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时间:2018-07-10
《大断面综放切眼锚索-锚网梁联合支护技术应用探究》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、大断面综放切眼锚索锚网梁联合支护技术应用探究摘要:在大断面留顶煤切眼掘进过程中,往往通过打设液压支柱作为辅助支护来加强顶板的稳定性,这不仅影响掘进速度,而且会加大支护成本,同时还给安装带来不便。为改变这种现状,建新煤矿与西安科技大学合作,在4103综放工作面切眼支护施工中去掉了液压支柱辅助支护,采用锚索、锚网梁联合支护技术,经过对巷道表面变形及内部破坏情况进行监测,监测数据表明:巷道最大离层量不超过14mm,两帮最大移近量不超过35mm,围岩变形在可控范围内,能保证切眼围岩稳定。该技术在建新矿的成功应用,为本矿带来了巨大的经济效益,为留顶煤大断面综
2、放切眼支护提供了可借鉴的经验。关键词:综放;切眼;锚索;锚网梁;中图分号:U675.92文献标志码:文章编号:1引言7以锚网梁支护为基础再配以锚索支护,可显著提高支护效果。此技术结合了锚网支护与锚索支护技术的优点,锚网梁支护使层状顶板形成一个整体的组合梁,同时也起到悬吊作用,可防止围岩受拉力破坏,并能提高围岩的整体抗弯强度。当巷道处于岩性较差的围岩中及跨度较大时,或受采动影响,锚杆和顶板岩层形成的组合梁厚度还不够大,其强度不足以确保顶板的稳定,顶板就会发生弯曲、离层甚至漏顶。利用预应力锚索对巷道顶板进行加强支护,将浅部不稳定岩层锚固在深部稳定岩层中,
3、充分调动巷道深部围岩的强度,实现了支护体与围岩在强度上的耦合,从而达到了对软岩巷道围岩稳定性控制的目的。该支护方式能有效地预防顶板的离层,保持顶板的完整,从而使顶板支护的组合梁作用显著加强,同时锚索将容易离层破坏的顶板悬吊于稳定的岩层之中[1-5]。建新矿为保证综放工作面大断面切眼掘进速度以及支架安装的方便,与西安科技大学合作,在4103综放工作面大断面切眼进行了锚索、锚网梁支护技术的应用研究,取得了很好的支护效果和良好的经济效益。2工程概况7建新矿4103综放工作面位于41盘区东部,呈西南—东北方向布置,其东为4102工作面(正在回采),西界为41
4、04工作面(未开采),北界为辅运大巷保护煤柱,南界为41盘区边界。4103综放工作面切眼位于4-2煤层,埋深602m,煤厚9.5m。该煤层结构简单,硬度系数f=1.4~2,煤层倾角为1~3°。煤层的顶板岩性以灰色中粒长石石英砂岩,次为灰黑色、深灰色粉砂岩与细砂岩互层,质软、易冒顶,为不稳定岩体,平均厚度为3.2m;底板主要为灰杂色炭质泥岩为主、少量灰白色泥质砂岩,见水易膨胀破碎结构,平均厚度在1.3m,属于不稳定底板。4103工作面切眼断面为矩形,断面设计尺寸为8.3m×3.3m(宽×高),采用留顶、底煤掘进,留设底煤厚度为2m、顶煤厚度为4.2m。
5、3锚索、锚网梁联合支护设计3.1断面设计及层位选定在保证行人、运输及综放支架安装的基础上,根据顶板岩性决定巷道断面为上净宽8.3m,下净宽8.3m,顶底高度不低于3.3m。根据煤层结构、结合顶板岩性和开采需要,巷道层位选定为留设4.2m顶煤,留设2.0m底煤。3.2锚索的选择1)长度的选择根据自稳隐形拱理论,巷道顶板可以分成三个区域:自然冒落拱、自稳隐形拱、极限自稳隐形拱(如下图)。支护是一定要保证锚索穿过极限自稳隐形拱达到稳定岩层,才能保证巷道稳定[6-7]。图1顶板稳定区域划分根据设计,巷道断面尺寸为8.3m×3.3m。自稳隐形拱曲线方程为:式中
6、:b——巷道顶部宽度,m7——巷道顶部垂直地压,MPa——顶板围岩体抗拉强度,MPa将具体数据带入上述公式,可得到自稳隐形拱的高度为6.85m。以此可判断顶部锚索长度至少要达到8m。2)强度的选择锚索作为最后一道防线,要承受巷道顶板上部岩层的所以重量。根据上述自稳隐形拱的计算结果,极限自稳隐形拱高度h为6.85m。因此锚索所要承受的上部岩层重量为:式中:b——巷道宽度,m;L——锚索排距,m;H——极限自稳隐形拱高度,m;——顶板岩层加权平均值,KN/m3。由于巷道顶板比较破碎,根据支护设计原则,应选择大承托面积+高密度支护方式,因此本次锚索间排距选
7、择为1.6m×1.6m。由此可得锚索要承受载荷为:G=8.3m×1.6m×6.85m×20KN/m3=1819.36KN顶板一排布置5根锚索,锚索承担载荷为363.87KN/根。经过计算,选择锚索型号为21.8-L8000,间排距为1.6m×1.6m。3.3顶板锚杆71)锚杆长度的选择按照悬吊理论计算锚杆参数:若用锚杆把不够稳定的岩层悬吊在坚固岩体上,锚杆参数则按下列公式计算:式中:K——安全系数,取1.5;H——顶板冒落高度,H=W0/2f,f——岩石硬度系数,煤取1.6,则H=1.31m;L1——锚杆锚入稳固岩层的深度,取0.3m;L2——锚杆外
8、露长度,取0.1m。L=1.5×1.31+0.3+0.1=2.41m,故取锚杆长度为2.5m。本次设计选择2
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