论文部分内容阅读
【摘 要】本文阐述了锚杆支护参数的改革与应用。
【关键词】支护；实验；经济分析；建设
1.问题提出
锚杆支护在七台河矿区已使用多年。实践证明，这种支护方式非常适合该区域的围岩特点，深受现场欢迎。但到目前为止，锚杆支护设计理论尚不成熟，仍停留在主要根据工程类比法设计支护参数阶段。如果测试工作不细致，盲目简单化支护，往往敢安全系数过大，不科学，带来一些不必要的经济投入。
调查发现，该矿区不论巷道所处的围岩条件如何，均采用直径16mm、长1.6m、密度1.0m×l.0m的金属锚杆支护，许多回采巷道采过后，尽管有60%的锚杆失效，但巷道围岩状态仍然保持良好，这说明原来的支护方式不够合理，造成不必要的人力、物力消耗。因此，建立一套科学、合理的支护设计方案，是该矿区急需解决的问题。
2.新建矿概况及围岩特征
新建矿共有4个生产采区、一个开拓区，区回采7层煤×（85、87、90、92、93、94、96），煤层厚度为0.8-1.5m。矿井设计能力120万t/a，有8个正规采煤队和20个掘进队，每年要掘进20000m以上的巷道，才能保证采煤接续。掘进大都按半煤岩施工，煤层顶板即为巷道顶板，均采用金属锚杆支护。
该矿煤层顶板为沉积砂岩，呈层状构造，比较坚硬，个别区域也有顶板破碎现象。
3.支护方案设计
3.1设计依据
地下巷道开掘后，将在巷道围岩形成松动圈，其大小是地应力和围岩共同作用的结果，不同的围岩条件，巷道的松动圈差别很大。目前，巷道围岩松动圈的研究，已进入到实际应用阶段，中国矿业大学董方庭教授提出按松动圈大小时行围岩分类。并以此设计巷道支护参数，具有一定的科学性和实用性，該矿就是以这套理论为基础，设计锚杆支护参数的。
3.2围岩松动圈的测试
首先该矿千斤中层具有代表性的巷道布置测点，打测试钻孱，然后利用超声波探测仪，往复中层顶板岩石的超声波，最后整理绘出各层的声速图，找出声速变化的拐点，拐点至煤层顶板的距离即为该层顶板的松动圈。
经测试，各层顶板的松动范围如下：一采85层；1.0m、二采85层；1.07m87、89层：0.4m92、93层：1.0m、94层：1.15m
3.3支护参数的设计
在层状岩层中开掘的巷道，锚杆支护所起的作用，主要是悬吊作用和组合梁作用。在多次层状的岩层中，锚杆的悬吊作用和组合粱的作用同时存在，但是，到目前为止，锚杆支护的设计还没有形成，按悬壁由作用设计支护参数量安全，但不经济；按纵使梁作用设计以护参数最经济但不安全。
通过分析论证决定先从安全角度出发，结合松动圈理论，以悬吊作用设计为基础，再根据各层顶板的实际情况，定出合适的支护密度。最后通过试验，检验支护参数选择的合理性。
4.实验结果
支护参数确定后，该矿在一、二、四采区6个有代表性的道进行实验，对顶板有地质变化的地段，仍旧采用原支护方案，在亿道设2-3个观测站，实验期间，各采区技术人员跟班进行技术指导，发现问题立即采取整改措施，保证实验工作的顺利进行。
该矿采后备巷道均采用无煤柱沿空留巷方式，从各观测站的实测结果，受一次采动最响的巷道顶板下沉量及顶板状态基本没有变化；受二次采动影响的巷道；顶板下沉80-150mm，顶板状态基本完整；受三次采动影响砌筑水泥墙的巷道，顶板下沉40-80mm，顶板状态基本没有变化。
5.经济分析
株支护采用的锚杆均为直径16mm、长1.6m双排按1.0m×l.0m的矩形布置，每米消耗锚杆2套，费用为2×17.8=35.60元。
新支护方案采用直径14mm，长分别为0.8m、1.2m、1.4m、1.6m共计4种规格，直径减少2mm，长度平均减少0.34m，按单排或三角形布置，每米平均消耗锚杆1.2套，费用为1.2×13.0=15.60元，比原支护方案每米节省费用20元。
6.建设
七台河分公司建煤矿从本矿的实际情况出发，与科研部门合作，利用先进的测试手段，找出一套适合该矿特点的锚杆地护参数设计方法。实践证明，新的劫掠参数完全能满足生产安全的需要，有效地解决了支护材料浪费、支护工效低的问题，同时也提高了经济效益。
从新建矿试验的3000多米巷道看，支护效果比较好，但也存在一些不足之处，个别地段存在锚杆间距超大、角度不够、预紧力不足等，造成局部顶板脱落。那议在今后的推广工作在应采取以下措施：（1）对于有构造，顶板有好的地方仍然采用原来的支护方案，该锚杆加密的就立即加密。该设支架的就设支架措施要及时跟上。（2）虽然新支护方案用的锚杆少了介找锚杆质量必须加强，不准有间距超大、松动、穿皮现象。（3）沿空留巷尽量采用水泥墙钢性支护，解决石墙二次采动后下沉量大，顶板破碎问题。
【关键词】支护；实验；经济分析；建设
1.问题提出
锚杆支护在七台河矿区已使用多年。实践证明，这种支护方式非常适合该区域的围岩特点，深受现场欢迎。但到目前为止，锚杆支护设计理论尚不成熟，仍停留在主要根据工程类比法设计支护参数阶段。如果测试工作不细致，盲目简单化支护，往往敢安全系数过大，不科学，带来一些不必要的经济投入。
调查发现，该矿区不论巷道所处的围岩条件如何，均采用直径16mm、长1.6m、密度1.0m×l.0m的金属锚杆支护，许多回采巷道采过后，尽管有60%的锚杆失效，但巷道围岩状态仍然保持良好，这说明原来的支护方式不够合理，造成不必要的人力、物力消耗。因此，建立一套科学、合理的支护设计方案，是该矿区急需解决的问题。
2.新建矿概况及围岩特征
新建矿共有4个生产采区、一个开拓区，区回采7层煤×（85、87、90、92、93、94、96），煤层厚度为0.8-1.5m。矿井设计能力120万t/a，有8个正规采煤队和20个掘进队，每年要掘进20000m以上的巷道，才能保证采煤接续。掘进大都按半煤岩施工，煤层顶板即为巷道顶板，均采用金属锚杆支护。
该矿煤层顶板为沉积砂岩，呈层状构造，比较坚硬，个别区域也有顶板破碎现象。
3.支护方案设计
3.1设计依据
地下巷道开掘后，将在巷道围岩形成松动圈，其大小是地应力和围岩共同作用的结果，不同的围岩条件，巷道的松动圈差别很大。目前，巷道围岩松动圈的研究，已进入到实际应用阶段，中国矿业大学董方庭教授提出按松动圈大小时行围岩分类。并以此设计巷道支护参数，具有一定的科学性和实用性，該矿就是以这套理论为基础，设计锚杆支护参数的。
3.2围岩松动圈的测试
首先该矿千斤中层具有代表性的巷道布置测点，打测试钻孱，然后利用超声波探测仪，往复中层顶板岩石的超声波，最后整理绘出各层的声速图，找出声速变化的拐点，拐点至煤层顶板的距离即为该层顶板的松动圈。
经测试，各层顶板的松动范围如下：一采85层；1.0m、二采85层；1.07m87、89层：0.4m92、93层：1.0m、94层：1.15m
3.3支护参数的设计
在层状岩层中开掘的巷道，锚杆支护所起的作用，主要是悬吊作用和组合梁作用。在多次层状的岩层中，锚杆的悬吊作用和组合粱的作用同时存在，但是，到目前为止，锚杆支护的设计还没有形成，按悬壁由作用设计支护参数量安全，但不经济；按纵使梁作用设计以护参数最经济但不安全。
通过分析论证决定先从安全角度出发，结合松动圈理论，以悬吊作用设计为基础，再根据各层顶板的实际情况，定出合适的支护密度。最后通过试验，检验支护参数选择的合理性。
4.实验结果
支护参数确定后，该矿在一、二、四采区6个有代表性的道进行实验，对顶板有地质变化的地段，仍旧采用原支护方案，在亿道设2-3个观测站，实验期间，各采区技术人员跟班进行技术指导，发现问题立即采取整改措施，保证实验工作的顺利进行。
该矿采后备巷道均采用无煤柱沿空留巷方式，从各观测站的实测结果，受一次采动最响的巷道顶板下沉量及顶板状态基本没有变化；受二次采动影响的巷道；顶板下沉80-150mm，顶板状态基本完整；受三次采动影响砌筑水泥墙的巷道，顶板下沉40-80mm，顶板状态基本没有变化。
5.经济分析
株支护采用的锚杆均为直径16mm、长1.6m双排按1.0m×l.0m的矩形布置，每米消耗锚杆2套，费用为2×17.8=35.60元。
新支护方案采用直径14mm，长分别为0.8m、1.2m、1.4m、1.6m共计4种规格，直径减少2mm，长度平均减少0.34m，按单排或三角形布置，每米平均消耗锚杆1.2套，费用为1.2×13.0=15.60元，比原支护方案每米节省费用20元。
6.建设
七台河分公司建煤矿从本矿的实际情况出发，与科研部门合作，利用先进的测试手段，找出一套适合该矿特点的锚杆地护参数设计方法。实践证明，新的劫掠参数完全能满足生产安全的需要，有效地解决了支护材料浪费、支护工效低的问题，同时也提高了经济效益。
从新建矿试验的3000多米巷道看，支护效果比较好，但也存在一些不足之处，个别地段存在锚杆间距超大、角度不够、预紧力不足等，造成局部顶板脱落。那议在今后的推广工作在应采取以下措施：（1）对于有构造，顶板有好的地方仍然采用原来的支护方案，该锚杆加密的就立即加密。该设支架的就设支架措施要及时跟上。（2）虽然新支护方案用的锚杆少了介找锚杆质量必须加强，不准有间距超大、松动、穿皮现象。（3）沿空留巷尽量采用水泥墙钢性支护，解决石墙二次采动后下沉量大，顶板破碎问题。