巷道 的穩(wěn)定性都有明顯的影響。因此本研究得到的變形量一般僅考慮了巷道開挖后短時間內(nèi)的變形行為，沒有考慮動態(tài)載荷和蠕變的影響。這種差別只是表明巷道變形初期的差別，這種微小的差別會對巷道的長期穩(wěn)定性發(fā)揮重要的影響。 回風(fēng)大巷支護(hù)方案 (1) 頂板支護(hù) 錨桿形式和規(guī)格：桿體為 22左旋無縱筋螺紋鋼筋，長度 ，桿尾螺紋為 M24。 托板：采用拱型高強(qiáng)度托盤配合球形墊和減阻尼龍墊圈。 錨桿預(yù)緊扭矩要達(dá)到 。 (2) 巷幫支護(hù) 錨桿形式和規(guī)格：桿體為 22左旋無縱筋螺紋鋼筋，長度 ，桿尾螺紋為 M24。 托板：采用拱型高強(qiáng)度托盤配合球形墊和減阻尼龍墊圈。 錨桿預(yù)緊扭矩要達(dá)到 。鉆孔直徑為 30mm，錨固長度為 1200mm。 網(wǎng)片規(guī)格：采用鋼筋網(wǎng)護(hù)頂，網(wǎng)孔規(guī)格 80 80mm，網(wǎng)片規(guī)格 5200 1000mm。 錨索布置：每 1800mm 打 2 根錨索，安設(shè)位置在距離兩幫 1700mm，兩根錨索間距 1800mm，垂直頂板巖層。鉆孔直徑為 30mm。 錨桿布置：錨桿排距 900mm，每排每幫 4 根錨桿，間距 1000mm。 輔運(yùn)大巷出車線段支護(hù)方案 (1) 頂板支護(hù) 錨桿形式和規(guī)格：桿體為 22左旋無縱筋螺紋鋼筋，長度 ，桿尾螺紋為 M24。 托板：采用拱型高強(qiáng)度托盤配合球形墊和減阻尼龍墊圈，承載能力不低于 23t。 錨桿預(yù)緊扭矩要達(dá)到 。 (2) 巷幫支護(hù) 錨桿形式和規(guī)格：桿體為 22左旋無縱筋螺紋鋼筋，長度 ，桿尾螺紋為 M24。 托板：采用拱型高強(qiáng)度托盤配合球形墊和減阻尼龍墊圈，承載能力不低于 23t。 錨桿預(yù)緊扭矩要達(dá)到 。 錨桿桿體 錨桿桿體為左旋無縱筋螺紋鋼筋，專用錨桿鋼材，鋼材型號為 400 號。 樹脂藥卷 樹脂錨固劑型號分別為： Z2360, 即直徑 23mm，長度 600mm，固化時間為中速；K2335，即直徑 23mm，長度 350mm，固化時間為快速。它可將單根錨桿聯(lián)結(jié)起來組成一個整體承載結(jié)構(gòu)，顯著提高錨桿支護(hù)的整體效果。頂鋼筋托梁長 和 ，幫鋼筋托梁長 ，其加工分別如下圖 3圖 35 和圖 36。 施工機(jī)具 本次試驗所需施工機(jī) 具如表 4 所列。 施工前的準(zhǔn)備工作 (1) 準(zhǔn)備好試驗所需的一切材料、機(jī)具和礦壓觀測儀器，并保證質(zhì)量。 幫錨桿施工工藝： 掛網(wǎng) ?上鋼帶 ?鉆孔、清孔 ?安裝樹脂藥卷和錨桿 ?攪拌樹脂藥卷 ?等待 1 分鐘左右 ?擰緊螺母 ?安裝其它幫錨桿。 巷道超挖掘進(jìn)尺寸與設(shè)計尺寸相差 不得超過 200mm。 ? 錨桿孔采用單體風(fēng)動錨桿機(jī)完成。鉆頭鉆到預(yù)定孔深后下縮錨桿機(jī)，同時清孔，清除煤粉和泥漿。樹脂藥卷攪拌是錨桿安裝中的關(guān)鍵工序， 攪拌時間按廠家要求嚴(yán)格控制 。 擰緊力矩應(yīng)達(dá)到 。 孔深控制在 7000?30mm 內(nèi) 。停止攪拌后 等待 1 分鐘 ，收縮錨桿機(jī)，卸下攪拌器。 ? 錨索切割。 安全技術(shù)措施 !!! (1) 須定期進(jìn)行井下錨桿錨固力拉拔試驗，拉拔試驗時錨固力不得低于桿體的屈服載荷（ 156kN），每次數(shù)量 不少于 3 根 。 (3) 掘進(jìn)時形成 的巷幫超寬或片幫超寬時，應(yīng)及時處理，可采用補(bǔ)打單體錨桿的方法進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。 (6) 頂板鋪網(wǎng)時，要求拉直拉緊，網(wǎng)間 搭接長度不小于 100mm。 (8) 液壓切割器使用時必須兩人協(xié)作，將鋼絞線穿入切斷器后，其中一人一手托住切斷器，一手握住手把；另一人拿專用套管將鋼絞線套好，以防鋼絲散開打傷人員。錨索安裝兩天后，如發(fā)現(xiàn)預(yù)緊力下降，必須及時補(bǔ)拉。 (2) 準(zhǔn)備監(jiān)測儀器和測點(diǎn)安設(shè)物品 按照設(shè)計要求的規(guī)格和數(shù)量購置所需監(jiān)測儀器，準(zhǔn)備測點(diǎn)安設(shè)所需物品。前者的主要作用是驗證或修改初始設(shè)計，后者主要是為了保證巷道安全。巷道掘進(jìn) 100m 后設(shè)置第一個測站，包括兩個巷道表面位移監(jiān)測斷面，一個頂板離層監(jiān)測斷面，一個錨桿受力監(jiān)測斷面。頂板和上幫木樁端部安設(shè)彎形測釘，底板和下幫木樁端部安設(shè)平頭測釘。 表 5 巷道綜合監(jiān)測內(nèi)容 序號 項目 內(nèi)容 1 巷道表面位移 巷道頂?shù)装?、兩幫相對移近量，頂板下沉量? 測站 1 2 支護(hù)巷道 （距離， m） 100m 600m 巷道表面位移 頂板離層 錨桿錨索受力 圖 37 綜合監(jiān)測測站布置 4 00 mm4 00 mmABDCO 圖 38 巷道表面位移監(jiān)測斷面布置 42 （ 2）頂板離層 采用頂板離層指示儀測試頂板巖層錨固范圍內(nèi)外位移值。 對準(zhǔn)刻度 ：將 A 刻度（淺部基點(diǎn)刻度）墜與孔口套管下邊緣對齊，將其繩卡卡死并截去多余鋼繩；將 B 刻度（深部基點(diǎn)刻度）墜與 A 刻度墜下邊緣對齊，將其繩卡卡死并截去多余鋼繩。 (3) 錨桿錨索受力 錨桿錨索受力采用錨桿（錨索）測力計進(jìn)行觀測。抽測時只做非破壞性拉拔，達(dá)到 200kN 后可停止拉拔。 50m 以外，除非離層松動仍有明顯增長的趨勢，一般可停止測讀具體數(shù)據(jù)，改為觀察兩個刻度墜的顏色。 m，即為合格。根據(jù)巷道圍巖屬性、節(jié)理裂隙特別發(fā)育、使用特征和與錨桿支護(hù)的配合，設(shè)計回風(fēng)大巷及輔運(yùn)大巷噴射混凝土的厚度均為 100mm。 44 (2) 砂子 采用堅硬耐久的中砂或粗砂，細(xì)度模數(shù)應(yīng)大于 ，含水率控制在 57%，含泥量不得大于 3%。 (5) 速凝劑 速凝劑能使噴射混凝土凝結(jié)速度快、早期強(qiáng)度高、后期強(qiáng)度損失小、干縮變形增加不大、對金屬腐蝕小和在低溫下不致失效。正常情況下，約為水泥重量的 %。初噴時可適當(dāng)減少石子摻量。四大系統(tǒng)齊備，才能進(jìn)行正常噴射混凝土操作。 (2) 水壓 為了保證噴頭處加水通過水環(huán)能使氣流迅速通過的混凝土混合料充分濕潤，水壓應(yīng)比氣壓高 。 (4) 噴頭方向 當(dāng)噴頭噴射方向與受噴面垂直，并略向剛噴射的部位傾斜時，回彈量最小。 (6) 一次噴射厚度 混凝土混合料從噴頭噴出后，圍巖表面立即粘結(jié)成一層噴射混凝土。因此，一次噴射混凝土應(yīng)有一定的厚度，其厚度主要根據(jù)巖性、節(jié)理裂隙發(fā)育程度、圍巖應(yīng)力大小、巷道規(guī)格尺寸 和與錨桿支護(hù)的配合情況來確定。摻速凝劑比不摻速凝劑，噴射厚度增加近一倍。 46 (7) 復(fù)噴的時間間隔 復(fù)噴的時間間隔應(yīng)當(dāng)是上次噴射的混凝土終凝后，已經(jīng)產(chǎn)生一定強(qiáng)度，能夠經(jīng)受本次噴射流束的沖擊而不致?lián)p壞。