CN103233748A - 超大跨度切眼刷扩成巷和锚网索柱组合支护设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超大跨度切眼刷扩成巷和锚网索柱组合支护设计方法，其特征是首先按切眼导硐的形状进行小断面开挖，随即用高强度锚杆、菱形金属网和钢带对切眼顶板、老塘帮和扩面帮围岩进行支护，在切眼导硐顶板上设置顶板预应力锚索，每排锚索配一相应锚索梁，并在导硐中央附近施工一排挑棚；在切眼导硐完成的基础上进行二次刷扩，扩面后顶板锚杆、锚索采用与扩面前错排布置的方法，并增加锚杆、锚索、挑棚的数量进行加强支护。本发明锚梁网索柱组合支护方法在超大跨度切眼刷扩成巷时能有效地控制切眼围岩的变形，取得了良好的安全和经济效果，保证后续综采设备的顺利安装。
Description
技术领域
本发明涉及一种跨度为8～10m的切眼刷扩成巷和锚网索柱组合支护设计方法，更具体地说是一种适用于超大断面分段掘进难支护、围岩变形大的锚梁网索柱的联合支护方法。
背景技术
随着煤炭开采机械化程度的提高，为适应大型综采设备的安装要求，很多综采工作面切眼宽度设计都在8m～10m。针对超大跨度切眼施工，使用二次掘进成巷可以有效地控制围岩变形，成巷质量高，保证施工安全，因此相对于一次成巷，目前普遍使用围岩变形量较小的二次成巷方法。
综采工作面切眼的主要支护形式为架棚支护，架棚支护巷道施工空间小，造成支架安装施工困难，同时架棚支护属于被动支护，不能有效提高围岩整理承载强度，其支护方式不仅支护成本高、工人劳动强度大，而且严重威胁矿井安全正常生产，制约着矿井的安全高效生产的发展。相对于被动支护，属主动支护的锚杆支护可充分利用围岩的自承能力将载荷体变为承载体，对围岩能保持有较高的支护阻力进行支护。但是针对超大跨度切眼围岩结构特征、围岩复杂地质条件、以及二次刷扩带来的应力集中等现象，采用隐蔽性较强的常规锚杆支护，会使得巷道围岩变形特别严重，尤其是二次刷扩时易产生较大的安全隐患，难以适应控制巷道围岩稳定性的要求，也达不到超大跨度切眼安全施工的要求。
发明内容
本发明提供一种适用于超大跨度切眼刷扩成巷和锚网索柱组合支护设计方法，以期有效地解决围岩变形量大、动压系数不稳定、刷扩应力集中特征显著以及设备安装难的问题。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
本发明超大跨度切眼刷扩成巷和锚网索柱组合支护设计方法是按如下步骤进行：
a、按切眼导硐的形状开挖，随即用高强度锚杆、菱形金属网和钢带对切眼顶板、老塘帮和扩面帮围岩进行支护，在切眼导硐顶板上，位于顶板中央和两侧间隔设置顶板预应力锚索，每排锚索配一相应锚索梁。
b、在切眼导硐中央附近沿切眼方向施工一排挑棚被动支护
c、切眼导硐完成后进行二次刷扩，二次扩面顶板的锚杆、锚索采用错排布置，根据扩面的宽度增加顶板锚杆、顶板锚索以及单体挑棚的数量进行加强支护。
本发明超大跨度切眼刷扩成巷和锚网索柱组合支护设计方法的特点也在于：
所述挑棚为为工字钢棚或为单体支柱。
所述高强度锚杆的极限强度不小于570MPa，延伸率不小于18%，预紧力矩不低于180N.m。
所述顶板预应力锚索的极限破断力不小于607kN，延伸率7%左右，预紧力为200～250N.m。
所述切眼导硐中，顶板、老塘帮和扩面帮围岩中的高强度锚杆间距为600～800mm、排距为800mm；顶板预应力锚索的间距为1000～1500mm，排距为800mm；施工进够导硐设计宽度一半的时候即施工一排挑棚；位于顶板中央的高强度锚杆和预应力锚索的安装方向是垂直于顶板岩层；位于所述导硐顶板两侧位置高强度锚杆的安装方向与竖直方向所成的角度以及老塘帮和扩面帮的上部和底脚位置上的仰角和俯角角度都与煤层平均倾角相符。
所述切眼二次扩面中，扩面顶板的锚杆、锚索采用的错排布置与导硐顶板的锚杆、锚索原布置方法相对应；根据扩面的宽度相应增加顶板锚杆、顶板锚索以及单体挑棚的数量，扩面过程中每进够1500mm，施工一排挑棚；位于顶板中央和偏向老塘帮一侧的高强度的安装方向是垂直于顶板岩层；处在偏向扩面帮一侧的高强度锚杆朝向扩面帮一侧倾斜，倾斜的角度是与竖直方向呈10°～30°；
目前，随着煤炭开采强度加大和长壁开采大型支护设备的发展，对工作面切眼断面尺寸要求很大，给切眼掘进和支护带来了很大难题的同时，也促进了大断面煤巷锚杆支护技术的发展。相比快速经济的一次成巷工艺，在复合破碎顶板条件下对围岩破坏程度较小、成巷质量较好的二次刷扩方式将更为有效。而如何分布实施超大跨度围岩控制的锚网索支护技术，是此类巷道围岩控制的重点和难点。
本发明利用高强预应力锚杆、高强预应力锚索、菱形金属网、钢带以及锚索梁的主动支护联合挑棚的被动支护方式在二次刷扩条件下超大跨度切眼围岩稳定性控制中应用效果好，较好地解决了巷道变形特别严重的问题，取得了良好的安全和经济效果，保证后续综采设备的顺利安装。与已有技术相比本发明有益效果体现在：
1、切眼顶板、老塘帮和扩面帮的高强度锚杆支护。二次刷扩条件下的超大跨度切眼存在动压系数较高、顶板下沉量大、顶板破断特征明显等特点，而高强度预应力锚杆的高强度杆体有足够的屈服强度与刚度，能有效阻止围岩内部的错动与变形。
2、采用锚梁网索柱组合支护方法，不仅解决了被动支护方式控制巷道变形能力差，劳动强度大、支护成本高、回棚困难、支架安装效率低的问题，还弥补了主动支护方式在刷扩应力集中及瞬间冲击影响下围岩变形不稳定的缺点。利用主被动组合支护方式不仅有效提高围岩承载能力和抗冲击能力，又可以空出足够宽度通道以满足综采设备的安装需要。
3、本发明方法适于各种复杂地质环境中二次刷扩条件下的超大跨度切眼。
附图说明
图1是本发明应用在切眼导硐及扩面的支护结构立面示意图；
图2为图1所示结构的平面示意图。
图中标号：1切眼导硐；2高强度预应力锚杆；3菱形金属网；4钢带；5预应力锚索；6锚索梁；7挑棚；8切眼扩面。
具体实施方式
本实例中的切眼跨度为9m，图1和图2所示为二次刷扩后切眼扩面支护结构立面与平面示意图。切眼导硐断面形状为直墙矩形，其断面尺寸：净宽×中高＝3.5m×3.0m；切眼扩面的断面尺寸为5.5m×3.0m，采用超大跨度切眼刷扩成巷和锚网索柱组合支护设计方法，实施步骤如下：
1、按切眼导硐1的形状开挖巷道，随即用高强度预应力锚杆2、菱形金属网3和钢带4对导硐顶板、老塘帮和扩面帮围岩进行支护。
其中，切眼导硐顶板采用5根
锚杆，锚杆间排距800×800mm；老塘帮采用4根
锚杆，锚杆间排距为800×800mm；扩面帮采用4根
锚杆，锚杆间排距为800×800mm；高强度预应力锚杆屈服强度不小400MPa，极限强度不小于570MPa，延伸率不小于18%。切眼导硐中，位于顶板中央的高强度锚杆和预应力锚索的安装方向是垂直于顶板岩层；位于所述导硐顶板两侧位置高强度锚杆的安装方向与竖直方向所成角度为10°。
金属网3为12#镀锌铁丝编制的菱形金属网，切眼导硐顶板使用3800×1000mm金属网，老塘帮使用3000×1000mm金属网，扩面帮使用3000×1100mm金属网，钢带4为M5钢带，切眼导硐顶板采用3.3mM5钢带，老塘帮采用2.8mM5钢带，扩面帮采用2.8mM5钢带进行加强支护
2、在切眼导硐顶板上，位于顶板中央和两侧间隔设置顶板预应力锚索5，每排锚索配一相应锚索梁6。
巷道顶板锚索的间排距1100×800mm，布置
锚索，锚索材料为
1×19股高强度低松弛预应力钢绞线，极限破断拉力为607kN，延伸率7%左右。每排锚索配锚索梁，锚索梁为2400×180×δ12mm，锚索梁抗拉强度大于490MPa，极限破断力860KN。
3、在切眼导硐中央附近沿切眼方向施工一排挑棚7被动支护
切眼导硐施工时在切眼老塘帮偏向扩面侧1800mm处施工一排一梁四柱首尾相接工字钢单体挑棚，随扩随挑。
4、切眼导硐1完成后进行二次刷扩，二次扩面8顶板的锚杆、锚索采用错排布置，根据扩面的宽度增加顶板锚杆、顶板锚索以及单体挑棚的数量进行加强支护。
切眼扩面顶板采用8根
锚杆，锚杆间排距750×800mm；在巷道顶板距离扩后煤壁帮采用4根锚杆，锚杆间排距为800×800mm，位于顶板中央和偏向老塘帮一侧的高强度的安装方向是垂直于顶板岩层；处在偏向扩面帮一侧的高强度锚杆朝向扩面帮一侧倾斜，倾斜的角度是与竖直方向呈30°；巷道顶板锚索的间排距1100×800mm，布置
锚索。每排锚索配锚索梁，锚索梁为4600×180×δ12mm锚索梁。
切眼扩面顶板采用5.5mM5钢带，煤壁帮使用2.8mM3钢带；切眼扩面顶板使用5800×1000mm金属网，扩面帮使用3000×1000mm金属网；扩面前在老塘帮距扩面侧3100mm处，施工一排一梁四柱首尾相接的单体工字钢挑棚，扩面后在距煤壁帮3700mm、4500mm处，分别施工一排一梁四柱首尾相接的单体工字钢挑棚，随扩随挑，即够一棚距离时及时施工挑棚。
Claims (6)
1.超大跨度切眼刷扩成巷和锚网索柱组合支护设计方法，其特征是按如下步骤进行：
a、按切眼导硐（1）的形状开挖，随即用高强度锚杆（2）、菱形金属网（3）和钢带（4）对切眼顶板、老塘帮和扩面帮围岩进行支护，在切眼导硐顶板上，位于顶板中央和两侧间隔设置顶板预应力锚索（5），每排锚索配一相应锚索梁（6）。
b、在切眼导硐中央附近沿切眼方向施工一排挑棚（7）被动支护
c、切眼导硐完成后进行二次刷扩，二次扩面（8）顶板的锚杆、锚索采用错排布置，根据扩面的宽度增加顶板锚杆、顶板锚索以及单体挑棚的数量进行加强支护。
2.根据权利要求1所述的超大跨度切眼刷扩成巷和锚网索柱组合支护设计方法，其特征是所述挑棚（7）为工字钢棚或为单体支柱。
3.根据权利要求1所述的超大跨度切眼刷扩成巷和锚网索柱组合支护设计方法，其特征是：所述高强度锚杆（2）的极限强度不小于570MPa，延伸率不小于18%，预紧力矩不低于180N.m。
4.根据权利要求1所述的超大跨度切眼刷扩成巷和锚网索柱组合支护设计方法，其特征是：所述顶板预应力锚索（5）的极限破断力不小于607kN，延伸率7%左右，预紧力为200～250N.m。
5.根据权利要求1所述的超大跨度切眼刷扩成巷和锚网索柱组合支护设计方法，其特征是：所述切眼导硐顶板、老塘帮和扩面帮围岩中的高强度锚杆（2）间距为600～800mm、排距为800mm；顶板预应力锚索的间距为1000～1500mm，排距为800mm；施工进够导硐设计宽度一半的时候即施工一排挑棚；位于顶板中央的高强度锚杆和预应力锚索的安装方向是垂直于顶板岩层；位于所述导硐顶板两侧位置高强度锚杆的安装方向与竖直方向所成的角度以及老塘帮和扩面帮的上部和底脚位置上的仰角和俯角角度都与煤层平均倾角相符。
6.根据权利要求1所述的超大跨度切眼刷扩成巷和锚网索柱组合支护设计方法，其特征是：在所述切眼二次扩面中，扩面顶板的锚杆、锚索采用的错排布置与导硐顶板的锚杆、锚索原布置方法相对应；根据扩面的宽度相应增加顶板锚杆、顶板锚索以及单体挑棚的数量，扩面过程中每进够1500mm，施工一排挑棚；位于顶板中央和偏向老塘帮一侧的高强度的安装方向是垂直于顶板岩层；处在偏 向扩面帮一侧的高强度锚杆朝向扩面帮一侧倾斜，倾斜的角度是与竖直方向呈10°～30°。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20130807 |