【正文】 m 隔排 3 根 6 4 φ 22mm 1000mm 2400mm 2400mm 隔排 3 根 7 4 φ 22mm 1000mm 2400mm 2400mm 隔排 3 根 8 4 圖 11 分別給出了三種支護(hù)方案的模擬結(jié)果。 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。 圖 8 給出了錨桿支護(hù)條件下巷道水平應(yīng)力分布，與無支護(hù)條件下水平應(yīng)力分布 10 圖 5 相比，應(yīng)力分布特征類似，但是巷道兩幫淺部圍巖中的水平低應(yīng)力區(qū)范圍有明顯的的減少。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。 對比有支護(hù)和無支護(hù)條件下巷道變形圖，可以看到錨桿支護(hù)可以控制巷道圍巖變形， 顯著減少圍巖位移。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。 8 圖 3 無支護(hù)巷道圍巖變形 圖 4 無支護(hù)巷道垂直應(yīng)力分布 9 圖 5 無支護(hù)巷道水平應(yīng)力分布 （ 2）錨桿支護(hù)條件下巷道變形 錨桿支護(hù)可以顯著改善圍巖的應(yīng)力分布狀 態(tài)，保持圍巖的完整性，提高圍巖自身的承載能力，減少巷道的變形和位移。 圖 5 給出了無支護(hù)條件下巷道水平應(yīng)力分布。 圖 4 給出了無支護(hù)條件下巷道垂直應(yīng)力分布。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。 （ 5）改變錨索，分別模擬了有錨索和無錨索兩種情況。 （ 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。 模擬方案如下： （ 1）無支護(hù)條件下的巷道變形和應(yīng)力分布。 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，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)。 支護(hù)參數(shù)確定的依據(jù) (1) 鄰近工作面或類似巷道現(xiàn)有支護(hù)狀況和礦壓觀測數(shù)據(jù)； (2) 回風(fēng)大巷及輔運(yùn)大巷詳細(xì)的地質(zhì)資料以及地質(zhì)力學(xué)測試數(shù)據(jù)； (3) 數(shù)值模擬分析結(jié)果； (4) 現(xiàn)有科技成果和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。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。錨桿各構(gòu)件，包括托板、螺母、鋼帶等的參 數(shù)與力學(xué)性能應(yīng)相互匹配，錨桿與錨索的參數(shù)與力學(xué)性能應(yīng)相互匹配，以最大限度地發(fā)揮錨桿支護(hù)的整體支護(hù)作用。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。 (4) 臨界支護(hù)強(qiáng)度與剛度原則。即高強(qiáng)度、高剛度、高可靠性與低支護(hù)密度原則。一方面，要采取有效措施給錨桿施加較大的預(yù)應(yīng)力；另一方面，通過托板、鋼帶等構(gòu)件實(shí)現(xiàn)錨桿預(yù)應(yīng)力的擴(kuò)散，擴(kuò)大預(yù)應(yīng)力的作用范圍，提高錨固體的整體剛度與完整性。 (2) 高預(yù)應(yīng)力和預(yù)應(yīng)力擴(kuò)散原則。一方面，這是礦井實(shí)現(xiàn)高效、安全生產(chǎn)的要求，為采礦服務(wù)的巷道和硐室等工程 ，需要保持長期穩(wěn)定，不能經(jīng)常維修；另一方面，這是錨桿支護(hù)本身的作用原理決定的。 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。測試應(yīng)采用施工中所用的錨桿和樹脂藥卷，分別在巷道頂板和兩幫設(shè)計(jì)錨固深度上進(jìn)行三組拉拔試驗(yàn)。 粘結(jié)強(qiáng)度測試 采用錨桿拉拔計(jì)確定樹脂錨固劑的粘結(jié)強(qiáng)度。 E，最小水平主應(yīng)力為 ，垂直主應(yīng)力為 ；輔運(yùn)大巷附近最大水平主應(yīng)力為 ，方向?yàn)?N27176。 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， 各含水層富水性奧灰?guī)r的含水性較強(qiáng)，其余含水層一般較弱，對礦井充水影響較??；奧灰水水位標(biāo)高為 ，高于 3 號煤層底板 ，屬于承壓開采，一般情況下在無構(gòu)造溝通時(shí) 3號煤層不會發(fā)生底板突水。井田內(nèi)未發(fā)現(xiàn)陷落柱和巖漿巖。 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《山西省沁水煤田長治礦區(qū) XX 井田 3 號煤層勘探（精查）地質(zhì)報(bào)告》評審意見書，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。 2 試驗(yàn)點(diǎn)調(diào)查和地質(zhì)力學(xué)評估 XX 回風(fēng)大巷及輔運(yùn)大巷的布置如圖 1。正常施工后還要進(jìn)行日常 監(jiān)測，保證巷道安全。初始設(shè)計(jì)采用數(shù)值計(jì)算和經(jīng)驗(yàn)法相結(jié)合的方法進(jìn) 行，根據(jù)圍巖參數(shù)和已有實(shí)測數(shù)據(jù)確定出比較合理的初始設(shè)計(jì)。只有采用包括試驗(yàn)點(diǎn)調(diào)查和地質(zhì)力學(xué)評估、初始設(shè)計(jì)、井下監(jiān)測和信息反饋、修正設(shè)計(jì)和日常監(jiān)測的動態(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。 1 錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法介紹 現(xiàn)有的錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法很多，如基于以往經(jīng)驗(yàn)和圍巖分類的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法，基于某種假說和解析計(jì)算的理論設(shè)計(jì)法，以現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的監(jiān)控設(shè)計(jì)法。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)測設(shè)計(jì)等內(nèi)容。因此，從大巷開始就進(jìn)行全面、系統(tǒng)的錨桿支護(hù)技術(shù)研究是非常必要的，該項(xiàng)目必將使 XX煤礦巷道 4 支護(hù)技術(shù)在高起點(diǎn)上快速發(fā)展，為礦井的 高效、節(jié)約化建設(shè)和生產(chǎn)創(chuàng)造良好的條件。 XX煤礦作為一個基建礦井，剛剛涉及煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)。 錨桿支護(hù)是唯一能有效解決上述支護(hù)難題的技術(shù)途徑。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。由于煤層大巷要求的斷面很大，寬度達(dá) 6m，高度近 4m，斷面積近 24 m2。 XX 礦井是設(shè)計(jì)能力為 300Mt/a。 3煤層位于山西組下部，煤層厚度 — ，平均 。疊加有軸向?yàn)槟媳毕?、北北東向兩組寬緩褶皺。井田內(nèi)地層總體走向?yàn)榻媳毕?— 北北東向，傾向西，傾角 1176。 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。然而眾所周知，煤礦巷道的圍巖條件是千變?nèi)f化的，隨著開采深度加大，地質(zhì)條件會更加復(fù)雜和惡劣。 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 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 開采工程中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。它包括支護(hù)形 式和參數(shù)，支護(hù)材料，井下施工工藝和安全措施，礦壓監(jiān)測等內(nèi)容。設(shè)計(jì)步驟包括試驗(yàn)點(diǎn)調(diào)查和地質(zhì)力學(xué)評估，初始設(shè)計(jì)，綜合監(jiān)測和信息反饋，修正設(shè)計(jì)和日常監(jiān)測。 XX 煤礦 回風(fēng)大巷及輔運(yùn)大巷支護(hù)初始設(shè)計(jì) XX 科技股份有限公司開采設(shè)計(jì)事業(yè)部 1 摘 要 本設(shè)計(jì)是 XX 煤礦回風(fēng)大巷及輔運(yùn)大巷支護(hù)初始設(shè)計(jì) 。采用 動態(tài)信息支護(hù)設(shè)計(jì)法 進(jìn)行錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)。在詳細(xì)調(diào)查試驗(yàn)地點(diǎn)和評估地質(zhì)力學(xué)參數(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，提出初始設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)實(shí)施于井下后，還應(yīng)得到礦壓監(jiān)測的驗(yàn)證或修改。安全、合理、有效的巷道支護(hù)技術(shù)是保證礦井高產(chǎn)高效的必要條件。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。井田屬于太行山中段西側(cè)長治盆地的西側(cè)，地勢西高東低，海拔高度在 之間。 — 12176。井田內(nèi)共含有可采煤層3 層，其中 3煤層為主要開采煤層。煤層結(jié)構(gòu)簡單。根據(jù)開采煤層賦存特點(diǎn)、頂?shù)装鍘r性，確定大巷大部分沿煤層布置。再加上煤層比較破碎，支護(hù)難度很大。因此，煤層大巷支護(hù)技術(shù)已成為 XX 礦井亟待解決的重大課題 。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)，對推動 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。由于巷道斷面較大，煤層又比較破碎，特點(diǎn)顯著，與其它礦井的煤巷條件有較大差別。 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) 。該設(shè)計(jì)實(shí)施于井下后，還應(yīng)進(jìn)行礦壓監(jiān)測，以驗(yàn)證或修改本設(shè)計(jì)，保證巷道安全。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。其中試驗(yàn)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(jì)提供可靠的參數(shù)。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，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果驗(yàn)證或修正初始設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)包括試驗(yàn)點(diǎn)調(diào)查和地質(zhì)力學(xué)評估，錨桿支護(hù)初始設(shè)計(jì)，井下施工所需材料、設(shè)備和工藝，礦壓監(jiān)測設(shè)計(jì)和儀器等內(nèi)容。 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)力測試孔所取出的巖芯來看（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，可見植物化石，基本無巖芯；再往上為泥質(zhì)砂巖，厚度為 ，灰色，夾薄層細(xì)砂巖。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。構(gòu)造屬簡單類型。 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?yàn)?N22176。 E，最小水平主應(yīng)力為 ，垂直主應(yīng)力為 。該測試工作必須在井下施工之前進(jìn)行完畢。粘結(jié)強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求后方可在井下施工中采用。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)。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)效果會受到顯著影響。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。 (3) “三高一低”原則。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。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，巷道將長期處于不穩(wěn)定狀態(tài)，圍巖變形與破壞得不到有效控制。 (5) 相互匹配原則。 (6) 可操作性原則。 (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。 7 巷 道支護(hù)斷面