煤巷锚杆支护技术规范.ppt
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1、煤巷锚杆支护技术规范(试行),兖矿集团生产技术部曲延伦 2008年4月,一、煤巷锚杆支护技术规范编制的重要性和必要性,锚杆支护技术在我国全面推广始于70年代,起初是从岩巷开始的。进入80年代以后,应用范围逐渐扩大,支护形式也由单一锚杆支护(锚喷)支护,逐步发展到锚网梁(带)、锚索等组合支护,但初期支护对象仍以岩巷为主,煤巷锚杆支护进尺比例较低。据不完全统计,1995年,我国煤巷锚杆支护平均比例不足15%。,一、煤巷锚杆支护技术规范编制的重要性和必要性,我国煤巷锚杆技术快速发展始于九十年代中后期。随着综采(放)技术的广泛应用,综采单产水平和矿井集中化生产程度大幅度提高,棚式支护明显不适应生产发展
2、的需要,严重制约了矿井安全生产和工作面的快速推进。1995年原煤炭部将推广煤巷锚杆支护技术列为我国煤炭工业“九五”攻关的重点项目之一。经过十多年的研究和攻关,基本形成了一套比较科学、系统的,一、煤巷锚杆支护技术规范编制的重要性和必要性,煤巷锚杆支护理论、设计方法和施工、质量控制技术,主要技术水平已经接近国际先进水平。目前,我国每年采用采用锚杆支护的煤巷已超过10000km,国有大中型煤矿平均锚杆支护率已从1995年的不足15%发展到目前的60%以上。锚杆支护应用范围不断扩大,支护条件由简单到复杂,技术日趋完善。,一、煤巷锚杆支护技术规范编制的重要性和必要性,为了适应锚杆支护技术的应用和推广,国
3、家有关部门于1986年颁布实施了锚杆喷射混凝土支护技术规范和有关工程施工质量验收标准,成为当时指导煤炭工业岩巷锚喷支护设计和施工的重要依据和标准。但是,随着锚杆支护技术的快速发展以及应用范围不断扩大,原有的锚杆喷射混凝土支护技术规范及工程质量验收规范、标准等技术文件已经,一、煤巷锚杆支护技术规范编制的重要性和必要性,逐渐失去了指导意义,其内容已不能完全适应煤巷锚杆支护技术应用和发展。由于在国家行业管理层面上没有统一的煤巷锚杆支护设计规范、材料选型、施工技术要求及质量验收标准等,导致行业管理、现场管理基本处于无章可循、无法可依的状态,无法保证煤巷锚杆支护施工质量,从而在一定程度上影响了煤巷锚杆支
4、护技术的推广和应用。,二、煤巷锚杆支护技术规范编制过程,煤巷锚杆支护技术推广应用以来,国家煤炭行业管理部门一直计划编制有关技术规范。早在1996年,原煤炭部科教司和软岩支护专家组就准备编制我国煤巷锚杆支护技术规范,但由于煤炭行业管理体制改革、以及煤巷锚杆支护技术尚不完全成熟等原因,新的规范始终未能出台,形成管理真空。2000年以来,国内部分重点煤炭企业如山东兖矿、江苏徐矿等多家单位,相继制定了适合本矿区,二、煤巷锚杆支护技术规范编制过程,的锚杆支护技术规范、规定等,对于指导现场施工、促进煤巷锚杆支护技术发展起到了积极作用。但这些规定均具有一定局限性,内容还有待进一步完善。近几年,随着煤巷锚杆支
5、护技术快速发展,我国锚杆支护技术以及配套机具、支护材料、监测手段等日趋完善,编制行业技术规范的时机逐渐成熟。2005年,煤炭协会支护专业委员会成立了由科研院所、大专院校、煤炭企业、设备制造厂家等十多家单位、专家组成的标准起草小组,在总结和借鉴国内各个矿区,二、煤巷锚杆支护技术规范编制过程,锚杆支护成功经验的基础上,确定了规范编制的基本原则、大纲和内容,历时两年和多次讨论、修改和审定,于2007年底完成定稿,目前已报送中国煤炭工业协会标准化技术委员会审核,将于2008年上半年批准执行。煤矿煤巷锚杆支护技术规范编制和执行,对于实现我国煤矿煤巷锚杆支护管理进一步规范化、标准化和科学化,促进矿井安全生
6、产具有十分重要的意义,必将极大地促进煤巷锚杆支护快速健康发展。,三、煤巷锚杆支护技术规范编制宗旨、原则,宗旨:安全、经济、高效原则:广泛性规范的内容必须广泛适用于全行业的普遍条件。针对性在广泛性的基础上,针对规范实施范围内的各类现场条件,制定针对性条款,在技术与施工上予以规范。可操作性技术规范的实施在技术、工艺和机具等方面要具有可操作性,在现有条件下保证技术可行、安全可靠、经济合理。先进性技术规范应代表国内(外)锚杆支护领域最先进的技术、工艺和管理理念,同时应有利于推动锚杆支护技术向更科学、更先进的方向发展。,四、煤巷锚杆支护技术规范主要内容,锚杆支护技术是一项系统工程,它涉及到支护设计、支护
7、材料、施工机具及方法、矿压监测以及支护质量检测等方面内容。煤巷锚杆支护技术规范主要包括以下内容:范围;规范性引用文件;术语和定义;技术要求(设计、支护材料、施工、监测、工程质量等);附录(解释、说明)。,五、煤巷锚杆支护技术规范(试行),1.范围 本标准规定了煤巷锚杆支护技术的术语和定义、技术要求、煤巷锚杆支护监测及煤巷锚杆支护施工质量检测。本标准适用于煤矿煤巷锚杆支护,也适用于半煤岩巷锚杆支护。2.规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件,其随后所有,五、煤巷锚杆支护技术规范(试行),的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准,然而,
8、鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件,其最新版本适用于本标准。GB/T52242003 预应力混凝土用钢绞线 GB/T143702000 预应力筋用锚具、夹具和连接器 GB500862001 锚杆喷射混凝土支护技术规范 MT146.12002 树脂锚杆 锚固剂 MT146.22002 树脂锚杆 金属杆体及其附件 MT/T9422005 矿用锚索 MT50091994 煤矿井巷工程质量检验评定标准,五、煤巷锚杆支护技术规范(试行),3.术语和定义 下列术语和定义适用于本标准。3.1 煤巷:断面中煤层面积占4/5或4/5以上的巷道。3.2 半煤岩巷:
9、断面中岩石面积(含夹石层)大于1/5到小于4/5的巷道。3.3 锚杆支护:以锚杆为基本支护形式的支护方式。3.4 锚杆杆体破断力:锚杆杆体能承受的极限拉力。,五、煤巷锚杆支护技术规范(试行),3.5 锚杆拉拔力:锚杆锚固后,拉拔试验时,锚杆破断或失效时的极限拉力。3.6 锚固力:锚杆的锚固部分或杆体在拉拔试验时,所能承受的极限载荷。3.7 设计锚固力:设计时给定的锚杆应能承受的锚固力。3.8 树脂锚杆:以树脂锚固剂配以各种材质杆体及托盘(托板)、螺母与减磨垫圈等构件组成的锚杆。,五、煤巷锚杆支护技术规范(试行),3.9 树脂锚固剂:起粘结锚固作用的材料称锚固剂,树脂锚固剂由树脂胶泥与固化剂两部
10、份分隔包装成形。混合后能使杆体与被锚固体煤岩粘接在一起。3.10 锚固长度:锚杆的锚固剂或锚固装置与钻孔孔壁的有效结合长度。3.11 端头锚固:锚杆的锚固长度不大于钻孔长度的1/3。3.12 全长锚固:锚杆的锚固长度不小于钻孔长度的90。,五、煤巷锚杆支护技术规范(试行),3.13 加长锚固:锚杆的锚固长度介于端头锚固与全长锚固之间。3.14 拉拔试验:测试锚杆拉拔力的试验。3.15 搅拌时间:安装树脂锚杆时,从开始搅拌树脂锚固剂到停止搅拌所用的时间。3.16 等待时间:安装锚杆时,搅拌停止后到可以上紧螺母托板的时间。,五、煤巷锚杆支护技术规范(试行),3.17 预紧力:安装锚杆(锚索)时,通
11、过拧紧螺母或采用张拉方法施加在锚杆(锚索)上的拉力。3.18 预紧力矩:拧紧螺母使锚杆达到设计预紧力时,施加到螺母上的力矩。3.19 锚杆快速安装:使用锚杆钻机连续完成搅拌树脂锚固剂、拧紧螺母的全过程。3.20 初始设计:根据已有资料提出的巷道支护形式与参数。,五、煤巷锚杆支护技术规范(试行),3.21 信息反馈:对支护监测信息进行解释,并据此对支护设计进行验证和修改的过程。3.22 正式设计:根据监测信息,对初始设计进行验证或修改,在技术性、经济性以及安全性等方面均能满足生产要求的支护设计。3.23 巷道顶板离层临界值:支护设计或工程实践分析确定的巷道顶板允许的最大离层值。,五、煤巷锚杆支护
12、技术规范(试行),3.24 复杂地段:指断层及围岩破碎带、应力集中区、顶板淋水区、裂隙发育区、巷道穿层地段、瓦斯异常区、大断面、大跨度巷道等地段。3.25 异常情况:指巷道位移、离层、锚杆受力等发生突变的情况。,五、煤巷锚杆支护技术规范(试行),4.技术要求 4.1煤巷围岩地质力学评估 地质力学评估是煤巷锚杆支护设计的主要依据之一,锚杆支护设计前应进行地质力学评估。煤巷围岩地质力学评估的内容包括现场地质条件和生产条件调查、煤巷围岩物理力学性质测定、围岩结构观测、地应力测量和锚杆拉拔力试验。煤巷围岩地质力学评估的具体内容见表1。根据矿井开拓部署和采区划分合理安排煤巷围岩,五、煤巷锚杆支护技术规范
13、(试行),地质力学参数的测试。测点应具有代表性,应能最大程度地反映整个井田和采区的实际情况,并根据测试数据绘制矿井地应力分布图。地质力学评估首先应确定评估区域,应考虑煤巷服务期间影响支护系统的主要因素,锚杆支护设计应该限定在这个区域内。煤巷围岩地质力学参数,包括围岩物理力学性质、围岩结构和围岩应力。原岩应力测量宜优先采用应力解除法或水压致裂法。,五、煤巷锚杆支护技术规范(试行),表1 地质力学评估内容,五、煤巷锚杆支护技术规范(试行),钻孔应力解除法测试地应力示意图,五、煤巷锚杆支护技术规范(试行),五、煤巷锚杆支护技术规范(试行),巷道支护设计所需的煤岩体物理力学参数,可通过井下采取岩样进行
14、实验室试验获得,岩样的采取、包装应满足锚杆支护设计的要求;一些参数(单轴抗压强度、变形模量等)也可通过井下原位测量获得。煤岩体的物理力学性质参数包括煤岩体的真密度、视密度、孔隙率、单轴抗拉强度、单轴抗压强度、弹性模量、泊松比、内聚力、内摩擦角和水理性质等。围岩结构测量应采用煤巷表面观察、钻孔取芯测量和钻孔窥视等方法进行。结构面力学特性测试应在现场取样后在实验室进行试验。,五、煤巷锚杆支护技术规范(试行),煤巷围岩应进行锚杆拉拔力试验,试验方法参见附录A。锚杆拉拔力试验应在需支护的煤巷现场或类似条件的围岩中进行,每次不少于3根锚杆。根据试验结果判断围岩的可锚性。在一个地点获取的参数用于同一煤层的
15、其它地点时,应进行充分的现场调研和分析、评估。当煤巷围岩物理力学性质、围岩结构和原岩应力条件发生显著变化时,应对地质力学参数进行重新测定。应根据地质力学评估结果采用适合本矿区的方法进行巷道围岩稳定性分类。,五、煤巷锚杆支护技术规范(试行),有下列情况之一的应重新进行围岩稳定性分类 a)当巷道围岩条件、开采深度、开采范围与原分类差异很大时;b)新采区各煤层巷道首次采用锚杆支护时。4.2煤巷锚杆支护设计巷道围岩地质力学评估结果证明锚杆支护可行时,进行锚杆支护设计。在采区巷道布置时,应尽量使煤巷的轴线方向与最大水平主应力的方向平行。煤巷锚杆支护设计应采用动态设计方法。设计,五、煤巷锚杆支护技术规范(
16、试行),应在地质力学评估的基础上按以下程序进行:初始设计井下监测信息反馈正式设计。根据地质力学评估结果,进行锚杆支护初始设计。初始设计应包括以下内容:a)巷道地质与生产条件及地质力学评估结果;b)煤巷断面设计;c)锚杆支护形式设计;d)锚杆支护参数设计;e)锚杆支护材料选择和施工机具设备配套;,五、煤巷锚杆支护技术规范(试行),不同掘进方向巷道状况的差异,五、煤巷锚杆支护技术规范(试行),f)锚杆支护施工工艺、安全技术措施和施工质量指标;g)锚杆支护矿压监测设计;h)煤巷围岩复杂地段的支护方法和煤巷受到采动影响时的超前支护设计。锚杆支护初始设计可采用以下一种或多种方法组合进行工程类比法 根据已
17、经支护巷道的实践经验,通过类比,直接,五、煤巷锚杆支护技术规范(试行),提出锚杆支护形式与参数。也可根据巷道围岩稳定性分类结果进行锚杆支护形式与参数设计。理论计算法 选择适合本矿区煤巷条件的锚杆支护理论进行理论计算设计。数值模拟法 根据地质力学评估结果建立计算机数值模拟模型,通过多方案比较,确定锚杆支护初始设计。煤巷断面一般采用矩形或梯形,特殊情况可采用拱形或其它形状断面。煤巷断面设计应考虑以下因素:,五、煤巷锚杆支护技术规范(试行),a)煤巷布置(运输)的最大设备尺寸;b)煤巷管线布置和行人要求;c)煤巷通风要求;d)预留煤巷变形量。锚杆支护形式以锚杆为基本支护构件,可选以下构件进行组合:a
18、)组合构件(钢筋托梁、钢带、钢梁等);b)护网;c)锚索。锚杆支护设计应包括以下内容:a)锚杆种类(螺纹钢锚杆、圆钢锚杆、玻璃钢锚杆或其它锚杆等);,五、煤巷锚杆支护技术规范(试行),b)锚杆附件(托板、球形垫圈、减摩垫圈和螺母等)的规格和力学性能;c)锚杆几何参数(直径和长度等);d)锚杆力学参数(屈服载荷、破断载荷和延伸率等);e)锚杆预紧力;f)锚杆布置(锚杆间距、排距、安装角度等);g)钻孔直径、锚固方式和锚固长度;h)锚杆设计锚固力;,五、煤巷锚杆支护技术规范(试行),i)锚固剂的型号、数量等;j)组合构件(钢筋托梁、钢带、钢梁等)形式、规格和力学性能;k)护网形式、规格和力学性能;
19、l)锚索形式和材质(单根锚索或锚索束,钢丝绳或钢绞线等);m)锚索附件(锚索托板和锚具等)的规格和力学性能;n)锚索几何参数(直径和长度等);o)锚索力学参数(屈服载荷、破断载荷和延伸率等);,五、煤巷锚杆支护技术规范(试行),p)锚索预紧力;q)锚索布置(锚索间距、排距、安装角度等);r)锚索钻孔直径、锚固方式和锚固长度;s)煤巷锚杆支护布置图;t)组合构件加工示意图;u)支护材料消耗清单。锚杆支护基本参数宜选用表2中的系列。,五、煤巷锚杆支护技术规范(试行),表2 锚杆支护基本参数,五、煤巷锚杆支护技术规范(试行),钻孔直径、锚杆直径和树脂锚固剂直径应合理匹配,钻孔直径和锚杆杆体直径之差应
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