深井回采巷道围岩支护参数优化

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1、深井回采巷道围岩支护参数优化xxx(山东科技大学泰安校区，山东泰安271000)摘要深井回采巷道由于其所处条件的特殊性，在巷道掘进和回采过程中往往维护十分困难，严重影响了工作面的安全高校开采，本论文以济二煤矿为例，对深井回采巷道围岩的支护参数进行了优化，对其他的深部巷道也具有一定的指导意义。关键词深部巷道支护参数优化深部巷道围岩由于受巷道的埋深、围岩性质、构造应力以及地质条件等因素的共同影响，同时又受巷道断面形状、施工工艺、支护形式、支护强度及开采动压等工程技术因素制约，围岩应力分布与矿压显现十分异常。深部围岩巷道不仅在回采和掘进期间围岩变形剧烈，而且在应力分布趋于稳定后仍保持

2、快速流变状态，两帮移近和底鼓十分明显，失修和严重失修的巷道增多，巷道维护十分困难，且常常出现多次返修的现象。深部巷道围岩稳定性控制问题已成为当今地下工程中最为复杂的难题之一，严重制约着深部矿井开采的高产高效及安全生产，阻碍着深部开采的持续发展。因此，有必要对深部巷道围岩支护参数进行优化设计。本设计以济宁二号井九采区93上06煤轨道顺槽为例，阐述深井回采巷道围岩支护参数优化的一般步骤，从而对深井回采巷道围岩支护参数的选取提供一定借鉴。1工作面地质概况济宁二号井九采区埋深约为730~780m，巷道支护形式采用锚网索支护，局部地段补支钢梁棚或钢梁棚和中间立柱混和支护。具体支护参数如下

3、：(1)锚杆：顶部采用树脂锚杆，直径为22mm，长度2200mm，间排距800800mm，锚杆与巷道轮廓线垂直，锚杆尾丝外露长度10~40mm；帮部锚杆直径20mm，长度1800mm，间排距800800mm。锚杆与巷道轮廓线垂直，锚杆尾丝外露长度10~40mm。(2)锚索：锚索直径17.8mm，长度6000mm，沿巷道中部布置双排锚索，间排距为10002400mm，采用“2—2”布置。(3)挂网：菱形金属网，网眼尺寸5050mm。(4)钢筋梯：采用8#钢筋焊接。采区轨道顺槽在掘进过程中，出现了顶板下沉、底鼓和两帮移近量大等大变形现象，原有支护难以满足巷道的正常使用。通过现场调研

4、，九采区93上06煤轨道顺槽围岩及支护体变形、破坏严重，突出表现为顶板离层下沉，导致巷道顶部均有不同程度的下沉变形现象。巷道掘进过程中，由于底板没有及时得到有效控制，含膨胀性矿物成分较多的底板岩层遇水极易膨胀，出现严重底鼓变形现象，影响巷道的正常使用。同时，由于没有及时控制顶板，出现沿巷道轴向楔体滑落冒顶破坏现象。2回采巷道支护参数的优化根据济宁二号井九采区的实际条件，考虑到济宁二号井回采巷道埋深大、直接顶厚度较大并且岩性差，极易受到采动等特点，选用锚杆、锚索、金属网、钢带的联合支护方式。具体支护方案设计如下。2.1锚杆支护参数的计算93上06煤轨道顺槽在其服务期间将经受掘进和

5、回采两次动压影响，顶板极易出现离层和断裂现象，为了有效控制顶板断裂和破碎，同时减少两帮移近量和顶板下沉量，经分析确定采用锚网带和锚索组合的联合支护方式。1)锚杆长度的计算通常按照悬吊理论计算锚杆的长度，其具体公式是：式中—锚杆外露长度，取m；—锚杆有效长度；—锚杆锚固段长度。根据冒落拱的高度来确定，如下式所示：式中—顶板岩石的普氏系数；—巷道的宽度，m；—巷道的高度，m；—岩石的内摩擦角，°。将已知数据带入上式可知：=1.81m此时，将顶板的有效支护长度取为=1.81m，则通过计算锚杆的总长度为=0.15+1.81+0.4=2.36m，取2.4m，根据现场的实际情况，考虑到类似

6、条件下锚杆支护的经验，帮锚杆取2.2m。2)锚杆间排距的计算及锚杆直径的确定①锚杆间排距几何平均数：式中—锚固方式系数，当顶板采用树脂加长锚固时，取1.03；—护顶方式系数，通常取1；—围岩完整性系数，当围岩完整时取0.9，完整性较好时取0.75，完整性一般时取0.6，完整性较差取时0.45，完整性很差取0.3。根据济宁二号井九采区现场实际情况，本次设计取0.55。计算得锚杆间距几何平均数=0.72m。②锚杆根数，取=6。③锚杆间距0.76这里取=0.80m符合设计，同理，计算得帮锚杆间距为0.70m。④锚杆排距m这里取=0.90m符合设计，同理，计算得帮锚杆间距为1.0m。根

7、据经验公式，mm，取直径为22mm。同理，帮锚杆直径取20mm。3)锚杆锚固力根据以下公式对锚杆锚固力进行确定：式中—顶锚杆锚固力，kN；—锚杆安全系数，取2~3；—岩石容重，kN/m3。kN4)锚杆的最终选择由于计算时未考虑工作面的采动影响，因此，选用强度、335的高强螺纹钢作为锚杆杆体，其技术指标为：最小屈服强度可达15t，最小抗拉强度可达20t。最终确定的锚杆具体参数如下：①顶锚杆：高强预应力让压锚杆；②帮锚杆：高强预应力让压锚杆；③托盘：为了增加围岩表面的受力面积，采用承载面积大、强