采空侧支护设计新.doc

五矿大井15#煤综放工作面采空侧进、回风巷道支护设计五矿生产技术部设计组二○○四年一月十四日五矿大井15#煤综放工作面采空侧进、回风巷道支护设计一、 概况：五矿大井15#煤综放工作面的进、回风巷道与相邻工作面预留煤柱20米，所采煤层平均倾角8°左右，煤层厚度6.6米，厚度较稳定，节理裂隙十分发育，结构复杂，含有三层夹石，上部距顶板0.2米，厚度约0.2米，中部距顶板1.0米，厚度约0.1米，下部距底板1.45米，厚度约0.2米，煤层直接顶板为黑色泥岩及砂质泥岩，节理发育，平均厚度6.57米，老顶为灰白色细砂岩，平均厚度为5.75米，直接底板为黑色泥岩，平均厚度1.2米，老底为深灰色细砂岩，平均厚度3.3米采用走向长壁开天窗放顶煤的采煤方法二、 巷道断面及支护形式的选择（详见附图）：1、 采空侧进、回风巷道断面及支护形式的选择：五矿大井15#煤综放工作面的进、回风巷道均为沿煤层底板掘进的下层全煤巷道，考虑进、回风巷道受相邻工作面采空区的影响，掘进施工、工作面回采安装等因素，及以往受动压巷道变形量大的特点为最大限度满足生产需要，巷道断面要预留一定变形量，除选择矩形断面外；进风巷道荒断面为宽*高=4.6*3.25m=14.95㎡，净断面为宽*高=4.4*3.2m=14.08㎡；回风巷道荒断面为宽*高=4.0*3.25m=13㎡，净断面为宽*高=3.8*3.2=12.16㎡。

为了提高巷道的支护强度，保证能最大限度满足回采生产的需要，依据锚网锚索支护的经验，特别是锚杆支护的“刚性”梁原理，以及锚索能及时施加足额的预应力控制顶板，有效防止顶板岩层间的离层现象，促进了“刚性”梁的形成为此，五矿大井15#煤综放工作面采空侧进、回风巷道的支护形式选择以预应力锚索为主的组合支护，即“短锚索、钢梁、网+长锚索”支护形式2、预选支护参数： 依据锚索可以施加足额值的预应力，且施工方便不受人为因素的影响，以全锚索支护的实际经验，五矿大井综放工作面采空侧进、回风巷道顶板均采取全预应力锚索支护短锚索采用￠17.8*6300mm，长锚索采用￠17.8*9300mm，具体布置形式为：进风巷道顶板一排6根短锚索，间距800mm，排距800mm，长锚索为每排2根，全断面铺网，为进一步提高顶板的抗弯强度，每排铺设长*宽*厚=4400*220*4mm的钢带一根；回风巷道顶板一排5根短锚索，间距850mm，排距800mm，长锚索为每排2根，全断面铺网，每排铺设长*宽*厚=3800*220*4mm的钢带一根；进回风帮锚杆采帮采用￠20*2400mm、煤柱帮采用￠20*3000mm的钢锚杆，每帮5根，并用2900*220*12mm的钢筋钢带压网，排距800mm，且煤柱帮采用￠15.2*5.2m的锚索补强支护，每排0.5根（每二排一根）。

即：顶板短锚索￠17.8*6300mm； 顶板长锚索￠17.8*9300mm； 短锚索承载极限载荷361KN，预紧力190KN； 长锚索承载极限载荷361KN，预紧力190KN； 帮锚杆采帮￠20*2400mm，煤柱帮￠20*3000mm； 帮锚索￠15.2*5200mm，钢筋钢带2900*220*12mm； 顶板短锚索排距800mm； 顶板短锚索间距：进风800mm，回风850mm；3、布置方式： 沿巷道方向在顶板布置2排长锚索，按锚索间距进风1750mm、1450mm，回风1150mm、850mm，要求顺巷1.6m距离内布置4根长锚索，钢绞线￠17.8mm，长度9.3m，锚深9.0m，锚固端采用MSK23/100的树脂药卷，锚固长度不小于1.0m，钻孔用￠25mm金刚石钻头钻孔要求长锚索承载力在360KN以上，张拉预紧力为190KN以上名称荒断面（㎡）净断面（㎡）长锚索数（根/排）短锚索数（根/排）钢带长（米）每㎡长锚索数每㎡短锚索数每㎡比原来多的数量长短计进风14.9514.08264.40.5431.6300.0170.5770.594原进风12.211.4243.80.5261.053回风1312.16253.80.6251.5630.0400.3930.433原回风10.9810.2243.40.5851.170三、支护参数的选择：1.采用普氏自然平衡拱理论，确定顶板破坏高度b。

进风:回风:式中f —煤层的坚固系数1B —巷宽H/ —巷高—煤层的摩擦角 2.确定两帮破坏深度C3.顶板载荷集度：进风: =1608.84KN回风:=1289.54KNa--------巷道掘进断面跨度之半，进风取4.6米、回风取4.0米b-------顶板破坏高度进风3.10m，回风2.69m------巷道顶板围岩容重（吨/米3）, 进风:（吨/米3）回风:（吨/米3）Ka—受临近工作面采动影响系数进风：Ka=0.938，回风：Ka=0.939X—煤柱宽度20米δr.m—老顶单向抗压强度96.2Pah—采高6.6mH—巷道埋深520mhi—直接顶厚度3.35+6.57mα—煤层平均倾角8°λ—水平应力作用的巷道侧压系数0.818Ky—顶板岩层的稳定系数=0.182D1—节理间距查表取0.1D2—分层厚度查表取0.1δcr—顶板岩层（煤）单向抗压强度13.5MPa4.侧压:其中进风:回风:进风侧压: 吨/米回风侧压: 吨/米5.稳定性校核：（1）依据悬吊理论校核锚索支护需满足公式 式中K—安全系数2G—所承受岩石重量（锚固段以下煤岩重量分层累计算法）（KN）A— 锚索设计承载能力（KN）n—锚索根数进风短锚索支护布置密度：（根/㎡）回风短锚索支护布置密度：（根/㎡）进风长锚索支护布置密度：（根/㎡）回风长锚索支护布置密度：（根/㎡）取最低密度校核短、长锚索支护的安全系数K短锚索A=361KN，n=1.563（根/）G=（吨/米2）1.563×36.1/6.711=8.41＞2 长锚索A=361KN，n=0.543（根/）G===7.482（吨/米2）0.543×36.1/7.482=2.62＞2（2）按组合梁校核：组合梁的承载能力式中q—侧应力系数，5.828—组合梁下缘的径向预紧应力N—预紧力（KN）D—排距0.8mt=6.2-0.2-D=5.2m —压缩拱半径（m）R—冒落拱半径（m），进风：回风：安全系数2367.63/1608.84=1.47由此可知短锚索支护状态下安全系数为1.47，低于K=2的要求，为提高安全可靠性必须采取长锚索加强支护。

四、支护要求：1、施工队组必须按照质量标准化进行施工每班必须专人管理质量标准化，支护材料及规格，支护形式必须符合设计要求，排距误差不得超过±100mm钢梁、钢带、金属网、托板必须紧贴顶板或煤帮进风、回风、溜子道长、短锚索预紧力，使用YCD—200型张拉千斤时，预紧力达到50Mpa以上及190KN帮锚杆锚固力不低于50KN，扭力矩不低于120N.m，帮锚索预紧力不低于90KN，使用YCD—180型张拉千斤时，预紧力达到30MPa以上（因帮锚索锚固端打在煤层中，故预紧力暂定为90KN，在试验中逐步确定合适的数值）2、长、短锚索外露长度自锚具往外不超过150—250mm，施工人员发现煤层变厚或软岩厚度增加时，必须及时向技术部门反映情况，以便及时组织地测部门测定煤厚及顶板情况，确定加强锚索长度3、严格按设计断面施工，保证成形质量超、欠挖不得超过设计尺寸0.2m，巷道每超宽500mm，补打一根顶锚索，带0.5米的29U型钢短节或塌顶不能用钢带时，必须在塌顶处打单体锚索，带0.5米29U型短节维护顶板，锚索间排距不大于0.8米，长、短锚索使用比例为1：2巷道每超高700mm以上，两帮必须补打帮锚杆，并压网一片。

4、进、回风长锚索必须紧跟煤头，即距煤头距离不大于循环进度，否则，不得掘进5、帮锚杆、帮网可滞后煤头一排距离，以免割网，但严禁滞后超过一排，造成空帮塌落6、掘进局部塌顶范围小，且顶板整体成形基本完好，网和钢带无法接顶时，可在塌顶处构两开木或补打短锚索7、掘进头塌顶在0.8m以上且范围较大，单体长锚索必须紧跟煤头8、塌顶处用截割头顶弯W钢带，保证钢带充分接顶，一块钢带无法管理全断面时，必须增加钢带或补打单体锚索管理顶板9、长短锚索的锚固深度小于设计要求值的500mm时，必须在其附近重新补打一根新锚索加强长锚索支护设计：2、 间距：为防止巷道顶板煤体发生大面积整体跨落，保证巷道围岩的整体稳定性，选择￠17.8mm的长锚索，对巷道围岩进行补强支护，进一步提高巷道的支护强度，仍然根据悬吊理论设计，冒落方式按最严重时的冒落高度，即短锚索支护范围整体冒落考虑但是由于靠顶板的角锚索已伸入冒落区以外的稳定煤层中，角锚索与长锚索一起发挥作用，在忽略煤体粘结力和摩檫力的条件下考虑采动影响，沿巷道掘进方向布置2排长锚索，取垂直方向力的平衡可得间距计算公式如下：式中—长锚索支护间距；—巷道冒落宽度，取B=4.6+2*1.43=7.46m；—短锚索排距，取0.8m；—锚落高度，取5.0m；—锚索极限承载能力，取361KN； —顶板冒落岩体比重，KN/m3；—顶短锚索锚固力，取150KN；代入上式计算可得= m，考虑安全及采空区动压影响因素，提高支护强度，间距易小不易大，取=8。