山西馬軍峪常信煤業(yè)有限責(zé)任公司井下910#煤層巷道支護(hù)設(shè)計(jì)

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)G RADUATED ESIGN( THESIS )設(shè)計(jì)（論文）題目礦井支護(hù)設(shè)計(jì)學(xué)生教學(xué)中心山西省沁源縣教師進(jìn)修學(xué)校奧鵬學(xué)習(xí)中心專業(yè)采礦工程指導(dǎo)教師二一三年3月1日山西馬軍峪常信煤業(yè)有限責(zé)任公司井下9+10#煤層巷道支護(hù)設(shè)計(jì)一、概況：山西馬軍峪常信煤礦井下 9+10#煤層賦存于太原組中下部 L1 石灰?guī)r之下，上距 8#煤層 55.93 69.93m，煤層厚度 1.79 3.50 米，平均為 2.83m，為全井田穩(wěn)定可采煤層。 煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單至較復(fù)雜， 一般不含夾矸或含二層夾矸。 從北向南逐漸變薄， 中東部最薄， 厚度為 2.30m 左右?？傮w屬泥巖及砂巖穩(wěn)定可采煤層。煤層頂板為石

2、灰?guī)r，底板多為泥巖，局部為粉砂質(zhì)泥巖及砂巖。巷道設(shè)計(jì)寬度通常為 3.0 4.5 米（切眼為 6.0 6.5 米），高度通常為 2.6 3.0 米。二、支護(hù)設(shè)計(jì)：（一）、巷道圍巖變形趨勢(shì)巷道在開掘以后， 巷道圍巖將發(fā)生如圖所示趨向的應(yīng)力場(chǎng)。 巷道支護(hù)的目的就是有效地控制巷道圍巖的變形，以達(dá)到安全生產(chǎn)的目的。（二）、錨桿支護(hù)用解析法確定單體錨桿的支護(hù)參數(shù)錨桿長(zhǎng)度 L 的確定：L=l 1+l 2+l 3式中： l 1 錨桿外露長(zhǎng)度，考慮鋼筋梁支護(hù)，l 1 取 65 ，確定 l 1 取值為65 ；l 2 l 2有范圍易調(diào)查確定的易碎直接頂厚度，8#煤層頂板圍巖屬于、類較穩(wěn)定或中等穩(wěn)定圍巖，l 2 取值

3、范圍為 400 1500 。l 3深入穩(wěn)定巖層長(zhǎng)度，按錨固粘結(jié)力（ d cl 3）等于桿體屈服或拉斷承載力（d 22 ）而得的公式估算：4l 3= d2 =18550 =495 4 c45式中： d 錨桿直徑， 18 （事先假定使用 18 錨桿）；2桿體材料的設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度，18 螺紋鋼錨桿設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度為550MPa。 c錨桿與樹脂的粘結(jié)強(qiáng)度，螺紋鋼取5.0MPa。所以錨桿長(zhǎng)度確定為 L=l 1 +l 2+l 3 =65+（ 4001500）+495=9602060 取中間值確定錨桿長(zhǎng)度1700 。錨桿直徑 d 的核定按錨桿桿體承載力與錨固力等強(qiáng)度原則確定錨桿直徑d錨桿錨固力 Q等于錨桿桿體承載

4、力 P，P=d 22 ，由 P=Q得：4Qd 1.13t式中： Q按通常錨固力拉拔試驗(yàn)數(shù)據(jù)取7t=68600N；t 錨桿桿體材料的設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度，按普通低碳鋼抗拉強(qiáng)度取值420 MPa。d1.13Q686000.0144m14.4mm1.13420 10 6t所以錨桿直徑選擇為18 大于 14.4 可滿足支護(hù)需要。錨桿間、排距根據(jù)每根錨桿懸吊載荷大小確定錨桿間（ a）、排距（b），即錨桿懸吊巖石載荷（ G=abL2）大于或者等于錨桿的錨固力（ Q）?？紤]安全系數(shù) K 的情況下QKl 2 abQ則： ab Kl 2式中： a、 b錨桿間、排距，；Q錨固力，噸。（根據(jù)經(jīng)驗(yàn)拉撥驗(yàn)試710 噸，取 7

5、噸）#煤層頂板石灰?guī)r平均容重，噸3，查表取 2.58/ K安全系數(shù)，一般取K=1.31.8 ；考慮到石灰?guī)r較穩(wěn)定，K=1.3l 2 巷道頂板巖體潛在破碎帶高度，取0.4 1.5 Q則： ab Kl 2ab71.3 1.12.5ab1.96 1.5 1.3 從計(jì)算結(jié)果可知， 9+10#煤層頂板為穩(wěn)定型及中等穩(wěn)定型石灰?guī)r類頂板，采用 181700 左旋螺紋鋼錨桿，間排距為15001300，配合鋼筋梁支護(hù)8#煤層頂板，可滿足支護(hù)需要并提高支護(hù)安全系數(shù)，能夠達(dá)到預(yù)期支護(hù)目的。（三）、鋼筋梁設(shè)計(jì)鋼筋梁由本礦自行加工供應(yīng)，使用14 鋼筋加工制作，設(shè)計(jì)圖如下：2001300130013002000 26 3

6、3244300圖 1型鋼筋梁設(shè)計(jì)圖200130013002000 26 33233000圖 2型鋼筋梁設(shè)計(jì)圖2001300130013001300200 26 33255600圖 3型鋼筋梁設(shè)計(jì)圖（四）、護(hù)幫錨桿根據(jù)以往支護(hù)經(jīng)驗(yàn)確定， 采用 181700 麻花頭錨桿配合鐵托盤將菱形金屬網(wǎng)固定在巷道幫，排間距為 11001500mm。（五）、錨索支護(hù)9+10#煤層頂板為堅(jiān)硬穩(wěn)定的石灰?guī)r，原則上不考慮采用錨索支護(hù)，除遇節(jié)理發(fā)育、地質(zhì)構(gòu)造帶等頂板破碎或大斷面掘進(jìn)、懸頂面積較大等特殊情況下采用錨索支護(hù)。錨索型號(hào)選用 15.24 4000、 15.24 6000 兩種，配合相應(yīng)鎖具與鐵托板。三、錨桿支護(hù)

7、材料1、錨桿錨桿桿體為 18#左旋無(wú)縱筋螺紋鋼筋，錨桿專用鋼材，鋼號(hào)為BHRB400 。桿體公稱直徑為18mm，極限抗拉強(qiáng)度為570MPa，極限破斷拉力為156kN，屈服強(qiáng)度為400MPa，屈服拉力為109kN，延伸率為18%。桿尾螺紋規(guī)格為M20mm ，采用滾壓加工工藝成型。所有錨桿采用拱型高強(qiáng)托板，規(guī)格為1001008mm，配合 M203 高強(qiáng)螺母、高強(qiáng)托板調(diào)心球墊和尼龍墊圈。2、鋼筋梯梁凈寬為 50mm，采用 14 號(hào)圓鋼焊接而成。3、樹脂藥卷采用低粘度樹脂藥卷， 型號(hào)為： K2335（即直徑為 23mm，長(zhǎng)度為 350mm，固化時(shí)間為快速的低粘度樹脂藥卷） ，Z2360（即直徑為 23

8、mm，長(zhǎng)度為 600mm，固化時(shí)間為中速的低粘度樹脂藥卷） 。4、錨索錨索采用 17 股鋼絞線，直徑為15.24mm，延伸率 4。四、井下施工工藝和安全措施井下施工是該項(xiàng)目的關(guān)鍵部分，所以必須按照設(shè)計(jì)要求，保證施工質(zhì)量。1、 施工機(jī)具本次試驗(yàn)所需施工機(jī)具如表1 所列。采用 MYT-150 鉆機(jī)打孔，安裝錨桿。配套鉆桿直徑為26mm，鉆頭為28mm。表 1 施工所需機(jī)具名稱型號(hào)數(shù)量錨桿鉆機(jī)MYT-1503 臺(tái)鉆桿26mm， 1.0m30 套鉆桿26mm， 2.0m30 套鉆頭28mm200 個(gè)2、施工前的準(zhǔn)備工作(1) 準(zhǔn)備好試驗(yàn)所需的一切材料、機(jī)具和礦壓觀測(cè)儀器，并保證質(zhì)量。(2) 對(duì)施工隊(duì)伍

9、進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)，使其了解試驗(yàn)?zāi)康?，施工工藝和要求，掌握有關(guān)機(jī)具的操作，以便在井下施工中保證質(zhì)量。3、施工工藝和技術(shù)要求1） 施工工藝過(guò)程施工工序包括掘進(jìn)和支護(hù)兩大部分。巷道頂板支護(hù)的施工工藝流程為：掘進(jìn)出煤敲幫問(wèn)頂找掉危巖臨時(shí)支護(hù)用錨桿鉆機(jī)鉆進(jìn)頂板中部錨桿鉆孔清孔往鉆孔內(nèi)放入樹脂藥卷用錨桿頭部頂住樹脂藥卷并送入孔底升起錨桿鉆機(jī)并用攪拌器聯(lián)接錨桿鉆機(jī)和錨桿尾部轉(zhuǎn)動(dòng)錨桿鉆機(jī)攪拌樹脂藥卷至規(guī)定時(shí)間（根據(jù)樹脂藥卷使用說(shuō)明書，一般為1530 秒）停止攪拌并等待規(guī)定時(shí)間 （根據(jù)樹脂藥卷使用說(shuō)明書，一般為 1 分鐘）用安裝器聯(lián)接錨桿鉆機(jī)和錨桿尾部轉(zhuǎn)動(dòng)錨桿鉆機(jī)擰緊螺母 (200N.m)安裝其它頂板錨桿。兩幫錨桿

10、施工工藝：上鋼筋托梁用煤電鉆鉆進(jìn)兩幫錨桿鉆孔清孔往鉆孔內(nèi)放入樹脂藥卷用錨桿頭部頂住樹脂藥卷并送入孔底用攪拌器聯(lián)接煤電鉆和錨桿尾部轉(zhuǎn)動(dòng)風(fēng)動(dòng)幫鉆攪拌樹脂藥卷至規(guī)定時(shí)間（根據(jù)樹脂藥卷使用說(shuō)明書， 一般為1530 秒） 停止攪拌并等待規(guī)定時(shí)間 （根據(jù)樹脂藥卷使用說(shuō)明書， 一般為 1 分鐘） 用扳手?jǐn)Q緊螺母 (200N.m) 安裝其它兩幫錨桿。2） 技術(shù)要求(1) 掘進(jìn)采用掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)。 要求按設(shè)計(jì)尺寸施工， 保證成形質(zhì)量。不得超挖或欠挖。巷道掘進(jìn)尺寸與設(shè)計(jì)尺寸相差不得超過(guò)200mm。(2) 臨時(shí)支護(hù)采用兩根單體柱托板梁進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)。(3) 安裝頂板錨桿錨桿應(yīng)緊跟掘進(jìn)頭及時(shí)支護(hù)，當(dāng)直接頂為灰?guī)r時(shí)，最大空頂

11、距不得超過(guò)4.1m，最小控頂距為 0.5m。當(dāng)頂板比較破碎時(shí)，應(yīng)適當(dāng)縮小空頂范圍 (將每循環(huán)掘 2 排縮小為 1 排)。錨桿鉆孔采用單體錨桿鉆機(jī)完成。(1) 頂板為灰?guī)r時(shí)，只能采用 7655 鉆機(jī)施工，先用 1.0m 的短鉆桿，后換2.1m 的長(zhǎng)鉆桿，采用 28mm 巖石鉆頭。鉆孔時(shí)鉆機(jī)升起 ,使鉆頭插入相應(yīng)的鋼筋托梁孔中，然后開動(dòng)鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔。孔深要求為1910-1950mm。鉆頭鉆到預(yù)定孔深后下縮錨桿鉆機(jī)，同時(shí)清孔，清除泥漿。(2) 頂板為其它軟巖時(shí)，采用錨桿鉆機(jī)施工，先用1.0m 的短鉆桿，后換2.1m 的長(zhǎng)鉆桿，采用 28mm 巖石鉆頭。鉆孔時(shí)鉆機(jī)升起 ,使鉆頭插入相應(yīng)的鋼筋托梁孔中，

12、然后開動(dòng)鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔?？咨钜鬄?910-1950mm。鉆頭鉆到預(yù)定孔深后下縮錨桿鉆機(jī)，同時(shí)清孔，清除煤粉和泥漿。放入樹脂藥卷：放入MSK2335 快速樹脂藥卷和MSZ2360 中速樹脂藥卷。錨桿桿體套上托板及帶上螺母，桿尾通過(guò)安裝器與錨桿機(jī)機(jī)頭聯(lián)接，桿端插入已裝好樹脂藥卷的鉆孔中，升起錨桿機(jī)，將孔口處的藥卷送入孔底。利用錨桿鉆機(jī)攪拌樹脂藥卷：樹脂藥卷攪拌是錨桿安裝中的關(guān)鍵工序，攪拌時(shí)間按廠家要求嚴(yán)格控制（根據(jù)樹脂藥卷使用說(shuō)明書，一般為1530 秒）。同時(shí)要求攪拌過(guò)程連續(xù)進(jìn)行，中途不得間斷。 停止攪拌后等待規(guī)定時(shí)間 （根據(jù)樹脂藥卷使用說(shuō)明書，一般為1 分鐘）。利用錨桿鉆機(jī)擰緊螺母，使錨桿具有一

13、定的預(yù)緊力。擰緊力矩應(yīng)達(dá)到200Nm。錨桿排距誤差不得超過(guò)設(shè)計(jì)值50mm。(4) 安裝兩幫錨桿孔深要求 1910-1950mm。采用鉆機(jī)攪拌。擰緊力矩應(yīng)達(dá)到200Nm。其它技術(shù)要求同頂板錨桿。4、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(yàn)，每次數(shù)量不少于 3 根。如果發(fā)現(xiàn)錨桿實(shí)際錨固力與設(shè)計(jì)值相差較大，必須對(duì)錨固參數(shù)進(jìn)行調(diào)整和修改。(2) 為了保證施工質(zhì)量，須對(duì)錨桿錨固力進(jìn)行抽檢（不小于 15%的比例），抽檢指標(biāo)為螺紋鋼錨桿錨固力頂板不低于 100kN，巷幫不得低于 80kN。發(fā)現(xiàn)不合格錨桿，應(yīng)在其周圍 200mm 的范圍內(nèi)補(bǔ)打合格錨桿。(3) 掘進(jìn)時(shí)形成的巷幫超寬或片幫超寬時(shí)，應(yīng)及

14、時(shí)處理，可采用加長(zhǎng)鋼筋托梁和補(bǔ)打錨桿的方法進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。(4) 巷道地質(zhì)條件發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)根據(jù)變化程度，調(diào)整支護(hù)參數(shù)或采取應(yīng)急措施及時(shí)處理，如采用錨索加固或縮小排距等。(5) 試驗(yàn)過(guò)程中，每隔 50m 在頂板安裝一個(gè)離層指示儀， 觀測(cè)圍巖移動(dòng)情況。一旦發(fā)生異常現(xiàn)象，觀測(cè)人員應(yīng)立即報(bào)告有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)，以便采取相應(yīng)措施。五、礦壓監(jiān)測(cè)礦壓監(jiān)測(cè)是動(dòng)態(tài)信息設(shè)計(jì)方法的核心內(nèi)容之一。通過(guò)測(cè)試錨桿受力和巷道圍巖位移分布， 就可比較全面地了解錨桿支護(hù)的工作狀態(tài)，進(jìn)而驗(yàn)證或修改錨桿支護(hù)初始設(shè)計(jì)，并保證巷道的安全狀態(tài)。1、礦壓監(jiān)測(cè)前的準(zhǔn)備工作井下實(shí)施礦壓監(jiān)測(cè)之前，需做好以下工作：(1) 組建礦壓監(jiān)測(cè)隊(duì)伍礦壓監(jiān)測(cè)隊(duì)伍成員由礦方

15、安排，要求對(duì)監(jiān)測(cè)工作認(rèn)真負(fù)責(zé)，并具有一定巷道支護(hù)經(jīng)驗(yàn)。(2) 準(zhǔn)備監(jiān)測(cè)儀器和測(cè)點(diǎn)安設(shè)物品按照設(shè)計(jì)要求的規(guī)格和數(shù)量購(gòu)置所需監(jiān)測(cè)儀器，準(zhǔn)備測(cè)點(diǎn)安設(shè)所需物品。(3) 準(zhǔn)備監(jiān)測(cè)記錄表格礦壓監(jiān)測(cè)所需記錄表格應(yīng)提前準(zhǔn)備好，以供井下測(cè)試時(shí)使用。(4) 技術(shù)培訓(xùn)在井下測(cè)試之前，由試驗(yàn)小組對(duì)測(cè)工進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)。2、礦壓監(jiān)測(cè)內(nèi)容和方法1) 巷道表面位移采用十字布點(diǎn)法安設(shè)表面位移監(jiān)測(cè)斷面（圖 8）。400mmA400mmCDOB圖 8 巷道表面位移監(jiān)測(cè)斷面布置在頂?shù)装逯胁看怪狈较蚝蛢蓭退椒较蜚@28mm、深 400mm 的孔，將30mm、長(zhǎng) 400mm 的木樁打入孔中。頂板和上幫木樁端部安設(shè)彎形測(cè)釘，底板和下幫木樁端

16、部安設(shè)平頭測(cè)釘。 兩監(jiān)測(cè)斷面沿巷道軸向間隔 0.6-1.0m。觀測(cè)方法為：在 C、D 之間拉緊測(cè)繩， A 、B 之間拉緊鋼卷尺，測(cè)讀 AO 、AB 值；在 A 、B 之間拉緊測(cè)繩， C、D 之間拉緊鋼卷尺，測(cè)讀 CO、CD 值；測(cè)量精度要求達(dá)到 1mm，并估計(jì)出 0.5mm；采用皮卷尺測(cè)量監(jiān)測(cè)斷面距掘進(jìn)工作面的距離。測(cè)量頻度：距掘進(jìn)工作面和采煤工作面 50m 內(nèi)，每天觀測(cè) 1 次，其它時(shí)間每周觀測(cè) 1-2 次。2)頂板離層采用 LBY-3 型頂板離層指示儀測(cè)試頂板巖層錨固范圍內(nèi)外位移值。離層儀的安裝方法和步驟：鉆孔：采用 B19 接長(zhǎng)式鉆桿、 28mm 鉆頭用錨桿機(jī)在巷道中線處打垂直鉆孔，深度

17、 7m；深部基點(diǎn)：用安裝桿將深部基點(diǎn)錨固器推入孔中，直至孔底，抽出安裝桿后，用手拉一下鋼繩，確認(rèn)錨固器已固定住。淺部基點(diǎn)：用安裝桿推入淺部基點(diǎn)錨固器至 2.3m 處，抽出安裝桿后，用手拉一下鋼繩，確認(rèn)錨固器已固定住?？卓谔坠埽喊惭b孔口套管對(duì)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(duì)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(duì)齊，將其繩卡卡死并截去多余鋼繩。初讀數(shù)：記錄初讀數(shù)。安裝注意事項(xiàng)：離層指示儀安裝位置距迎頭不得超過(guò)1.5m，否則無(wú)法捕捉頂板離層的全過(guò)程；鋼繩應(yīng)事先盤好，推入錨固器時(shí)逐圈展開，以防糾纏打結(jié)；推入錨固器時(shí)， 安裝桿不能回拉， 否則錨固器雙爪會(huì)從安裝桿上端槽中脫出；淺部基點(diǎn)錨固器一定要準(zhǔn)確定位，為此可提前在安裝桿上做好標(biāo)記；安裝后，兩個(gè)刻度墜均應(yīng)處于自由懸垂?fàn)顟B(tài)，不得有任何卡阻現(xiàn)象。觀測(cè)頻度：觀測(cè)頻度與表面位移相同。3)錨桿預(yù)緊力矩抽檢巷道掘進(jìn)施工過(guò)程中，安排專人按不小于30%的比例和不大于二天的時(shí)間間隔用力矩示值扳手對(duì)錨桿螺母預(yù)緊力矩進(jìn)行抽檢，頂錨桿達(dá) 200Nm 為合格，幫錨桿達(dá)到 200Nm 為合格。一