2022年桁架支护方案.docx

《2022年桁架支护方案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年桁架支护方案.docx（19页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。

1、精品学习资源鄂尔多斯市乌兰煤炭集团公司石圪台煤矿131201 回风顺槽绕道支护方案石圪台煤矿捷马济宁矿山支护设备制造2 0 0 8 年 0 8 月 0 5 日欢迎下载精品学习资源1 概述乌兰集团石圪台煤矿 131201 采煤工作面位于 3-1-2 煤层中部，为 3-1-2 煤层首采面， 采长 150 米，走向长 858 米；131201 工作面回风顺槽绕道沿 3-1-2 煤层中部掘进， 顺槽绕道顶板留设 1m 厚的顶煤；顺槽绕道埋藏深度为 5070 米；其与原掘进的 131201 采煤工作面回风顺槽之间留设 15 米的煤柱； 3-1-2 煤层顶板为 3.6 米的砂质泥岩，遇水易膨胀软化，其上为

2、 3-1-1 煤层房柱式开采采空区；为防止 131201 工作面回风顺槽绕道在工作面回采时发生破坏，现对其支护方式进行重新设计；2 近距离煤层采空区下顺槽锚杆桁架系统支护可行性分析锚杆桁架系统支护作用机理分析锚杆桁架系统是一种掌握巷道顶板、巷道两肩和侧帮变形的联动结构，该组合式桁架系统不仅可以转变巷道围岩的受力状态，而且仍可以有效的限制巷道顶板的变形，并将顶板的变形延长到巷道两侧；锚杆桁架系统的力的作用示意图如图1 所示；同时，锚杆桁架结构对掌握垂直节理的作用特别明显；欢迎下载精品学习资源FFF斜F斜F锚杆合F斜FF顶板FFF合斜F平F平底板图 1 锚杆桁架系统力的作用示意图锚杆桁架系统支护是

3、一种抱负的支护手段， 其不仅是贴顶支护， 而且可以施加较大的预应力， 实现主动支护； 因此锚杆桁架系统是支护近距离煤层采空区下顺槽的有效手段，具有良好的支护成效；煤层顺槽锚杆桁架系统支护的可行性讨论说明：预应力锚杆可有效提高围岩的残余强度， 充分发挥围岩自身的承载才能；锚杆与其锚固范畴内的锚固体构成一种锚固支护体，在锚杆的约束与抗剪作用下， 使塑性破坏后易于松动的煤岩体形成具有肯定承载才能并可适应围岩变形的锚杆平稳拱，从而提高顶板的整体性， 防止顶板松散冒落； 从巷道纵向看， 锚杆支护形成的锚固平稳拱是掘进迎头空顶上方顶板自稳的基础；因此，使用锚杆支护可以有效地阻挡顶板松散冒欢迎下载精品学习资

4、源落；巷道支护关键是顶板， 只要锚杆能保持顶板的稳固， 护帮并不难； 通过对锚杆支护后围岩稳固性分析讨论， 认为试验巷道采纳锚杆支护是完全必要的； 但是，考虑到顶板为典型的复合顶板， 且中间为煤层， 同时上方为采空区的特别条件， 采纳长锚索或增加锚杆长度的方法是不行行的， 而锚杆桁架系统很好地解决了以上问题； 依据现场的实际考察，认为锚杆桁架系统支护试验是特别必要的， 通过试验讨论以期确定抱负的锚杆联合支护形式和科学的锚杆桁架系统支护参数；欢迎下载精品学习资源3 巷道围岩应力分析与支护设计3.1 顶板岩层安全评判系数莫尔库伦安全系数为了确定巷道顶板锚杆长度， 莫尔库伦安全系数法是确定巷道围岩破

5、坏范畴的常用方法，莫尔库伦安全系数评判公式：SFK3C1式中： K与最大主应力有关的内摩擦角；3 最小主应力；C内摩擦系数；3.2 运算模型与运算参数为了分析描述回风顺槽绕道的受力状态， 如最大主应力、 最小主应力和剪应力等受力指标，构建了 2-D 有限元分析模型；运算巷道宽度： 3.4 m运算巷道高度 ： 2.4 m运算深度 ：巷道埋藏深度按 70m 运算；图 2 为 2-D 有限元分析模型；图 2 有限元运算模型3.3 围岩应力分析最大、最小主应力分布 : 图 3、4 为有限元运算所得巷道围岩应力分布图，图3 为欢迎下载精品学习资源最大主应力分布图，图 4 为最小主应力分布图；图 3 最大

6、主应力分布图图 4 最小主应力分布图莫尔库伦安全系数分布： 基于最大主应力和最小主应力运算结果，运算了莫尔库伦安全系数，图 5 是巷道四周莫尔库伦安全系数分布图；从本图可以看出，直接位于煤层上方的 0.6m 的砂质泥岩安全系数小于 1.0；欢迎下载精品学习资源图 5 巷道四周安全系数分布锚杆长度确定： 从上述安全系数分布结果看， 最小的锚杆长度应当锚固在煤层上方的砂质泥岩中，依据此限制，考虑到肯定的安全系数，顶板锚杆长度挑选为2.2m；3.4 锚杆形式与支护参数锚杆类型与支护结构的确定由于 311 煤层已经采纳房柱式开采采空，留下了煤柱的应力集中区，顶板掌握的关键是：1组合梁：依据组合梁理论，

7、采纳高强度高预应力锚杆，将312 的顶煤、伪顶和煤线及砂质泥岩组成一个完整的组合梁；以提高该组合岩层的自承载才能；2悬吊：由于上部采空区的限制，采纳长锚杆和锚索悬吊在此特别地质条件下 是不行能的； 因此，为悬吊和限制锚杆加固范畴内的组合梁， 采纳锚杆桁架系统是较好的挑选；最终支护方案：锚杆桁架系统高强预应力锚杆；图6 为选定的顶板支护方案；欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源图 6顶板锚杆桁架系统支护方案锚杆安装应力的确定锚杆支护一种主动支护方式，相宜的安装应力是发挥锚杆支护效能的关键；有效欢迎下载精品学习资源的锚杆安装应力应当取得下述支护成效：顶板岩层中无离层发生；顶板岩层中的拉应力区和

8、拉应力值应当尽量小为了设计科学有效的安装应力，本设计进行了有限元分析；图7 所示为安装应力运算有限元模型；此模型中包括2 根垂直锚杆和 1 套桁架系统；垂直锚杆长 2.2m；桁架倾斜锚杆长 2.4m；倾角 45 度；模型运算所选取的锚杆排距为 1.0m；为了获得最正确的安装应力值，通过转变锚杆和桁架系统的安装应力，进行支护设计参数的优化运算；共计运行了 10 个模型，下面是部分运行结果：图 7 安装载荷有限元运算模型(1) 3 吨安装应力图 8 是在 3 吨安装应力下的顶板变形和应力分布；在此安装应力下，无顶板离层发生；在巷道上方约的范畴内存在一个拉应力区； 所以此安装应力不能保证形成抱负的组

9、合梁， 为了提高组合梁的承载成效， 减小拉应力区范畴， 锚杆安装应力需要进一步提高；欢迎下载精品学习资源图 8 围岩应力分布与围岩变形运算结果 3 吨安装应力(2) 4 吨安装应力图 9 是在 4 吨安装应力下的顶板变形和应力分布；在此应力下，无顶板离层发生；拉应力区基本排除，组合梁成效基本到达；因此，锚杆安装应力选定为4 吨以上；欢迎下载精品学习资源图 9 围岩应力分布与围岩变形 4 吨安装应力锚杆直径的确定依据锚杆安装应力运算结果，锚杆的安装应力不应大于锚杆抗拉强度的50%；因此锚杆的最小承载才能应为 12 吨；(1) 静载荷运算：所选定的顶板支护系统至少应当满意顶板垂直静载荷的需要； 经

10、运算最小静载荷为 6 吨，考虑 1.5 的安全系数，锚杆的最小承载才能为9 吨；(2) 要求锚杆安装应力不小于锚杆抗拉强度的50%，所以锚杆的最小抗拉强度应当 12 吨；依据上述运算结果，垂直锚杆直径选用18mm，倾斜锚杆直径选用20mm；设计中所选用的高强度阻尼螺纹钢锚杆的力学性能为：欢迎下载精品学习资源18mm 屈服强度大于 13 吨，抗拉强度大于 16 吨；20mm 屈服强度大于 16 吨，抗拉强度大于 20 吨；结论基于石圪台煤矿现有的地质采矿条件，通过顶板掌握分析和有限元模型运算，有限 元模型运算进行了围岩应力分析、 安装应力确定和支护方案的挑选， 通过上述综合分析与运算，得出如下结

11、论：（1） 锚杆长度：顶板垂直锚杆采纳长度为2.2 米的高强度阻尼螺纹钢锚杆，倾斜锚杆长度为 2.4 米；安装载荷： 安装载荷对顶板的综合承载才能起着重要的作用，经过多个模型的优化运算，确定安装载荷应不小于 4 吨；（2） 桁架系统：为了确保 3 1 2 煤层及顶板的稳固性，选用锚杆桁架系统；（3） 锚杆直径：顶板锚杆直径为18mm,倾斜锚杆直径为20mm；（4） 间排距：模型运算中排距是按 1.0m 运算的，并考虑了必要的安全系数；在产品试用期建议排距为0.9m最终的支护设计方案如图 6 所示；欢迎下载精品学习资源3.6 材料消耗表图 10锚杆桁架系统结构示意图表 1每米巷道材料消耗表欢迎下

12、载精品学习资源编名称规格配置单数单价备注欢迎下载精品学习资源号位量 元1高 强扭 矩阻尼螺母、“三明治”用于倾应力锚杆20 2400 mm垫圈、高强 150 150套斜锚杆28mm托盘高 强扭 矩阻尼螺母、平垫圈、高用于垂应力锚杆182200 mm强 150150 8mm托盘套直锚杆3桁架托盘150 250mm个4桁架角个5U 型卡个6球形垫圈个7水平锚索15.242400mm等级： 1860条8锚索索具套9树脂K2335支合计每米巷道支护费用为元此外，为协作锚杆和桁架系统的安装， 应备有锚杆搅拌器、 T 型扳手、扭矩放大器、锚索张拉器等施工机具；欢迎下载精品学习资源4 井下工业性试验及矿压观

13、测4.1 试验巷道概况本次试验施工巷道为 3 1 2 煤层的 131201 工作面回风顺槽绕道；巷道顶板从下往上依次为 1m 的 3 1 2 煤层、 0.3m 的伪顶、 0.1m 的煤线、 3.6m 的砂质泥岩、 3 11 煤层房柱式开采采空区，巷道底板为砂质泥岩；巷道埋藏深度大致为60m，巷道为矩形；试验巷道锚杆桁架系统的排距定为m；4.2 锚杆施工工艺为了充分发挥每根锚杆的作用，正确的安装锚杆对于有效地掌握顶板，削减锚 杆用量， 提高掘进速度都是至关重要的， 因此必需重视锚杆的安装； 合格的锚杆安装后应具有足够的安装载荷， 最大的拉拔力以及合理的锚杆外露长度； 为此依据安装质量要求编写了锚

14、杆的安装说明书；锚杆安装过程如下：1钻孔钻孔直径 ： 依据设计支护需要的锚杆的实际情形而定；一般钻孔直径为 28mm；钻孔深度 ： 钻孔深度需大于锚杆有效长度 3050mm；锚杆的有效长度是指从安装锚杆托盘的内侧外表到锚杆的端部的距离； 一般的讲， 钻孔深度与安装锚杆的长度一样即可；钻孔角度： 依据设计要求的角度进行施工；钎杆标记 ：为了精确钻孔深度， 需在钎杆上做钻孔深度标记， 用卷尺从钻头开头向下做一与锚杆长度一样的标记；钻孔施工： 用锚杆钻机按钻孔深度和角度要求严格施工；钻孔冲洗： 钻孔施工至孔底后，上下移动钻杆，对钻孔进行冲洗；2扭矩应力锚杆安装锚杆组装： 将锚杆减阻垫圈和锚杆托盘按先

15、后次序穿入锚杆； 对于桁架系统的倾斜锚杆需要先穿球形垫圈，再穿桁架角、最终穿桁架托盘；欢迎下载精品学习资源装 树 脂：将树脂用锚杆推入钻孔， 推入树脂时要用力匀称， 尽可能不要把树脂穿破；钻机推树脂 ：然后将锚杆接入钻机， 用钻机将锚固剂推至钻孔深处， 直到顶不动为止；搅拌锚固剂 ：启动钻机旋转搅拌锚固剂，同时钻机推力也要调至最大，搅拌时间依据锚固剂的型号而定，一般的快速锚固剂搅拌1020 秒即可；托盘与顶板间隙 ：锚固剂搅拌终止时，要确保锚杆托盘与顶板之间有1015mm的间隙；打开阻尼 ： 搅拌锚固剂后，需停顿 40 60 秒适用快速树脂锚固剂，启动锚杆钻机钻机只旋转不推动打开螺母阻尼，并用

16、锚机将螺母拧紧；提高安装应力： 钻机拧紧螺母后卸下钻机， 再用手动扳手或者扭矩放大器， 给锚杆施加符合设计要求的安装扭矩或安装应力；锚杆安装可以总结为： 一推推树脂入孔到规定位置 ，二转旋转搅拌树脂，三等等树脂充分凝固 ， 四紧紧固螺母 在安装过程中要严格按安装步骤；否就会显现“长尾锚杆”或打不开阻尼现象；这会大大影响锚杆支护成效甚至失效；4.3 锚杆桁架系统施工工艺锚杆桁架系统安装说明欢迎下载精品学习资源锚杆桁架系统示意图1倾斜锚杆与垂直锚杆的安装步骤同上；2水平锚索安装将 U型卡一端挂在桁架角上， 再将钢绞线的一端穿入 U型卡中的锚索索具内； 以相同的方式安装另一端的 U型卡和锚索；水平钢

17、绞线长度必需大于两端 U型卡内的两索具直线距离 200mm，确保两端的锚索外露 150mm；锚索穿入 U型卡中的索具后，用锚索张拉器拉紧锚索，并到达所需的八吨张拉力；在底板组装方法：将两个 U型卡分别放置在巷道底板上，将钢绞线穿入安装在 U 型卡上索具中， 然后在将 U型卡挂在桁架角上， 用锚索张拉器张紧锚索， 并到达所需的张拉力；3中间锚杆安装假如有顶板钢带， 中间锚杆的安装需要跟两端的倾斜锚杆配套安装，然后再安装水平锚索；4留意事项 确保两端的锚索索具位于 U型卡的中间； 水平锚索必需到达设计的张拉力； 锚杆安装时必需用扭矩扳手将锚杆螺母拧紧至所要求的扭矩； 在张拉锚索时，手或手指不能靠近

18、锚索张拉器的伸缩头附加；4.4 特别条件下加强支护措施巷道施工过程中，局部地区受地质构造影响，煤体松软，顶板下沉量较大，或在巷道的交岔点部分， 依据顶板情形， 应适当补打锚索或架棚进行加强支护， 保证施工安全；欢迎下载精品学习资源4.5 矿压观测结果与分析为全面检查 131201 采煤工作面回风顺槽绕道锚杆桁架系统支护的支护工作状态，监控巷道所受到的采动影响，把握围岩的变形规律，以确定巷道的稳固程度， 以便准时实行措施；通过监测来验证设计的正确性，检验支护质量，同时为修改设 计供应科学依据； 本次监测的主要内容包括：岩体外表位移监测、顶板离层监测、锚杆受力监测及锚杆锚固力检测四个方面；4.5.

19、1 岩体外表位移监测1断面位置及间距断面位置为以采纳锚杆桁架系统支护点为分界线向掘进方向布置，每隔 30m布置一个观测断面为监测断层邻近或特别围岩条件的巷道变形，断面间距可以适当扩大和缩小；2测点布置方式及施工要求锚杆桁架系统支护的测试断面测点布置图如以下图所示；A 测点顶板C测点ED测点煤壁煤壁底板B测点测点布置图施工技术要求：要保证 A、B 测点的连线与底板垂直， C、D的连线与底板平行；为精确定位测点位置，需在各测点所在位置的煤岩体内打一个深，直径为29mm 的钻孔，然后在钻孔中心放置一段长，直径为20mm的螺纹钢，并用快硬水泥把钢筋固 定在钻孔内，钢筋要露出顶板 20mm；欢迎下载精品

20、学习资源测点布置后，应留意爱护断面，防止测点被破坏；3测试时间支配及测试要求测试断面布置的当天进行第一次测量，以后依据测试断面距采煤工作面的距离而定；当测试断面距采煤工作面010m范畴内，每天观测 1 次； 1120m范畴内，两天观测 1 次； 2150m范畴内， 3 天观测 1 次；测试内容为 A 与 B、C与 D、A 与 E及 B与 E之间的距离，各测点的位置以外露钢筋的顶端平面为基准，测量要仔细，读数要精确，并做好记录各测试断面的记录表见附表；本测试采纳的测量仪器为测杆；在测试过程中发觉反常情形时，应准时向带队人员反映，并通知有关技术治理人员，等问题解决后再进行作业；4.5.2 顶板离层

21、监测窥视仪为检验锚杆桁架系统支护的支护成效， 监测在不同支护方式下的顶板离层情形， 采纳钻孔窥视仪进行观测，其可以直接观看8m深钻孔的岩层结构、层理、各类弱面和离 层情形；在巷道中线邻近，沿与顶板垂直的方向打一个直径为28mm，长度为 8m的钻孔；钻孔打完后要用清水冲洗 20 秒，钻孔要平直， 以利于观测， 钻孔打完后 30 分钟内进行观测；以后依据详细情形，对其进行观测，特别要观测受采动影响的情形下，顶板的离层 情形；4.5.3 锚杆受力监测为把握锚杆预应力的大小， 判定施工质量， 进一步依据锚杆的工作状态判定其参数是否合理，锚杆是否发生断裂、屈服等，需进行锚杆受力测试；本测试采纳托板压力盒 进行；使用时，第一将压力盒套在锚杆托盘和外锚杆头的螺母之间，然后紧固螺母，对 锚杆施加预应力，记录下压力盒指示的初始值，此后，每3 天量测一次，在采煤工作面推动至距顶板压力盒位置 20m的范畴内后，每天量测一次；4.5.4 锚杆锚固力检测考虑到巷道顶板线至上方采空区的距离为m的特别条件，必需对锚杆的锚固力进行重点检测； 只有锚固力能到达设计要求的条件下， 才可以采纳锚杆桁架系统支护， 锚杆的预应力才可以实现；为此，在施工前和施工过程中需进行锚杆拉拔试验；欢迎下载