中厚煤层综合机械化掘进,锚杆(索)支护

第一章 概 况 第一节 概 述 一、巷道名称、位置及相邻关系 本面所掘巷道为芦南3号煤二区南三正、副巷，井下位于芦南二区南翼回风南部，东为南二巷（已掘），南部为71128工作面（正采），西部为7207工作面（未掘），北隔大巷。

二、巷道用途 南三正、副巷及其联络横管服务于二区7203及7205回采工作面。回采7203工作面时，南三副巷作为回风巷，正巷作为尾巷。回采7205工作面时，南三正巷作为进风、出煤巷。

三、巷道性质 本面所掘巷道均为沿3号煤顶底板掘进的回采巷道。 四、联络横管 从第一联络巷横管开始，沿正、副巷每向前掘进50—60米，选择顶板情况较好地段开掘一个通风或运输联络横管。

五、设计长度、服务年限 南三正、副巷设计长度：正巷1250m，副巷1250m，每个联络横管长度18m。 服务年限：1.5年 开工时间：20010年1月1日

六、巷道平面布置 巷道平面布置图（略） 第二节 依 据

一、 经过审批的设计及批准时间 本面所掘巷道施工的依据是《芦南3号煤二区巷道布置设计图》。批准时间为2003年10月11日。 二、地质说明书 本面所掘巷道地质资料的依据是《芦南3号煤7203工作面掘进地质说明书》。批准时间为某年某月。见说明书

三、矿压观测资料 参考本煤层芦南一区南十三正巷有关矿压观测数据分析结论。 第二章 地面位置及地质情况

第一节 地面相对位置及相邻采区开采情况 地面相对位置及邻近采区开采情况见表1 表1 井上下对照关系情况 水平 525 工程名称 7203工作面 采区 芦南二采区 井下标高/m 488-539 地面的相对位置建筑物、小井及其他 本工作面地表位于新庄窝以东、铁梁以西、桃河以北的山坡梁谷地段，深脚河穿过工作面东北部。地表无建筑物

井下相对位置对掘进巷道的影响 本工作面井下位于芦南二区南翼东部，为本采取首掘面 邻近采掘情况对掘进巷道的影响 东为7201工作面（未掘），南为71128工作面（正掘），西为7205工作面（未掘），北隔采区大巷为7204工作面（未掘）。邻近巷道对本面掘进无影响

第二节 煤（岩）层赋存特征 煤（岩）层赋存特征见表2、表3 表2 煤层特征表

项目 指标 备注 煤层厚度（最小-最大/平均）/m 1.88~3.00/2.64 煤层倾角（最小-最大/平均）/（°） 3~14/5 煤层硬度f 2 煤层层理（发育程度） 发育 煤层节理（发育程度） 发育 绝对瓦斯量/（m³/min） 2~3 煤尘爆炸指数/% 10

表3 煤层顶底板情况表 顶底板名称 岩石类别 厚度 岩性 顶板 基本顶 中粒砂岩 3.01 灰白色，以石英为主，长石次之，分选度、磨圆度较差 直接顶 砂质泥岩 5.30 灰黑色，上部含砂量较少，含植物化石碎片，局部受基本顶冲蚀不存在

伪顶 高岭石泥岩 0.3 深灰色，上部常一层煤线，局部局部受基本顶冲蚀不存在

底板 直接底 砂质泥岩 4.88 灰黑色，上部含砂量较少，韩植物化石碎片 基本底 中粒砂岩 5.57 灰白色，以石英为主，长石次之，夹泥质条带

综合柱状图（略） 第三节 地 质 构 造

本面构造总体为一轴向近EW向的背斜与向斜组合形态，其中工作面南部为与背斜构造，两翼倾角3°~8°；工作面北部为一背斜构造，两翼倾角3°~14°，预计在掘进过程中会遇到一些落差小于2m的断层，对掘进有一定影响。

本面南翼回风巷在掘进过程中揭露一轴向NWW、长轴65m短轴36m的陷落柱。 本面开切眼南部为一冲刷带变薄区，预计开切眼及其以北50m范围内煤层会存在不同程度的冲刷区煤层基本顶砂岩冲蚀而变薄，煤质疏松，光泽暗淡。

附图1：地质平面图、剖面图（略）。 第四节 水 文 地 质

本面地表为山坡山梁沟谷地形，且盖山厚度较大(430m~470m)，深脚河为一季节性河流，穿过工作面东北部，预计地表水对工作面正常掘进影响不大，只是在雨季时由于地表水的积聚下渗，使3号煤上部的含水层冲水性增强，会出现局部3号煤基本顶砂岩富水现象，届时会出现局部淋头水或少量涌水现象。当工作面掘进到向斜构造时巷道坡度较大，煤厚较大，向斜轴部会有淋头水出现，顶板易里层，应加强工作面顶、帮管理，采取巷道防滑措施和做好巷道排水准备工作。

第三章 巷道布置及支护说明

第一节 巷 道 布 置 本掘进工作面位于芦南二区3号煤层南翼东段，为芦南二区首掘面，属525m水平。正巷长1250m，副巷长1250m，巷道均为矩形断面。正巷净宽为4.4m，净高2.6m；副巷净宽4.0m，净高为2.6m；横管净宽为2.0m，净高2.0m，正副巷均沿3号煤底板掘进，坡度为3°~14°，平均5°。正巷在煤层轨道巷开口，开口处坐标X为101467.7m，Y为86018.0m，Z 为529.5m。现正、副巷及第一横管已构成通风系统。

第二节 矿 压 观 测 1、观测对象：3号煤层芦南一区南十三正巷。 2、观测内容：巷道顶板离层量，底板相对位移量，两帮相对位移量，锚杆、锚索的载荷及锚固力。 3、观测方法：南十三正巷掘进30m后，开始布置测站，测站间距100m，共设10个测站。每一测站设置一个观测断面，用测枪检测断面处底板相对位移量、两帮相对位移量，用MLJ—40（T）拉力计检测顶、帮锚固力。每个断面巷道正顶安装一个LBY—3型顶板离层仪，顶板中间锚杆、顶锚索以及两帮中间锚杆分别安装一块MYC—16型锚杆（锚索）压力指示仪，根据掘进巷道顶板压力显示状况，对锚杆、锚索受力及围岩位移每隔3天观测一次，直到巷道施工完毕。

4、数据处理。此次矿压观测，通过对10个观测点所有数据综合分析得出：巷道顶板离层量最大为10mm，底板相对位移量最大为15mm，两帮相对近移量最大为60mm，顶锚杆最大载荷为50KN，顶锚索载荷未超过预紧力120KN，顶锚杆拉拔力最小达到70KN，帮锚杆最大载荷为25KN，帮锚杆拉拔力最小达到30KN。有上述数据可知，巷道围岩变形位移量不大，顶、帮锚杆载荷变化不大，未达到破断载荷，锚索载荷未变化。这说明芦南一区3号煤南十三正巷采用锚带网+锚索支护对煤体围岩有很好的支护效果，能够形成积压加固平衡拱，有效地保持了煤体的整体稳定，这样的支护参数和形式较为合理。

第三节 支 护 设 计

一、确定巷道支护形式 根据男三附近钻孔的柱状资料分析，3号煤顶板直接顶为砂质泥岩，厚度5.3m，属于较稳定岩层，适合锚网支护。为了将锚杆加固的“组合梁”悬吊于基本顶坚硬岩层中，需用高强度锚索做辅助支护。根据临采区3号煤层回采巷道的矿压观测及支护经验，初步确定南三正、副巷采用矩形断面，锚杆+网+锚索联合支护。正巷由于受二次动压影响，采用W钢带；副巷一次性巷道，采用钢筋钢带。

二、支护参数设计 （一）采用类比法合理选择支护参数 根据芦南一区3号煤矿观测资料和同煤层邻近巷道的和支护经验，正巷顶锚杆选用Φ20mm³2000mm的螺纹钢锚杆、间距850mm,排距850mm；副巷顶锚杆规格同正巷，间距800mm，排距850mm；正巷帮锚杆选用Φ16mm³2000mm的麻花锚杆，间排距均为850mm；副巷帮锚杆选用Φ16mm³1600mm的麻花锚杆，间距1000mm,排距850mm；正、副巷锚索均选用Φ15.24mm³6300mm、1860级低松弛钢绞线，沿巷中布置一排，正巷间距850mm，副巷间距2550mm。

正、副巷顶锚杆锚固力不小于70KN，扭力距不小于100N²m；帮锚杆锚固力不小于30KN，扭力距不小于60N²m；锚索预紧力不小于120 KN，锚固力不小于230 KN。

（二） 采用计算法校核支护参数 1、顶锚杆通过悬吊作用，用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（钢带厚度+托板厚度+螺母厚度+0.02~0.05m，顶锚杆取0.07m，帮锚杆取0.15m），m；

L2——有效长度（顶锚杆取免压拱高b，帮锚杆取帮破碎深度c），m； L3——锚入岩层深度（顶锚杆取0.8m，帮锚杆取0.6m），m 普氏免压拱高： b=[B/2+Htan(45°-ω帮/2)]/f顶 式中 B、H——巷道掘进跨度和高度，B=4.7m，H=2.6m； f顶——顶板岩石普氏系数，f顶取3； ω帮——两帮围岩的内摩擦角，ω帮取63.43°（查表得）。 b=[4700/2+2600³tan45°-63.43°/2]/2=870mm c=2600³tan（45°-63.43°/2）=640mm 依据上述公式计算得出：顶锚杆长L顶≥1680mm；帮锚杆长L帮≥1364mm。 所选锚杆长度均能满足计算要求。 2、按锚杆所能悬吊的重量校核锚杆的排距： 每根锚杆悬吊岩体重量G=ΓL2a2，锚杆锚固力Q应能承担G的重量。为安全起见，再考虑安全系数k,取k=2。

kG＜Q a＜（Q/KΓL2）1/2所选顶锚杆的锚固力Q≥70kN，计算的a＜1.2m。因此，间、排距参数能满足计算结果。

3、悬吊理论校核锚索间距： 根据地质钻孔柱状分析，直接顶无坚硬岩石层。为防止巷道顶板岩层发生大面积整体垮落，用Φ15.24mm、L=6300mm（锚入砂岩1000mm深）的钢绞线，将锚杆加固的“组合梁”整体悬吊于坚硬岩层中，校核锚索间距，冒落方式按最严重的冒落高度大于锚杆长度的整体冒落考虑。此时，靠巷道两帮的角锚杆和锚索一起发挥悬吊作用，在忽略岩体粘力和内摩擦力的条件下，取垂直方向力的平衡，可用下式计算锚索间距。

L=nF2/[BHΓ—（2F1sinθ）/L1] 式中 L—锚索排距，m； B—巷道冒落宽度，正巷4.7m，副巷4.3m； H—巷道冒落高度，按严重冒落高度取2.0m； Γ—岩体容重，26.7kN/m3； L1—锚杆排距，0.80m； F1—锚杆锚固力，70kN； F2—锚索极限承载力，取230kN； θ—角度杆与巷道顶板的夹角，75°