9-2煤巷道掘进支护设计说明20140507

徐州李堂矿业有限公司 9-2煤层巷道掘进支护设计

9-2煤层巷道掘进支护设计说明

一、巷道支护材料使用依据：

（一）依据《锚杆喷射混凝土支护技术规范 GB50086-2001》要求：喷射混凝土支护的厚度最小不应低于50mm、最大不宜超过200mm,其混凝土设计强度等级不应低于C20。

（二）煤炭系统的经验：喷射混凝土的厚度主要决定于巷道跨度

及围岩性质。一般认为不应小于50mm和超过200mm以上。一般跨度在5m以上的不稳定围岩，围岩厚度150-200mm;一般跨度为3-5m、较稳定的围岩喷层厚度取80-120mm;对于跨度小于3m、围岩稳定性好，喷层厚度可取50mm。

C1煤：煤普氏系数f=1~3（软-比较软）；C1煤底板（灰黑色泥岩，砂质泥岩）普氏系数f=2-4（中等坚固岩石），C1煤顶板（中、细砂岩）普氏系数f=7-11（坚固性岩石）。9-2煤：煤普氏系数f=2~3（比较软）

二、 支护设计方案

满足安全及支护要求的前提下，岩巷及煤巷全断面支护锚杆根据岩性不同有左旋等强螺纹钢锚杆φ18×2200mm、左旋等强螺纹钢锚杆φ18×1800mm。喷浆厚度设计100mm，喷射砼强度等级为C20。

支护防其他相关要求：

（一）满足安全及支护要求的前提下，对于服务年限较长且跨度

较大的巷道设计喷浆厚度控制在100mm上下，减少巷道喷浆量。

（二）加强对施工单位超欠挖现象的监督力度，要求施工工区根据地质条件调整爆破参数和施工方法控制掘进头超欠挖现象。巷道放炮后巷道荒高、荒宽允许误差为0～+100毫米。另锚杆托盘贴近岩面，不得松动。锚杆外露长度不得超过规程规定。由企管部、生产部、安监部负责对各迎头进行抽查，对存在超挖巷道现象的施工单位按照矿

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相关规定进行处罚。

（三）理论支护强度计算仅作为在正常条件的参考数据，根据《煤巷锚杆支护技术规范》规定：锚杆支护作业时，如遇复杂地段，应停止作业、分析原因，采取措施后方施工。复杂地段应优先选用锚杆、锚索、锚注等支护形式进行支护，并适当加大支护密度。

三、支护设计强度理论计算

附表按坚固性系数对岩石可钻性分级表

岩石 级别 Ⅰ 坚固 程度 最坚固 最坚固、致密、有韧性的石英岩、玄武岩和其他各种特别坚固的岩石。 很坚固的花岗岩、石英斑岩、硅质片岩，较坚固的石英岩，最坚固的砂岩和石灰岩。 20 代 表 性 岩 石 f Ⅱ 很坚固 15 Ⅲ 坚 固 致密的花岗岩，很坚固的砂岩和石灰岩，石英矿脉，10 坚固的砾岩，很坚固的铁矿石。 坚固的砂岩、石灰岩、大理岩、白云岩、黄铁矿，不坚固的花岗岩。 一般的砂岩、铁矿石 砂质页岩，页岩质砂岩。 8 Ⅲa 坚 固 Ⅳ Ⅳa Ⅴ Ⅴa Ⅵ 比较坚固 比较坚固 中等坚固 中等坚固 比较软 6 5 坚固的泥质页岩，不坚固的砂岩和石灰岩，软砾石。 4 各种不坚固的页岩，致密的泥灰岩。 软弱页岩，很软的石灰岩，白垩，盐岩，石膏，无烟煤，破碎的砂岩和石质土壤。 3 2 Ⅵa Ⅶ 比较软 软 碎石质土壤，破碎的页岩，粘结成块的砾石、碎石，1.5 坚固的煤，硬化的粘土。 软致密粘土，较软的烟煤，坚固的冲击土层，粘土质土壤。 软砂质粘土、砾石，黄土。 腐殖土，泥煤，软砂质土壤，湿砂。 1 Ⅶa Ⅷ 软 土 状 0.8 0.6 徐州李堂矿业有限公司 9-2煤层巷道掘进支护设计 Ⅸ Ⅹ 松散状 流沙状 砂，山砾堆积，细砾石，松土，开采下来的煤。 流沙，沼泽土壤，含水黄土及其他含水土壤。 0.5 0.3 （一）C1煤：煤普氏系数f=1~3；C1煤底板（灰黑色泥岩，砂质泥岩）普氏系数f=2-4，C1煤顶板（中、细砂岩）普氏系数f=7-11。

（二）9-2煤：煤普氏系数f=2~3；煤层顶板为中砂岩，具缓波状层理，层面含较多植物化石碎片，局部被粉砂岩取代或有粉砂岩伪顶，厚2～8.5m，一般在5～7m左右；常出现有粉砂岩或泥岩伪顶，厚0.15～0.90m，易于塌落；底板为砂岩，偶为粉砂岩或粉、细砂岩互层，厚10～15m，局部有泥岩、炭质泥岩伪底，厚0.12～0.15m，遇水易膨胀，干燥时又易于风化为松散状。

规格 屈服强度 MPa 抗拉强度 MPa ≥490 ≥16 尾部螺纹承载强伸长率% 度 MPa ≥杆体极限强度85% φ18×2000mm （螺纹钢） 锚杆规格 （螺纹钢） φ18mm ≥335 承载力（kN） 85 （三）锚杆规格确定 锚杆直径计算： d=（4Q/πσt）1/2

=[4×0.0588/（3.142×375）] 1/2 =0.014128m d—锚杆最小直径，m

σt—锚杆杆体的抗拉强度，MPa

Q—锚杆锚固力，一般按经验取6吨合0.0588MN 经计算选择锚杆直径18mm符合要求。

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现使用?18螺纹钢锚杆屈服强度≥335 Mpa，抗拉强度≥490Mpa； 锚杆屈服强度计算

采用?18螺纹钢锚杆，若达到设计锚固力60KN/根，则锚杆的屈服强度应满足：σsmin=F/S=235Mpa。

σsmin——锚杆屈服强度，Mpa； F——锚杆所受的力，取60KN； S——锚杆断面面积，S=лr2,r=9mm；

根据《MT 146.2-2002树脂锚杆行业标准》：应优先选用屈服强度大于335 MPa螺纹钢杆体，在满足锚杆支护需要时，也可采用屈服强度大于235 MPa的普通热轧圆钢。

另支护规范规定：一般情况下，锚杆的长度应大于2倍锚杆间距。 根据以上计算设计选用φ18左旋等强螺纹钢锚杆符合规范要求。

（四）悬吊作用理论设计锚杆支护参数 1、岩巷（半煤岩）支护强度计算

锚网喷支护材料为左旋等强螺纹钢锚杆，锚杆布置方式选用矩形布置，锚固剂为CK2370树脂药卷,锚喷厚度为80毫米，喷射砼强度等级为C20。

按悬吊理论计算锚杆参数： ①、锚杆长度计算： L = KH + L1 + L2 式中：L — 锚杆长度，米； H — 冒落拱高度，米； K — 安全系数，取K=2；

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L1 — 锚杆锚入稳定岩层的深度，取0.7米； L2 — 锚杆在巷道中的外露长度，

L2=托盘高度+螺母厚度+锚杆外露长度+网厚度 =25+35+40+12=112毫米=0.112米； H = B/2f=4.2/10=0.42(米）

式中：B — 巷道开掘宽度，取B=4.2米； f — 岩石坚固性系数，取f＝4～11，取5； 则L=2×0.42+0.7+0.112=1.652（米） f≤4时

计算得 H=0.8172

米

式中：h— 巷道开掘高度，取3.15米

φ帮— 巷道内摩擦角，取40°。（根据采矿技术手册） 则L=2×0.8172+0.5+0.112≈2.24（米）

②、锚杆间、排距计算，通常间排距相等，取a： <1> 根据锚杆支护规范：a≤0.5L=0.5×1.8=0.9m

Qa = HRK=1.12米

式中： a—锚杆间、排距，米； Q—锚杆设计锚固力，60KN/根； H —冒落拱高度，取 0.8172米；

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r—被悬吊岩石的重力密度，取25.5KN/m3; K—安全系数，取 K=2；

通过冒落拱高度计算，岩石坚固性系数f≥5时，选用直径18毫米、长度1800 毫米的左旋等强螺纹钢锚杆，锚杆间、排距为800毫米×800毫米，符合支护要求。

岩石坚固性系数f≤4时，应选取长度2200 毫米以上左旋等强螺纹钢锚杆。现场具体岩石坚固性系数选择参照《坚固性系数对岩石可钻性分级表》。

2、煤巷（顺槽）支护强度计算

顺槽设计采用Φ18×1800mm螺纹钢锚杆配8mm×150mm×150mm孔径为21mm的锚杆托盘支护。巷道两帮在满足锚杆支护需要时，采用Φ16×2000mm圆钢锚杆配8mm×150mm×150mm孔径为21mm的锚杆托盘支护。锚杆参数如下：

（1）顶锚杆通过悬吊作用，帮锚杆通过加固帮体作用，达到支护效果的条件，应满足：L≥L1+L2+L3 式中L——锚杆总长度，m；

L1——锚杆外露长度（包括钢带、托板、螺母厚度），m； L2——有效长度（顶锚杆取围岩松动圈冒落高度b，帮锚杆取帮破碎深度c），m;

L3——锚入岩（煤）层内深度，m。 其中围岩松动圈冒落高度

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b=

B????Htan?45???22??f顶

巷道帮锚杆有效长度c的确定：

c=（1+ f）/（1+2 f）+（B－1）/（B+1）

式中B、H——巷道掘进荒宽、荒高；B取4.2；H取3.3； f顶——顶板岩石普氏系数,考虑f=3时；

?——两帮围岩的似内摩擦角，?=40°。（根据采矿技术手册）

b—— 顶锚杆有效长度 c——帮锚杆有效长度

经计算：b=1.31;c=0.525; L1=0.112; L3=0.5; 代入公式： L≥L1+L2+L3

顶锚杆2.2m L≥0.112+1.31+0.7=2.122m； 帮锚杆1.8m L≥0.112+0.525+0.7=1.34m；

通过计算采用顶锚杆Φ18×2200mm，帮锚杆Φ18×1800mm螺纹钢锚杆能满足需要。

（2）校核顶锚杆间、排距：应满足

① 根据锚杆支护规范：a（0.8m）≤0.5L=0.5×1.8=0.9m ②理论公式计算

a?GkL2?

式中a——锚杆间、排距，m；

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G——锚杆设计锚固力，kN/根；取60 kN/根 k——安全系数，取2；（松散系数） L2——有效长度（顶锚杆取b）;b=0.8127。

?——岩体容重 取25.5KN/m3。

带入公式计算得 a＜1.12m

通过计算锚杆0.8m的间排距能满足需要。

3、加强锚索支护计算

加强锚索采用的型号为SKP17.8/1860型矿用锚索（配套锁具），直径为φ17.8mm钢绞线,抗拉强度为1860Mpa。设计承载力230kN。安全系数取2。锚索参数如下：

伸屈服负荷 kN 长率% L0≥500 ≥234.6 4-5.5 规格 mm φ17.8 破断负荷 kN 264.6-269.4 1000h 度 强松弛率≤ Mpa 12.5 860 以下为锚索长度及间、排距计算： ①锚索长度的确定 X = X1 + X2 + X3 = 0.3 +4.2 +1.5 =6m 取6m 式中：

X1——锚索外露长度，取0.3-0.4m；

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X3——锚索的锚固长度，取1.5-2m； X2——锚索的有效锚固长度。 全岩稳定顶板X2 =B=4.2 全煤或复合顶板X2 = 1.376B B—巷道宽度，4.2 m。 ②锚索支护密度N N = KYBH /Q

= 2×26.07×4.2×1.12/230 = 1.06根/m 式中：

B——巷道跨度，4.2m； K——安全系数，取 2； Y——煤岩体积力，26.07KN/m3； H——巷道松动破碎区高度，m； Q——锚索的设计承载力，230KN。 ?、锚索排距 = nQ / KYBH

= 2×230/(2×26.07×4.2×1.12) = 1.87 取1.6m一排。 式中：

n——每排锚索确定的根数，取2； Q——每根锚索承载力，取230kN； Y——煤岩体积力,26.07kN/ m3；

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B——巷道宽度，4.2m。 K——安全系数，经计算取2； H——巷道松动破碎区高度，m； 当f ≥3时 H≥1.6B/2f

=1.6×4.2/(2×3） =1.12m 当f ≤2时

H≥{B / 2 + hcot（45+a / 2）}/f 。 ④、锚索的锚固长度X3： X3=kdfs / 4fc

= 2×17.8×1860/(4×10) = 1.5 m 取1.5 m 式中：

k——安全系数，一般取2； d——钢绞线直径，17.8mm ; fs——钢绞线抗拉强度，1860MPa； fc——锚索与锚固剂的粘结强度，取10 ⑤、锚索间距=0.85B/n =0.85×4.2/2 =1.78 取1.2m 式中：n—每排锚索根数2根

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B—巷道宽度4.2米

通过以上计算，选用直径17.8mm、长度6000mm的钢绞线锚索，理论上每排2根锚索符合支护要求，排距1.6m,满足支护要求。 通过计算，针对煤巷（顺槽）、岩巷（半煤岩巷）锚杆（锚索）支护参数，使用φ18×2200mm锚杆，间排距800×800 mm，能满足支护强度要求。加强锚索支护使用φ17.8×6000mm，排距1.6m，每排2根，能满足支护强度要求。

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