复杂地质条件下“一梁三索”联合支护参数研究

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1、复杂地质条件下“一梁三索”联合支护参数研究 摘 要通过对益新煤矿复杂地质条件下，巷道围岩松软，对“一梁三索”联合支护进行了分析论证，提出了新的支护方案，并且通过现场实测，对巷道围岩的变形量进行了连续监测。采用“一梁三索” 联合支护方案后，巷道围岩变形量明显减小。起到了较好的支护效果。并且该技术可能在软岩及煤巷支护上产生较大反响。 关键词巷道支护 锚喷 砌碹 锚网索梁 支护参数 原理分析 中图分类号：Y956 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）19-0389-01 益新煤矿井地质条件非常复杂，全区经地质勘探及生产实践证实，井田共有断层203条，其中落差大于20m的断层106

2、条，落差大于50m的断层58条，其中走向正断层F13贯穿整个益新井田，断层走向NE020倾向E，倾角1560，落差90560m。设计在三水平零石门区掘轨道下山并四水平北一石门贯通，该轨道下山需穿过F13破碎带。本文结合该区地质特征，全面考察围岩变形特点，对该矿锚网喷联合支护参数进行优化，并推广新的支护方案在全矿进行工业性试验。 一、巷道概况 本区位于三水平零石门轨道下山，地质条件较为复杂，由南往北段受F78、F94、F106、F108四条较大断层切割，并且F13各断层在9层煤层底板通过。岩层受较大的破坏，煤层赋存状态十分复杂，断层赋存状态基本是斜交断层并被F13截断，本区开拓的煤层群均为F13

3、断层上盘煤层组。在开拓过程中巷道岩石顶部为上部富力岩段。含煤层主要以灰白色中粗砂岩，夹暗灰色粉砂岩，泥质炭质岩和煤线。 二、矿井支护现状评价 益新煤矿随着矿井开采深度及开采强度的加大，原有的支护方式已经不能适应当前复杂的地质条件。锚网喷的支护方式不能有效的发挥作用，围岩变形更加显著，一旦受到外部因素的扰动，巷道内部容易形成应力集中。造成巷道围岩破碎，顶板及底板的位移量明显加大，两帮变形加大，顶板岩层出现离层的现象更加明显。尤其是断层破碎带附近以及部分穿过软岩的巷道顶底板变形量积聚增加（三水平零石门轨道下山施工通路最大顶板位移量达到150mm/d）。严重影响矿井的安全生产。 三、“一梁三索” 联

4、合支护的设计优化 采用“一梁三索”联合支护方式时，锚杆主要通过提供径向约束和切向约束来控制两帮及顶板岩层产生的围岩。三根锚索同时托起一根梁，由于梁的存在，使得顶板形成一个稳定的拱形结构，并且通过锚索将拱所受到的应力均匀的分布到上部岩层，减小了围岩对巷道顶板的应力，起到了一个稳定的作用。 1、锚索间排距计算 根据益新煤矿实际生产经验，锚索间距为1000mm，排距选择为1600mm，即一排全部锚杆支护，一排锚索支护，支护形式为“3030”（3为锚索个数）的形式。这样即起到了较好的支护作用，又减少了打设锚索的个数。具有一定的经济意义。 2、锚索锚固长度计算 为使锚索更好的锚固在围岩上，锚索锚固长度选

5、择为2000mm。 3、钢筋网选型 根据以往的生产经验，钢筋网采用1000mm1200mm钢筋网，其中网眼规格为75mm75mm，钢筋直径为4mm。 4、梁的选型计算 “梁”采用U29型矿用热轧U型钢，该型钢的具体尺寸参数参照GB4697-91。将该型钢制作成与巷道顶板弧度相同的拱形，型钢长度为4200mm。自拱中心向两侧间隔1420mm留设一个孔，孔尺寸为50mm150mm，用于安设锚索托板。 四、联合支护作用原理 1、悬吊与组合拱联合原理 锚杆的挤压与锚固作用，增强了围岩的整体性，再加上顶梁的设置，使得巷道围岩形成一个稳定的拱形结构，形成拱形承载区，该拱形结构具有一定的支撑强度，锚索将顶梁

6、受到的力均匀的分部到上部岩层中，减少了巷道顶板的压力。锚索的锚固力传递到顶梁上，使得顶梁受到来自上部岩层的拉力。顶梁上部2.0m左右的拱形结构受到的应力被传递到悬吊承载区。极大地缓解了应力集中，提高了支护效果。 2、柔性支护原理 锚索具有相当强度的抗拉性能，当顶梁受到的应力过大时，锚索产生了极小的形变，使得巷道围岩的应力得以释放。避免了应力集中。U29型钢受到锚索托板提供的法向的拉力以及围岩的挤压，当应力过大时，U29型钢会产生形变，在不影响巷道正常使用的情况下使得围岩的应力得到释放。减少了对支护的破坏。 3、联合支护原理 三根锚索同时固定在一根梁上，使得每根锚索的受到的拉力可以通过梁分部到其

7、他两根锚索上，减少了单根锚索受到的拉力，在正常生产过程中，即使个别锚索由于各种原因造成失效，由于梁和其他锚索的存在，具有较大的承载压力的能力，整体支护并没有失效，依然具有足够强度的支撑能力。维持了巷道的稳定与应力平衡。 五、支护顺序 （1）对施工巷道进行正常的光面爆破。 （2）爆破之后及时对巷道进行临时支护，喷射3050mm厚的混凝土，利用初喷的混凝土将爆破时留下的弱面及裂隙进行封闭。减少风化时间。 （3）按照设计铺设钢筋网、打设锚杆、安装托盘。 （4）打设锚索，吊挂U29钢梁，安装锚杆托板。 （5）对巷道进行复喷混凝土，混凝土厚度为150mm。混凝土覆盖钢筋网以及锚杆托盘。 六、支护效果检验

8、 为了更好的检验支护效果，在该工作面进行了顶底板及两帮的唯一监测，在整个监测周期内，顶底板及两帮的位移量均较小。 七、结论 在深部开采条件下的开拓巷道支护，不仅要发展高强度的锚杆支护技术，而且要要将锚杆、锚索以及刚性支护有机的联合起来。极大限度的发挥联合支护的作用。“一梁三索” 联合支护的成功应用为深部开拓巷道的支护提供了新的方法方式。相信 “一梁三索” 联合支护技术在不久的将来，不仅会在开拓巷道的支护上发挥作用，在软岩、煤巷支护上也会有较好的效果。 参考文献 1 王旭红，王玉怀，复杂条件下回采巷道锚网索支护参数优化研究 J， 煤炭科技，2010； 2 郭金明，复杂地质条件下锚网索支护技术的应用J，煤炭工程，2008； 3 王继良，矿井支护技术手册M，江苏科学技术出版社，1991； 4 薛顺勋，等.软岩巷道支护技术指南 M，煤炭工业出版社，2001； 5 张荣立，等.采矿设计手册M，煤炭工业出版社，2003； 6 袁和生，煤矿巷道锚杆支护技术M，北京：煤炭工业出版社，1997； 7 何满潮，软岩工程力学J，科学出版社，2002. 作者简介 任德明（1981-），男，山东平阴人，毕业于黑龙江科技学院，本科学历，学士，助理工程师，现任龙煤鹤岗矿业公司益新煤矿设计科主任工程师，主要从事煤矿设计和基本建设工作。第 6 页 共 6 页