玻璃钢锚杆支护设计.doc

1、苏村 6#煤层综采工作面两巷支护优化设计0 前言由于锚杆支护具有安全可靠，经济、快速等优点，因此在我国煤矿巷道中迅速得到推广应用。为了实现高产高效，我司成立后一直在各矿推广采用金属锚杆支护的形式，现被各矿普遍接受，施工工艺和安全效果较好。我司各矿下步陆续都将要实行机械化采煤，在实践中由于金属锚杆在采面巷道使用不能被采煤机直接截割，易缠绕在采煤机滚筒上，不易清除，不仅易损坏采煤机的截齿，降低装煤效率，而且极易产生火花，如有瓦斯积聚或局部异常涌出的情况容易引起瓦斯爆炸，威胁井下安全。因此，需采取爆破方式超前拆除煤璧和采帮侧的金属锚杆，这样不但增加了生产工序，浪费人力、物力，影响生产，而且爆破拆除本

2、身就存在着严重的不安全隐患。科研单位一直此方面进行研究，相关成果已广泛推广和应用。为此，公司确定对中阳苏村矿 5、6 煤工作面两巷帮部及工作面切眼的支护设计进行优化，采取可截割玻璃钢锚杆在该巷道进行支护试验。待取得一定经验和参数后，在全公司相应矿井的采煤工作面巷道进行推广和应用，消除隐患、简化生产工序，提高工作效率。1、玻璃钢锚杆简介针对煤矿井下作业的特点，开发高强轻质、采煤机械能直接切割的非金属锚杆，是国内外有关部门十分重视的项目。其中高强度玻璃纤维增强塑料锚杆是主要的研究方向。高强度玻璃纤维增强塑料锚杆，是以不饱和树脂为基本材料，以玻璃纤维为增强材料复合而成，合成树脂良好的化学性能和玻璃纤

3、维高度的特点，决定了玻璃钢这种复合材料具有其他材料无法比拟的性能优势。1.1 玻璃钢锚杆在煤矿井下支护中使用，有以下几个突出的优点：（1）玻璃钢锚杆轻质高强：玻璃钢的相对质量只有铁锚杆的 1/4，而强度却能接近钢材的水平，玻璃钢锚杆的支护强度接近钢锚杆的支护强度，而其重量只有同规格钢锚杆的 1/5 左右。（2）玻璃钢锚杆易切割，不会产生火花，玻璃钢是非金属材料，易切割，且不会产生火花，特别适合于“综采”作业。既保证了井下作业的安全，又解决了矿井锚固支护作用，可大幅度提高煤炭开采效率，可大大减少割煤机截齿的损坏，降低了生产成本。此外，玻璃钢锚杆切割后随煤一起输送进仓，避免了废钢锚杆对设备的损坏。

4、1.2 全螺纹玻璃钢锚杆在矿井应用实例玻璃钢锚杆在全国各矿务集团得到了推广应用，如山东鲁泰煤业有限公司太平煤矿、河南平煤集团公司十三矿、山东兖矿集团北宿煤矿、黑龙江鹤岗矿业集团南山煤矿、神东煤炭公司保德煤矿、山西西山晋兴能源有限责任公司斜沟煤矿（兴县）等，其中河南平煤集团公司十三矿自 2005 年 1 月开始投入使用，煤层厚度 4m.煤质松软 f=0.3 左右，倾角 24，现场观测巷道变形值，两帮变形平均在 120mm，顶板下沉小于等于 150mm,锚固力满足要求。另外山东鲁泰煤业有限公司太平煤矿2008 年 6 月开始试用，2008 年 11 月全部推广，煤层为中硬，经实测两帮最大移近量为

5、54mm、37mm，底鼓量 39mm，顶下沉 28mm，巷道变形完全满足要求。综上所述，玻璃钢锚杆在回采巷道的帮部支护，能满足要求，是可行的，值得推广。2、预实验巷道煤层地质情况2.1 煤层及煤层顶底板苏村煤矿 6 号煤层位于太原组顶部，L5 灰岩多为其直接顶板，下距 K2 灰岩 36m。井田内该煤层厚度 1.201.95m，平均 1.58m，一般含有 12 层夹矸，夹矸厚度 0.130.30m，煤层倾角 725，煤层硬度中等，一般 f=23。煤层伪顶为泥岩或粉砂岩，为一类岩石；直接顶为 L5 石灰岩，为四类岩石；底板多为砂质泥岩细砂岩，岩性较致密坚硬。为二类岩石。2.2岩石物理力学性质矿井在

6、2010年，山西省煤炭地质一队在苏村煤业有限公司西北方向约5.5公里处的中阳付家焉煤业有限公司煤矿施工的部分钻孔中，采集有代表性的岩石力学试验样，兹将其岩石力学物理实验结果如下：岩石力学实验结果表取样钻孔号 取样层位 岩石名称 抗压强度 （Mpa） 抗拉强度 （Mpa） 抗剪（凝聚力导数）5035046号煤顶板 泥岩 3.25035046号煤底板泥岩砂质泥岩 3.8从上结果可以看出，井田内批采6煤层顶底板主要为泥岩，单向抗压强度不高，易碎，易垮，较难管理，建议矿方高度重视。3、试验方案3.1 巷道支护参数设计根据巷道的地质条件，采用组合梁理论和工程类比法确定回采巷道锚网梁支护参数（详见支护设计

7、断面图） 。类 别 锚固长度 /m 长度 /m 直径 /mm 间距 /mm 排距 /mm 锚孔直径 /mm顶锚杆 1.0 2.2 20 800 800 28帮锚杆 1.0 2.0 20 800 800 28锚 索 2.0 6.3 15.24 1500 3000 28工作面两道巷均为不规则梯形断面，规格为巷宽 4200mm,巷高为2400mm，顶板采用螺纹钢锚杆与 W 型钢带配锚索联合支护，巷道两帮侧改可切割的截割的全螺纹式玻锚杆支护。3.1.1 玻璃钢锚杆参数木次试验的全螺纹式玻璃钢锚杆规格为:直径为 20mm、长 2000mm，其锚固深度 2000 mm,3.1.2 支护形式及支护参数两巷顶

8、板使用直径为 20mm、长 2200mm 的左旋螺纹钢锚杆与钢筋梯子梁配锚索支护。锚杆为矩形布置锚杆间排距为 900800mm，每孔注人 23 支型树脂锚杆锚固剂，加长锚固，扭矩不低于 150N.m；金属梯子梁采用 12mm 圆钢焊接而成；帮锚杆间排距为 900 800mm，使用直径为 20mm、长 2000mm 的全螺纹式玻璃钢锚杆，每孔配 12 卷端头锚固，扭矩不小于 40N.m,锚固力不低于 70kn。顶板两肩窝锚杆与水平方向成 75 角布置,帮最上下一排分别与水平方向成 15 角布置；顶部铺金属菱形网，帮部采用高纤维塑料经纬网；锚索采用 15.24mm，7 股钢绞线，长度 L=6.3m

9、，单排布置，排距 2400mm;用 3 支药卷端头锚固,锚固力不小于 240kn。3.2 巷道在过断层、破碎带时的支护巷道在过断层、破碎带及其它不宜使用锚网支护的地点，改用定型支架支护（11 号工字钢加工而成） ，棚距 800。帮顶各用水泥背板接实，不准空邦、空顶、空肩，顶空部分必须用大料接实，不准填碎煤矸，棚子要扶正且垂直于顶底板，不准立肩、吊斜、扒肩，棚子要架设牢固。3.3 三、四角门支护考虑到开门后顶板悬露面积较大，三四角门处补打 2 根锚索加强支护。3.4 巷道超宽、超高时的支护巷道超高 300时，在超高处补打锚杆，数量根据现场情况而定；巷道超宽 300时，在顶板超宽处补打锚杆，数量根

10、据现场情况而定；当巷道顶部因围岩性质差而出现较大范围的围岩冒落时，锚杆应按冒落线轮廓施工。3.5 临时支护锚网巷道使用吊环支护，架棚巷道采用前探梁支护，要求：必须紧跟迎头，严禁空顶作业；必须接实、瞒严，带有初撑力。 4、锚杆、锚索施工方法锚杆支护是一个隐蔽工程，一旦施工质量存在问题，及易造成冒顶事故的发生，为此，现场施工成为锚杆支护的关键环节，要求从事锚杆支护的技术人员和操作人员对锚杆支护的施工工艺必须了解、熟悉和掌握。4.1、树脂锚杆结构特点树脂锚杆由杆体、锚固剂、托盘和螺母组成。树脂锚杆操作简单，安装方便，具有锚固速度快、强度大、锚固方式易改变、质量易控制、安全可靠等优点。4.2 树脂锚杆

11、的安装工艺4.2.1 树脂锚固剂的储存和使用应遵守规定1）树脂锚固剂应在 4-25的避光防火仓库中储存。2）锚杆安装前应检查树脂锚固剂的性状。严禁使用过期、硬结、破裂等变质失效的锚固剂。3）井下运输、存放树脂锚固剂应注意避免受压、受折、受热、已破损或废弃的树脂锚固剂要挖坑掩埋或采用其他方式妥善处理，严禁混入掘进出煤系统。4）搅拌树脂锚固剂时，必须严格按以下标准掌握搅拌时间和等待时间：建议使用快速、中速两种树脂锚固剂，先装快速，后装中速，树脂锚固剂用锚杆送至孔底后边搅拌边推进，搅拌 2030 秒停转，等待 2分钟后再落下钻机。5)安装树脂锚固剂时，必须严格按设计要求的顺序和数量在锚杆孔中放置锚固

12、剂。4.3 安装树脂锚杆应遵守的规定1）宜采用快速安装工艺，即搅拌树脂药卷、上托板、拧螺母一次完成。2）宜用锚杆钻机作为安装机具。3）安装扭矩应控制 3040N.m 为宜,以防扭坏杆体。4）锚杆尾端的托板应紧贴托梁或壁面，未接触部位必须契紧垫实。5）螺母距锚杆杆体尾端不大于 50mm.锚杆间排距不得超过设计值50mm。4.4 煤巷树脂锚杆的安装步骤4.4.1 打钻孔用煤电钻配与锚杆相配套的麻花钻杆和双翼煤钻头打钻孔，孔深控制规定范围之内。锚杆眼的角度和孔深。锚杆布置方向应尽量与巷道轮廓线（或岩层主要层理面）垂直，其夹角不小于 75，煤巷顶板靠两帮的锚杆，与顶板法线夹角呈 1525。锚杆眼深度必

13、须与锚杆长度相匹配，眼深误差 0+30mm，并在作业规程中予以规定。4.4.2 装药卷安装前所有锚杆眼都要用压风扫孔，清除积水、岩渣。检查锚杆孔的质量（深度与角度） 、锚杆构件是否齐全以及待装药卷是否硬化、过期或损坏等（对已硬化、过期或损坏的药卷严禁使用） ，并按设计要求将树脂药卷的型号及数量依次装入孔内。锚杆眼孔径应与锚杆直经、树脂药卷直径合理匹配。锚固剂的环形壁厚应控制在 410mm。孔径允许时，应尽量选用大直径树脂卷。4.4.3 插入锚杆杆体锚杆杆体套上托板及带上螺母，杆尾通过连接套与锚杆机头连接，杆端插入已装好树脂药卷的岩孔内，升起锚杆机并利用锚杆杆体将孔口处的药卷推送至孔内，使药卷接

14、触到煤孔孔底为止，然后开始转动锚杆机搅拌药卷。树脂锚固剂凝固 1 小时后，方可进行张拉预紧上托盘工作，预紧力一般 18 不大于 60KN、20 不大于 70KN、22 不大于 80KN。4.4.5 安装托盘及螺母 必须使用锚杆钻机或其它专用锚杆安装机具，使树脂锚固剂充分搅拌混合。并使用快速安装工艺，即搅拌树脂锚固剂、上托盘、拧紧螺母一次完成。严禁用锤击或风锤搅拌的方法安装锚杆。煤巷帮锚杆的安装扭矩应控制 3040N.m 为宜,以防扭坏杆体，锚固力不大于 60 kN。锚杆安装后，应使托盘紧贴煤壁。必须采用风动扳手或力矩扳手拧紧螺母，及时对所有锚杆进行二次紧固，确保锚杆螺母拧紧力矩达到设计要求。4

15、、5 锚索安装工艺1） 、采用普通单体液压锚杆钻机，配中空六方接长式钻杆和 27双翼钻头湿式打眼，为保证眼深精确可在起始钻杆上用白色或红色油漆标出终孔位置；2） 、安装树脂药卷前应检查其质量，并注意快凝药卷上，缓凝药卷在下；3） 、用棉丝将锚索锚固段的水、煤屑等干净，用塑料封箱胶带将树脂药卷与锚索粘结定位；4） 、锚索下端装上专用搅拌驱动器，2 人配合用锚索顶住锚固急缓送入钻孔（注意：不要反复抽拉锚索）确保锚固剂全部送到孔底；5） 、将专用搅拌驱动器尾部六方插入锚杆机；6） 、一人扶机头，一人操作锚杆机，边推进边搅拌，前半程用慢速旋转，后半程用快速旋转，搅拌时间控制在 2030s；7）停止搅拌

16、，但继续保持锚杆机的推力约 3 分钟，然后可缩下锚杆机并移开打下一个锚索孔；8） 、10min 后先卸下用搅拌驱动器，装上托梁、托盘、锚具，并将其托到紧贴顶板的位置；9） 、2 人一起将张拉千斤顶套在锚索上并用手托住；10） 、开泵进行张拉，并注意观察压力表读数，达到设计预紧力千斤顶行程结束时，迅速回程；11） 、卸下张拉千斤顶（注意用手接住避免坠落） ；12） 、用液压切割器载下锚索的外露部分（可将一个班成或几个班安装色锚索集中一次切割） 。4.5.1、技术要求锚索应靠近工作面与锚杆同时安装：1） 、锚索孔深误差控制在30mm;2） 、锚索外露长度控制在 30020mm；3） 、锚索搅拌树脂

17、药卷过程中不能停顿要一次完成，绝对不能反复搅拌，否则已开始聚合反应的树脂分子链会遭到破坏，导致锚固失败；4） 、搅拌树脂药卷后 1015min 张拉锚索，张拉预紧力控制在50100KN；5） 、锚索安装 48 小时后如发现预紧力下降，必须及时补拉；6） 、锚索锚固力应不低于 200KN；7） 、张拉时发现锚固不合格的锚索，必须立即在其附近补打合格锚索，或者用张拉器将不合格的锚索拔出，然后用钻机将原来的钻孔清洗一遍重新安装锚索；4.5.2 锚索施工安全技术措施1） 、打锚索孔时，接长式钻杆连接处强度较低，在接头位置进入孔内之前要控制锚杆推力，以避免钻杆折断伤人；2） 、松开盘住的锚索时，要注意其张性较大，防止突然张开伤人；3） 、锚索要随打随安装，但可把当班安装的锚索集中一次进行张拉；