盈盛煤矿9号煤支护设计.docx

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盈盛煤矿9号煤支护设计

山西晋煤集团泽州天安盈盛煤业有限公司

9#煤层盘区大巷锚杆支护设计

天地科技股份有限公司开采设计事业部

二〇一三年二月

项目名称：

盈盛煤矿9#煤层盘区大巷锚杆支护设计

项目负责人：

颜立新天地科技股份有限公司研究员

参加人员：

郭相平天地科技股份有限公司工程师

张占涛天地科技股份有限公司工程师

姜鹏飞天地科技股份有限公司工程师

司林坡天地科技股份有限公司工程师

王涛天地科技股份有限公司工程师

孙志勇天地科技股份有限公司工程师

设计编写：

孙志勇

设计审查：

颜立新研究员

林健研究员

陈佩佩研究员

设计批准：

王恩鹏研究员

文件编号:

KCSJ-HD-JS-2013

目录

1概况1

2锚杆支护方法介绍1

3巷道支护形式和参数选择原则2

4支护材料3

5地质力学参数调查与评估3

5.1煤层赋存情况3

5.2巷道布置情况3

5.3煤层顶底板条件5

5.4地质构造情况5

5.5水、火、瓦斯、煤尘和地温等情况6

5.6粘结强度测试6

6锚杆支护初始设计6

6.19#煤甩车场支护方案6

6.2进风行人巷支护方案9

6.3轨道巷支护方案12

6.4胶带巷支护方案15

6.5回风巷支护方案18

6.3特殊条件处理措施21

7施工工艺和技术要求21

7.1施工机具21

7.2施工前的准备工作21

7.3施工工艺21

7.4技术要求22

8安全技术措施23

9矿压监测24

9.1矿压监测前的准备工作24

9.2矿压监测内容和方法24

9.3需要增添的主要设备、仪器（名称、规格型号、数量）和材料27

1概况

山西晋煤集团泽州天安盈盛煤业有限公司井田位于泽州县川底乡西南部，所在行政区划属泽州县川底乡管辖，井田地理坐标为北纬35°31′00″～35°32′59″，东经112°38′07″～112°38′52″。

兼并重组整合后，2010年6月18日山西省国土资源厅颁发采矿许可证，证号为C140000************8767，有效期至2012年6月18日，批准开采3-15#煤层，井田面积为1.2753km2，开采深度由739.97m至599.97m标高，生产规模60万t/a。

现井田外西部为山西晋煤集团泽州天安海天煤业有限公司，南部为山西晋煤集团泽州天安苇町煤业有限公司，东北部为山西晋煤集团寺河矿二号井，东部为山西泽州兴和煤业有限公司，详见四邻关系示意图1。

图1盈盛煤业有限公司井田四邻关系图

盈盛煤矿由于是资源整合建设矿井，锚杆支护技术比较落后，支护质量低。

为满足矿井兼并重组整合后生产能力达60万t/a，加强矿井生产管理和合理开发煤炭资源，对巷道施工断面和掘进速度提出更高的要求。

为了保证巷道安全，天安盈盛煤业有限公司与天地科技股份有限公司开采设计事业部合作，对9#煤盘区大巷进行锚杆支护技术研究。

2锚杆支护方法介绍

现有的锚杆支护设计方法很多，如基于以往经验和围岩分类的经验设计法，基于某种假说和解析计算的理论设计法，以现场监测数据为基础的监控设计法。

大量实践经验证明，单独采用任何一种方法都不符合巷道围岩复杂性和多变性的特点，因而达不到理想的设计效果。

只有采用包括试验点调查和地质力学评估、初始设计、井下监测和信息反馈、修正设计和日常监测的动态信息设计方法，才是符合井下巷道围岩特性的科学设计方法。

其中试验点调查包括围岩强度、围岩结构、地应力及锚固性能测试等内容，在此基础上进行地质力学评估，为初始设计提供可靠的参数。

初始设计采用数值计算和经验法相结合的方法进行，根据围岩参数和已有实测数据确定出较为合理的初始设计。

然后将初始设计实施于井下，并进行详细的围岩变形和锚杆受力监测，根据监测结果验证或修正初始设计。

正常施工后还要进行日常监测，保证巷道安全。

3巷道支护形式和参数选择原则

针对盈盛煤矿具体生产地质条件，为充分发挥锚杆的支护作用，提出以下设计原则：

（1）一次支护原则。

锚杆支护应尽量一次支护就能有效控制围岩变形，避免二次或多次支护。

一方面，这是矿井实现高效、安全生产的要求，为采矿服务的巷道和硐室等工程，需要保持长期稳定，不能经常维修；另一方面，这是锚杆支护本身的作用原理决定的。

巷道围岩一旦揭露立即进行锚杆支护效果最佳，而在已发生离层、破坏的围岩中安装锚杆，支护效果会受到显著影响。

（2）高预应力和预应力扩散原则。

预应力是锚杆支护中的关键因素，是区别锚杆支护是被动支护还是主动支护的参数，只有高预应力的锚杆支护才是真正的主动支护，才能充分发挥锚杆支护的作用。

一方面，要采取有效措施给锚杆施加较大的预应力；另一方面，通过托板、钢带等构件实现锚杆预应力的扩散，扩大预应力的作用范围，提高锚固体的整体刚度与完整性。

（3）“三高一低”原则。

即高强度、高刚度、高可靠性与低支护密度原则。

在提高锚杆强度（如加大锚杆直径或提高杆体材料的强度）、刚度（提高锚杆预应力、全长锚固），保证支护系统可靠性的条件下，降低支护密度，减少单位面积锚杆数量，提高掘进速度。

（4）临界支护强度与刚度原则。

锚杆支护系统存在临界支护强度与刚度，如果支护强度与刚度低于临界值，巷道将长期处于不稳定状态，围岩变形与破坏得不到有效控制。

因此，设计锚杆支护系统的强度与刚度应大于临界值。

（5）相互匹配原则。

锚杆各构件，包括托板、螺母、钢带等的参数与力学性能应相互匹配，锚杆与锚索的参数与力学性能应相互匹配，以最大限度地发挥锚杆支护的整体支护作用。

（6）可操作性原则。

提供的锚杆支护设计应具有可操作性，有利于井下施工管理和掘进速度的提高。

（7）在保证巷道支护效果和安全程度，技术上可行、施工上可操作的条件下，做到经济合理，有利于降低巷道支护综合成本。

4支护材料

支护材料是高强度预应力锚杆支护系统的核心技术之一。

基于高预应力、高强一次支护理论，本项目采用如下支护材料。

（1）高强锚杆：

锚杆杆体为左旋无纵筋螺纹钢筋，锚杆BHRB400专用钢材。

杆体公称直径20mm，长度2000mm。

极限拉断力191kN，屈服力134kN，延伸率18%。

杆尾螺纹规格M22，采用滚压加工工艺成型。

（2）树脂锚固剂：

树脂锚固剂型号分别为，MSZ2360，即直径23mm，长度600mm，固化时间为中速；MSK2335，即直径23mm，长度350mm，固化时间为快速。

（3）托板：

拱型高强度托板，尺寸为150×150×8mm，钢材型号Q235。

（4）网片：

菱形网由10#铁丝编织而成，网孔规格为50×50mm。

（5）锚索：

锚索直径为17.8mm，长度为5300mm，极限破断拉力为350kN，延伸率4%，配合高强度锁具和拱形可调心托板，锚索托板尺寸为300×300×16mm，承载能力与锚索性能相匹配。

（6）钢筋托梁：

采用14钢筋焊接而成。

5地质力学参数调查与评估

5.1煤层赋存情况

9#煤为黑色-灰黑色、光亮型煤，似金属-玻璃光泽，条带状结构，层状构造，棱角状、阶梯状断口，内生裂隙较发育，煤岩组分以亮煤、镜煤为主，次为暗煤和丝炭，其丝炭含量较3#煤层有所增加，矿物质中黄铁矿含量高。

位于太原组三段底部，根据钻探工程控制，井田内煤层厚1.50～1.84m，平均厚1.62m。

属全井田稳定可采煤层，煤层结构简单，含0～1层矸石。

5.2巷道布置情况

9#煤大巷布置情况如图图2所示。

图29#煤盘区巷道布置图

5.3煤层顶底板条件

直接顶板：

为泥岩、砂质泥岩、粉砂质泥岩，一般厚1.97～3.67m，据井田内施工钻孔盈补1、盈补4检测结果，其饱和抗压强度为16.0～20.0MPa，软化系数0.63，普氏硬度系数2.9，抗拉强度为0.6～0.7MPa，内摩擦角31°39′，常相变为粉砂岩，老顶一般为中厚层的细粒砂岩，易垮落，易管理。

底板：

为石灰岩，局部为黑色泥岩，一般厚0.7～1.67m，据井田内施工钻孔盈补1、盈补4检测结果，伪底泥岩的饱和抗压强度为9.6～12.4MPa，软化系数0.55，普氏硬度系数2.1，抗拉强度为0.5～0.7MPa，内摩擦角32°38′，遇水易膨胀，易发生底鼓，属软弱—半坚硬岩石，局部相变为砂质泥岩、粉砂岩。

详细岩层状况见图2。

图2岩层综合柱状图

5.4地质构造情况

井田位于沁水盆地东南边缘，晋获褶断带西侧，受区域构造的影响，井田总体表现为一宽缓的向斜构造，向斜轴位于井田的中部，轴向北西-南东，向南东倾伏，两翼地层倾角2°～6°，井田内未发现断层、陷落柱构造，未见岩浆岩侵入，根据DZ/TO215－2002《煤、泥炭地质勘查规范》，井田构造总体属简单类型。

5.5水、火、瓦斯、煤尘和地温等情况

矿井水文地质类型为中等，井下开采时，老空水、顶板砂岩含水层及构造破碎带含水水害隐患是防治水工作的重点，由于井田构造简单，煤层顶板含水微弱，在煤炭开采时认真做好防水、探水、疏干与排水工作。

本井田9#煤层属低瓦斯井田，自燃倾向性等级为Ⅲ，自燃倾向性为不易自燃，煤尘无爆炸性，矿井范围及邻近煤矿均未发现地温和地压异常现象，该井田属地温和地压正常区，不存在热害和冲击地压危险。

5.6粘结强度测试

通过锚杆拉拔力试验判定巷道围岩的可锚性，评价锚杆、树脂、围岩锚固系统的性能和锚杆的锚固力。

试验必须在现场进行，使用的材料和设备与巷道正常支护相同。

该测试工作必须在井下施工之前进行完毕。

测试应采用施工中所用的锚杆和树脂锚固剂，分别在巷道顶板和两帮设计锚固深度上进行三组拉拔试验。

粘结强度满足设计要求后方可进行井下施工。

6锚杆支护初始设计

6.19#煤甩车场支护方案

根据矿方提供的断面参数，9#煤甩车场掘进断面形状为矩形，断面宽度5000mm，高度3200mm。

巷道采用树脂加长预应力锚固锚杆锚索组合支护系统，支护完成后及时喷浆，喷层厚度不小于100mm。

（1）顶板支护

锚杆形式和规格：

采用BHRB400钢材，杆体为20#左旋无纵筋螺纹钢筋，长度2.0m，杆尾螺纹为M22。

锚杆布置：

每排5根锚杆，锚杆排距1200mm，间距1100mm；锚杆原则上均垂直巷道顶板布置，考虑施工方便，靠近巷帮的两根顶锚杆与垂直方向的夹角不得大于10°。

锚杆预紧力矩：

≥200N·m。

锚固方式：

采用两支树脂锚固剂锚固，一支规格为MSK2335，另一支规格为MSZ2360。

钻孔直径28mm，锚固长度为1308mm，锚固力不小于120kN。

锚杆配件：

采用高强锚杆螺母M22，配合拱形高强度托板、调心球垫和尼龙垫圈，托板规格为150×150×8mm，力学性能与锚杆杆体配套。

钢筋托梁：

规格为14-4500-80-5。

网片规格：

采用菱形网护顶，网孔规格50×50mm，网片规格5400×1300mm，网片搭接长度为100mm，采用双股16#铁丝每隔200mm捆扎一道，扭结不少于3圈。

锚索形式和规格：

锚索直径为17.8mm，长度5300mm。

锚索布置：

采用2-1-2布置，排距2400mm，全部垂直顶板打设。

锚固方式：

采用一支MSK2335和两支MSZ2360树脂锚固剂锚固。

钻孔直径28mm，锚固长度1790mm。

锚索托板：

采用300mm×300mm×16mm高强度可调心托板及配套锁具。

锚索预紧力：

≥200kN。

（2）巷帮支护

锚杆形式和规格：

采用BHRB400钢材，杆体为20#左旋无纵筋螺纹钢筋，长度2.0m，杆尾螺纹为M22。

锚杆布置：

每排每帮3根锚杆，锚杆排距1200mm，间距1200mm，锚杆均垂直巷帮布置。

锚杆预紧力矩：

≥200N·m。

锚固方式：

采用两支树脂锚固剂锚固，一支规格为MSK2335，另一支规格为MSZ2360。

钻孔直径28mm，锚固长度为1308mm，锚固力不小于120kN。

锚杆配件：

采用高强锚杆螺母M22，配合拱形高强托板、调心球垫和尼龙垫圈，托板规格为150×150×8mm，力学性能与锚杆杆体配套。

钢筋托梁：

规格为14-2500-80-3。

网片规格：

采用菱形网护帮，网孔规格50×50mm，网片规格3000×1300mm，网片搭接长度为100mm，采用双股16#铁丝每隔200mm捆扎一道，扭结不少于3圈。

9#煤甩车场锚杆支护布置如图4所示。

支护材料如表1所示。

图49#煤甩车场锚杆支护布置图

表19#煤甩车场锚杆支护材料清单

序号

名称

型号

每排数

每米数

100m巷道数

10%富余

1

顶板锚杆

20#-M22-2000

5

4.2

420

462

2

巷帮锚杆

20#-M22-2000

6

5

500

550

3

锚索

SKP17.8-1/1860-5300

1/2

1.25

125

137.5

4

锚索托板

300×300×16mm

1/2

1.25

125

137.5

5

树脂锚固剂

MSZ2360

11.7

1170

1287

6

树脂锚固剂

MSK2335

10.45

1045

1149.5

7

菱形网

5400×1300mm

1

0.83

83

91.3

8

菱形网

3000×1300mm

2

1.67

167

183.7

6.2进风行人巷支护方案

根据矿方提供的断面参数，进风行人巷掘进断面形状为矩形，断面宽度4700mm，高度3200mm。

巷道采用树脂加长预应力锚固锚杆锚索组合支护系统，支护完成后及时喷浆，喷层厚度不小于100mm。

（1）顶板支护

锚杆形式和规格：

采用BHRB400钢材，杆体为20#左旋无纵筋螺纹钢筋，长度2.0m，杆尾螺纹为M22。

锚杆布置：

每排5根锚杆，锚杆排距1200mm，间距1000mm；锚杆原则上均垂直巷道顶板布置，考虑施工方便，靠近巷帮的两根顶锚杆与垂直方向的夹角不得大于10°。

锚杆预紧力矩：

≥200N·m。

锚固方式：

采用两支树脂锚固剂锚固，一支规格为MSK2335，另一支规格为MSZ2360。

钻孔直径28mm，锚固长度为1308mm，锚固力不小于120kN。

锚杆配件：

采用高强锚杆螺母M22，配合拱形高强度托板、调心球垫和尼龙垫圈，托板规格为150×150×8mm，力学性能与锚杆杆体配套。

钢筋托梁：

规格为14-4100-80-5。

网片规格：

采用菱形网护顶，网孔规格50×50mm，网片规格5100×1300mm，网片搭接长度为100mm，采用双股16#铁丝每隔200mm捆扎一道，扭结不少于3圈。

锚索形式和规格：

锚索直径为17.8mm，长度5300mm。

锚索布置：

采用2-1-2布置，排距2400mm，全部垂直顶板打设。

锚固方式：

采用一支MSK2335和两支MSZ2360树脂锚固剂锚固。

钻孔直径28mm，锚固长度1790mm。

锚索托板：

采用300mm×300mm×16mm高强度可调心托板及配套锁具。

锚索预紧力：

≥200kN。

（2）巷帮支护

锚杆形式和规格：

采用BHRB400钢材，杆体为20#左旋无纵筋螺纹钢筋，长度2.0m，杆尾螺纹为M22。

锚杆布置：

每排每帮3根锚杆，锚杆排距1200mm，间距1200mm，锚杆均垂直巷帮布置。

锚杆预紧力矩：

≥200N·m。

锚固方式：

采用两支树脂锚固剂锚固，一支规格为MSK2335，另一支规格为MSZ2360。

钻孔直径28mm，锚固长度为1308mm，锚固力不小于120kN。

锚杆配件：

采用高强锚杆螺母M22，配合拱形高强托板、调心球垫和尼龙垫圈，托板规格为150×150×8mm，力学性能与锚杆杆体配套。

钢筋托梁：

规格为14-2500-80-3。

网片规格：

采用菱形网护帮，网孔规格50×50mm，网片规格3000×1300mm，网片搭接长度为100mm，采用双股16#铁丝每隔200mm捆扎一道，扭结不少于3圈。

进风行人巷锚杆支护布置如图5所示。

支护材料如表2所示。

表2进风行人巷锚杆支护材料清单

序号

名称

型号

每排数

每米数

100m巷道数

10%富余

1

顶板锚杆

20#-M22-2000

5

4.2

420

462

2

巷帮锚杆

20#-M22-2000

6

5

500

550

3

锚索

SKP17.8-1/1860-5300

1/2

1.25

125

137.5

4

锚索托板

300×300×16mm

1/2

1.25

125

137.5

5

树脂锚固剂

MSZ2360

11.7

1170

1287

6

树脂锚固剂

MSK2335

10.45

1045

1149.5

7

菱形网

5100×1300mm

1

0.83

83

91.3

8

菱形网

3000×1300mm

2

1.67

167

183.7

图5进风行人巷锚杆支护布置图

6.3轨道巷支护方案

根据矿方提供的断面参数，轨道巷掘进断面形状为矩形，断面宽度3600mm，高度2330mm。

巷道采用树脂加长预应力锚固锚杆锚索组合支护系统。

（1）顶板支护

锚杆形式和规格：

采用BHRB400钢材，杆体为20#左旋无纵筋螺纹钢筋，长度2.0m，杆尾螺纹为M22。

锚杆布置：

每排4根锚杆，锚杆排距1200mm，间距1000mm；锚杆原则上均垂直巷道顶板布置，考虑施工方便，靠近巷帮的两根顶锚杆与垂直方向的夹角不得大于10°。

锚杆预紧力矩：

≥200N·m。

锚固方式：

采用两支树脂锚固剂锚固，一支规格为MSK2335，另一支规格为MSZ2360。

钻孔直径28mm，锚固长度为1308mm，锚固力不小于120kN。

锚杆配件：

采用高强锚杆螺母M22，配合拱形高强度托板、调心球垫和尼龙垫圈，托板规格为150×150×8mm，力学性能与锚杆杆体配套。

钢筋托梁：

规格为14-3100-80-4。

网片规格：

采用菱形网护顶，网孔规格50×50mm，网片规格4000×1300mm，网片搭接长度为100mm，采用双股16#铁丝每隔200mm捆扎一道，扭结不少于3圈。

锚索形式和规格：

锚索直径为17.8mm，长度5300mm。

锚索布置：

两排锚杆之间巷道中部布置一根锚索，排距2400mm，全部垂直顶板打设。

锚固方式：

采用一支MSK2335和两支MSZ2360树脂锚固剂锚固。

钻孔直径28mm，锚固长度1790mm。

锚索托板：

采用300mm×300mm×16mm高强度可调心托板及配套锁具。

锚索预紧力：

≥200kN。

（2）巷帮支护

锚杆形式和规格：

采用BHRB400钢材，杆体为20#左旋无纵筋螺纹钢筋，长度2.0m，杆尾螺纹为M22。

锚杆布置：

每排每帮2根锚杆，锚杆排距1200mm，间距1200mm，锚杆均垂直巷帮布置。

锚杆预紧力矩：

≥200N·m。

锚固方式：

采用两支树脂锚固剂锚固，一支规格为MSK2335，另一支规格为MSZ2360。

钻孔直径28mm，锚固长度为1308mm，锚固力不小于120kN。

锚杆配件：

采用高强锚杆螺母M22，配合拱形高强托板、调心球垫和尼龙垫圈，托板规格为150×150×8mm，力学性能与锚杆杆体配套。

钢筋托梁：

规格为14-1300-80-2。

网片规格：

采用菱形网护帮，网孔规格50×50mm，网片规格2400×1300mm，网片搭接长度为100mm，采用双股16#铁丝每隔200mm捆扎一道，扭结不少于3圈。

轨道巷锚杆支护布置如图6所示。

支护材料如表3所示。

表3轨道巷锚杆支护材料清单

序号

名称

型号

每排数

每米数

100m巷道数

10%富余

1

顶板锚杆

20#-M22-2000

4

3.33

333

366.3

2

巷帮锚杆

20#-M22-2000

4

3.33

333

366.3

3

锚索

SKP17.8-1/1860-5300

1

0.42

42

46.2

4

锚索托板

300×300×16mm

1

0.42

42

46.2

5

树脂锚固剂

MSZ2360

10

7.5

750

825

6

树脂锚固剂

MSK2335

9

7.08

708

778.8

7

菱形网

4000×1300mm

1

0.83

83

91.3

8

菱形网

2400×1300mm

2

1.67

167

183.7

图6轨道巷锚杆支护布置图

6.4胶带巷支护方案

根据矿方提供的断面参数，胶带巷掘进断面形状为矩形，断面宽度3600mm，高度2050mm。

巷道采用树脂加长预应力锚固锚杆锚索组合支护系统。

（1）顶板支护

锚杆形式和规格：

采用BHRB400钢材，杆体为20#左旋无纵筋螺纹钢筋，长度2.0m，杆尾螺纹为M22。

锚杆布置：

每排4根锚杆，锚杆排距1200mm，间距1000mm；锚杆原则上均垂直巷道顶板布置，考虑施工方便，靠近巷帮的两根顶锚杆与垂直方向的夹角不得大于10°。

锚杆预紧力矩：

≥200N·m。

锚固方式：

采用两支树脂锚固剂锚固，一支规格为MSK2335，另一支规格为MSZ2360。

钻孔直径28mm，锚固长度为1308mm，锚固力不小于120kN。

锚杆配件：

采用高强锚杆螺母M22，配合拱形高强度托板、调心球垫和尼龙垫圈，托板规格为150×150×8mm，力学性能与锚杆杆体配套。

钢筋托梁：

规格为14-3100-80-4。

网片规格：

采用菱形网护顶，网孔规格50×50mm，网片规格4000×1300mm，网片搭接长度为100mm，采用双股16#铁丝每隔200mm捆扎一道，扭结不少于3圈。

锚索形式和规格：

锚索直径为17.8mm，长度5300mm。

锚索布置：

两排锚杆之间巷道中部布置一根锚索，排距2400mm，全部垂直顶板打设。

锚固方式：

采用一支MSK2335和两支MSZ2360树脂锚固剂锚固。

钻孔直径28mm，锚固长度1790mm。

锚索托板：

采用300mm×300mm×16mm高强度可调心托板及配套锁具。

锚索预紧力：

≥200kN。

（2）巷帮支护

锚杆形式和规格：

采用BHRB400钢材，杆体为20#左旋无纵筋螺纹钢筋，长度2.0m，杆尾螺纹为M22。

锚杆布置：

每排每帮2根锚杆，锚杆排距1200mm，间距1200mm，锚杆均垂直巷帮布置。

锚杆预紧力矩：

≥200N·m。

锚固方式：

采用两支树脂锚固剂锚固，一支规格为MSK2335，另一支规格为MSZ2360。

钻孔直径28mm，锚固长度为1308mm，锚固力不小于120kN。

锚杆配件：

采用高强锚杆螺母M22，配合拱形高强托板、调心球垫和尼龙垫圈，托板规格为150×150×8mm，力学性能与锚杆杆体配套。

钢筋托梁：

规格为14-1300-80-2。

网片规格：

采用菱形网护帮，网孔规格50×50mm，网片规格2000×1300mm，网片搭接长度为100mm，采用双股16#铁丝每隔200mm捆扎一道，扭结不少于3圈。

胶带巷锚杆支护布置如图7所示。

支护材料如表4所示。

表4胶带巷锚杆支护材料清单

序号

名称

型号

每排数

每米数

100m巷道数

10%富余

1

顶板锚杆

20#-M22-2000

4

3.33

333

366.3

2

巷帮锚杆

20#-M22-2000

4

3.33

333

366.3