中國(guó)石油大學(xué)（北京）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）國(guó)內(nèi)外圍巖控制現(xiàn)狀研究背景及意義我國(guó)煤礦巷道支護(hù)經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的時(shí)間，錨桿（錨索）支護(hù)技術(shù)經(jīng)歷了從低強(qiáng)度、高強(qiáng)度到高預(yù)應(yīng)力、強(qiáng)力支護(hù)的發(fā)展過(guò)程，現(xiàn)在，應(yīng)用最廣泛，支護(hù)效果最好的是錨桿支護(hù)以及以錨桿支護(hù)為主的聯(lián)合支護(hù)[6]。錨桿支護(hù)是在邊坡、巖土HYPERLINK"/lemma/ShowInnerLink.htm?lemmaId=7823498&ss_c=ssc.citiao.link"\t"/_blank"深基坑等地表工程及隧道、采場(chǎng)等HYPERLINK"/lemma/ShowInnerLink.htm?lemmaId=69403025&ss_c=ssc.citiao.link"\t"/_blank"地下硐室施工中采用的一種加固支護(hù)方式，具有成本低、支護(hù)效果好、操作簡(jiǎn)便、使用靈活、占用施工HYPERLINK"/lemma/ShowInnerLink.htm?lemmaId=1669114&ss_c=ssc.citiao.link"\t"/_blank"凈空少等優(yōu)點(diǎn)[7]。在二十世紀(jì)九十年代初，我們國(guó)家使用錨桿支護(hù)的僅為很小的一部分，發(fā)展到現(xiàn)在礦區(qū)使用錨桿支護(hù)已經(jīng)成為普遍現(xiàn)象，我國(guó)煤礦已經(jīng)形成了有中國(guó)特色的煤巷錨桿支護(hù)成套體系，錨桿支護(hù)已經(jīng)成為煤礦巷道首選的、安全高效的主要支護(hù)方式[7]。它深刻的改變了礦井的開拓部署與巷道布置方式，對(duì)我國(guó)高產(chǎn)高效礦井建設(shè)、煤炭產(chǎn)量與效益的大幅度提高及安全狀況的改善起到不可替代的重要作用[8]。目前，錨桿（錨索）支護(hù)技術(shù)已在國(guó)內(nèi)外得到普遍應(yīng)用，是煤礦實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效生產(chǎn)必不可少的關(guān)鍵技術(shù)之一[9]。國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀國(guó)外研究現(xiàn)狀國(guó)外圍巖控制研究進(jìn)行的較早，有較為成熟的圍巖控制理論，下表1-1中詳細(xì)說(shuō)明了各種理論的發(fā)展情況。表1-1國(guó)外圍巖控制理論圍巖控制理論發(fā)展歷程及現(xiàn)狀古典壓力理論20世紀(jì)初發(fā)展起來(lái)的以海姆、朗金和金尼克理論為代表的古典壓力理論認(rèn)為，作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的壓力是其上覆巖層的質(zhì)量；其不同之處在于，海姆認(rèn)為側(cè)壓系數(shù)為1，朗金根據(jù)松散理論認(rèn)為是tan2(45–φ/2)o，而金尼克根據(jù)彈性理論認(rèn)為μ/(1–μ)，其中μ、φ、γ分別表示巖體的泊松比、內(nèi)摩擦角和體積質(zhì)量坍落拱理論坍落拱理論認(rèn)為：坍落拱的高度與地下工程跨度和圍巖性質(zhì)有關(guān)；坍落拱理論的最大貢獻(xiàn)是提出巷道圍巖具有自承能力；20世紀(jì)50年代以來(lái)，人們開始用彈塑性力學(xué)來(lái)解決巷道支護(hù)問(wèn)題，其中最著名的是芬納公式和卡斯特納公式新奧法20世紀(jì)60年代，奧地利工程師L.V.Rabcewicz在總結(jié)前人經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出了一種新的隧道設(shè)計(jì)施工方法，被稱為奧地利隧道新施工方法，簡(jiǎn)稱新奧法；1980年，奧地利土木工程學(xué)會(huì)地下空間分會(huì)把新奧法定義為：在巖體和土體中設(shè)置的使地下空間的周圍巖體形成一個(gè)中空筒狀支撐環(huán)結(jié)構(gòu)為目的的設(shè)計(jì)施工方法應(yīng)變控制理論日本山地宏和櫻井春輔提出了圍巖支護(hù)的應(yīng)變控制理論；該理論認(rèn)為：隧道圍巖的應(yīng)變隨支護(hù)結(jié)構(gòu)的增加而減小，而允許應(yīng)變則隨支護(hù)結(jié)構(gòu)的增加而增大能量支護(hù)理論20世紀(jì)70年代，薩拉蒙等又提出了能量支護(hù)理論，該理論認(rèn)為：支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖相互作用、共同變形，在變形過(guò)程中，圍巖釋放一部分能量，支護(hù)結(jié)構(gòu)吸收一部分能量，但總的能量沒(méi)有變國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)的圍巖控制理論有巖性轉(zhuǎn)化理論，軸變論理論，聯(lián)合支護(hù)理論錨噴-弧板支護(hù)理論，松動(dòng)圈理論，主次承接區(qū)支護(hù)理論，應(yīng)力控制理論等幾種主要理論[10]。具體理論情況見表1-2。表1-2國(guó)內(nèi)圍巖控制理論圍巖控制理論發(fā)展歷程及現(xiàn)狀巖性轉(zhuǎn)化理論中國(guó)著名巖土工程專家陳宗基院士在20世紀(jì)60年代從大量工程實(shí)踐中總結(jié)出巖性轉(zhuǎn)化理論，該理論認(rèn)為：同樣礦物成分、同樣結(jié)構(gòu)形態(tài)，在不同工程環(huán)境工程條件下，會(huì)產(chǎn)生不同應(yīng)力應(yīng)變，以形成不同的本構(gòu)關(guān)系。軸變論理論于學(xué)馥教授等提出軸變論理論，認(rèn)為：巷道坍落可以自行穩(wěn)定，可以用彈塑性理論進(jìn)行分析，圍巖破壞是由于應(yīng)力超過(guò)巖體強(qiáng)度極限引起的，坍落是改變巷道軸比，導(dǎo)致應(yīng)力重分布。聯(lián)合支護(hù)理論馮豫、陸家梁、鄭雨天、朱效嘉教授等提出的聯(lián)合支護(hù)技術(shù)是在新奧法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，其觀點(diǎn)可以概括為：對(duì)于巷道支護(hù)，一味強(qiáng)調(diào)支護(hù)剛度是不行的，要先柔后剛，先抗后讓，柔讓適度，穩(wěn)定支護(hù)。錨噴-弧板支護(hù)理論孫均、鄭雨天和朱效嘉教授等提出的錨噴-弧板支護(hù)理論是對(duì)聯(lián)合支護(hù)理論的發(fā)展；該理論的要點(diǎn)是：采用高標(biāo)號(hào)、高強(qiáng)度鋼筋混凝土弧板作為聯(lián)合支護(hù)理論先柔后剛的剛性支護(hù)形式，堅(jiān)決限制和頂住圍巖向中空位移。主次承接區(qū)支護(hù)理論主次承接區(qū)支護(hù)理論是由方祖烈教授提出的；該理論認(rèn)為：巷道開挖后，在圍巖中形成拉壓域；壓縮域在圍巖深部，體現(xiàn)了圍巖的自撐能力，是維護(hù)巷道穩(wěn)定的主承載區(qū)；張拉域形成于巷道周圍，通過(guò)支護(hù)加固，也形成一定的承載力，但其與主承載區(qū)相比，只起輔助作用。松動(dòng)圈理論松動(dòng)圈理論是由中國(guó)礦業(yè)大學(xué)董方庭教授提出的，其主要內(nèi)容：凡是堅(jiān)硬圍巖的裸體巷道，其圍巖松動(dòng)圈都接近于零，此時(shí)巷道圍巖的彈塑性變形雖然存在，但并不需要支護(hù)。應(yīng)力控制理論應(yīng)力控制理論，也稱為圍巖弱化法、卸壓法等；該方法起源于前蘇聯(lián)，其基本原理是通過(guò)一定的技術(shù)手段改變某些部分圍巖的物理力學(xué)性質(zhì)，改善圍巖內(nèi)的應(yīng)力及能量分布，人為降低支撐壓力區(qū)圍巖的承載能力，使支撐壓力向圍巖深部轉(zhuǎn)移，以此來(lái)提高圍巖穩(wěn)定的一種方法。設(shè)計(jì)主要內(nèi)容本設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)鼎和煤礦三采區(qū)12-400十二層右面實(shí)際地質(zhì)及生產(chǎn)條件分析，提出回采巷道圍巖控制技術(shù)方案，其目的和意義為提高回采巷道圍巖穩(wěn)定性，保證該工作面安全高效生產(chǎn)，并且該設(shè)計(jì)能為現(xiàn)場(chǎng)提供類似條件下的回采巷道圍巖控制提供理論和技術(shù)參考[9]。

井田概況及地質(zhì)特征井田概況交通位置礦區(qū)附近有兩條鐵路，同時(shí)福利到寶清公路直穿礦區(qū)，新安礦至雙鴨山60km。地形地勢(shì)地表海拔標(biāo)高為86.76m～150.21m，南側(cè)有自西向東流的七星河，最高洪水位為+86m～+92m。本區(qū)地形西高，東部低洼平緩，內(nèi)有三條人工渠在煤田東南部與七星河匯合。礦井生產(chǎn)概況礦井開拓方式及水平、采區(qū)劃分鼎和煤礦采用皮帶斜井、集中水平運(yùn)輸大巷與采區(qū)石門、上下山聯(lián)合布置的開拓方式[10]。水平劃分為兩個(gè)：其中一個(gè)設(shè)在-200m標(biāo)高處，其中上山采區(qū)為煤層露頭至-200m標(biāo)高，下山采區(qū)為-200m至-350m標(biāo)高。二水平大巷標(biāo)高設(shè)在-500m，上山采區(qū)為-500m至-350m標(biāo)高，-500m以下為下山采區(qū)。礦井水平設(shè)計(jì)能力分別為：一水平為150Mt/a；二水平為120Mt/a。鼎和煤礦采區(qū)共劃分為八個(gè)采區(qū)，具體采區(qū)劃分為：一水平以斷層為界劃分為五個(gè)采區(qū)(均有上、下山采區(qū))，即一采區(qū)(含復(fù)雜區(qū))、二采區(qū)、三采區(qū)、四采區(qū)和五采區(qū)、其中F1東翼采區(qū)由于系統(tǒng)借用三采區(qū)，故劃歸三采區(qū)，而四、五采區(qū)為急傾斜采區(qū)。二水平劃分為三個(gè)，即六采區(qū)、七采區(qū)、西翼采區(qū)。本設(shè)計(jì)所涉及的采區(qū)是鼎和煤礦六采區(qū)。可采儲(chǔ)量及服務(wù)年限鼎和煤礦于1978年12月開始施工建設(shè)，1984年10月20日投產(chǎn)，礦井一期設(shè)計(jì)能力為0.9Mt/a，1988年礦井二期改擴(kuò)建為1.5Mt/a，2009年核定能力2.1Mt/a[10]。截至2008年末礦井剩余工業(yè)儲(chǔ)量198Mt，可采儲(chǔ)量105.25Mt，尚余服務(wù)年限為35.8年（按年生產(chǎn)能力2.1Mt/a、儲(chǔ)量備用系數(shù)取1.4計(jì)算）。三采區(qū)12層-400十二層右片概況采面位置及煤層賦存狀況本采面位于鼎和煤礦六采區(qū)負(fù)450軌道石門右翼，所采煤層為十二層，上層為十層煤采空區(qū)，層間距為27.4米，下層為十三層煤。采面上巷為負(fù)350十二層右機(jī)軌巷，下巷為負(fù)400十二層右溜子道，右至開切眼，左至停采線。工作面開切眼沿偽傾向布置，初采時(shí)傾斜長(zhǎng)為118米，工作面走向長(zhǎng)：上巷383米，下巷516米，平均450米，煤厚1.1米～1.3米，煤層傾角在14°～16°之間，可采儲(chǔ)量11.9萬(wàn)噸。直接頂為粉砂巖，厚0.4米，老頂為白色中砂巖，厚27米[10]。工作面采煤方式及設(shè)備配置采面布置及回采方式為本采面為走向長(zhǎng)壁后退式回采，采空區(qū)管理為全部垮落法。工作面：采煤機(jī)型號(hào)為MG-100/240-WD機(jī)組；運(yùn)輸機(jī)采用SGZ-150刮板機(jī)118米。運(yùn)輸順槽：SGW-150T刮板運(yùn)輸機(jī)和一臺(tái)SJD—80型膠帶運(yùn)輸機(jī)。下料順槽：三臺(tái)JD—25絞車。

采區(qū)巷道施工方式確定巷道掘進(jìn)施工方式有兩種，綜掘掘進(jìn)和炮掘掘進(jìn)，兩種方式都有各自的特點(diǎn)和優(yōu)劣，下面將對(duì)這兩種掘進(jìn)方式進(jìn)行對(duì)比分析，并根據(jù)鼎和煤礦三采區(qū)12-400右片回采巷道的情況選擇合適方案。巷道掘進(jìn)方式對(duì)比分析及確定爆破掘進(jìn)爆破掘進(jìn)適應(yīng)性強(qiáng)，可用于各種施工條件的巷道，因此在我國(guó)煤礦一直被廣泛采用，在長(zhǎng)期應(yīng)用中，爆破掘進(jìn)在鑿巖、爆破、裝載和運(yùn)輸?shù)脑O(shè)備，施工技術(shù)以及施工組織管理等方面得到了全面發(fā)展。三采區(qū)12層-400右片區(qū)段掘進(jìn)方式確定而相對(duì)于機(jī)掘掘進(jìn)，爆破掘進(jìn)是最傳統(tǒng)最基本的巷道掘進(jìn)方法。這種方法對(duì)巷道工程條件和施工條件的適應(yīng)性強(qiáng)，勞動(dòng)條件好、強(qiáng)度小。在我國(guó)很多地方被廣泛采用，因此，其技術(shù)相對(duì)成熟，施工組織管理比較完善，裝備機(jī)械化程度也比較高。鼎和煤礦所使用的也一直是爆破掘進(jìn)的方式，工藝成熟，因此本設(shè)計(jì)基于該礦的實(shí)際條件選用爆破掘進(jìn)方式。爆破方法按爆破技術(shù)可以分成四種爆破方法：定向爆破、預(yù)裂、光面爆破、微差爆破和其他特殊條件下的爆破技術(shù)[23]。在炮眼中裝填引藥時(shí)，必須注意引藥的位置和方向，引藥位置和傳爆方向是影響爆破效果和爆破安全的重要因素[23]。試驗(yàn)表明，反向裝藥與正向裝藥相比，能夠提高炮眼利用率，加強(qiáng)巖石破碎，減小大塊率。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)欲使爆破后的圍巖形狀規(guī)整，巷道表面光滑，故采用反向裝藥光面爆破方式進(jìn)行爆破。三采區(qū)12層-400右片爆破參數(shù)設(shè)計(jì)掏槽方式掏槽孔的形式有三種：傾斜孔掏槽、平行空孔直線掏槽和混合式掏槽[23]。1）傾斜孔掏槽表3-1傾斜孔掏槽掏槽方式特點(diǎn)及使用要求單向掏槽向掏槽是掏槽孔排列成一行，并朝一個(gè)方向傾斜，適用于軟巖（鉀巖、石膏等）或具有層理、節(jié)理、裂隙或軟夾層的巖石中錐形掏槽錐形掏槽是指各掏槽孔以同等角度向工作面中心軸線傾斜，孔底趨于集中，但相互不貫通，爆破后形成錐形槽，錐形掏槽因槽眼方向不易掌握，鉆眼工作不方便，眼深受到限制，在目前巷道掘進(jìn)中已很少使用楔形掏槽楔形掏槽由于鉆眼技術(shù)比錐形簡(jiǎn)單，在巖巷掘進(jìn)中使用較廣泛，楔形掏槽掏槽眼數(shù)根據(jù)斷面大小和巖石堅(jiān)固程度決定2）平行空孔直線掏槽平行控直線掏槽同樣有三種掏槽方式，不同掏槽方式的詳細(xì)特點(diǎn)及使用要求[23]。見下表3-2。表3-2平行孔直線掏槽掏槽方式特點(diǎn)及使用要求龜裂掏槽龜裂掏槽是所有掏槽眼布置成一行或一列，掏槽眼軸線與挖掘工作面垂直，空眼與裝藥眼互相間隔，爆破后形成一條裂縫，斷面稍大時(shí)，則用桶形掏槽代替桶形掏槽桶形掏槽亦稱角柱形掏槽，各掏槽眼互相平行且呈對(duì)稱形式，應(yīng)用范圍廣泛，大、中、小斷面均可采用螺旋掏槽螺旋掏槽適用于中硬以上巖石，是較好的直眼掏槽方式之一，它以中空眼為中心，周邊布置四個(gè)掏槽眼，逐個(gè)加大距離，并按由近及遠(yuǎn)的起爆順序起爆，形成螺旋，3）混合式掏槽混合式掏槽是指兩種以上的掏槽方式混合使用[23]。4）三種掏槽方式對(duì)比分析三種掏槽方式主要區(qū)分傾斜孔掏槽和平行孔直線掏槽，傾斜孔掏槽方式和平行孔直線掏槽的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比和適用條件比較[23]。見表3-3。表3-3掏槽方式對(duì)比掏槽方式優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)適用條件傾斜孔掏槽掏槽孔與工作面斜交，可充分利用自由面，逐步擴(kuò)大爆破范圍，掏槽面積較大，所需炮孔數(shù)目少，炸藥單耗低，爆破單位體積巖石所需的炮孔長(zhǎng)度低炮眼傾斜，掏槽深度受巷道寬度的限制，循環(huán)進(jìn)尺也受到限制，且不利于多臺(tái)鑿巖機(jī)同時(shí)作業(yè)大斷面較適用，各種地質(zhì)條件均適用平行空孔直線掏槽槽眼相互平行，便于實(shí)現(xiàn)多臺(tái)鉆機(jī)平行作業(yè)和采用鑿巖臺(tái)車作業(yè)；巖石塊度均勻，拋擲距離較近對(duì)槽眼的間距、鉆眼質(zhì)量和裝藥等要求嚴(yán)格，不易掌握，所需槽眼數(shù)目和炸藥消耗量偏多大小斷面均可以，小斷面更優(yōu)，韌性巖層不適用三采區(qū)12層-400十二層巷道掘進(jìn)掏槽方式技術(shù)方案方案一：楔形掏槽采用楔形掏槽方式，布三組掏槽孔，掏槽孔排距0.5m，掏槽角取75°，炮孔利用率0.85。槽口寬1m。掏槽示意圖如3.1。圖3.1楔形掏槽示意圖方案二：菱形掏槽中心為直徑為193mm的空眼，炮眼之間間隔480mm。掏槽孔數(shù)目為4。掏槽示意圖如4.2。圖3.2菱形掏槽示意圖通過(guò)對(duì)比兩種掏槽方式，斜眼掏槽所需的槽眼數(shù)目少，并且適用于各種巖層，掏槽效果較好，本設(shè)計(jì)采取斜眼掏槽方式，對(duì)比斜眼掏槽的幾種方式，楔形掏槽方式爆力比較集中，爆破效果較好，槽腔體積較大[23]。適用于掘進(jìn)面大于4m2的中硬巖層。故選擇楔形掏槽方式。爆破參數(shù)設(shè)計(jì)（1）炮孔直徑炮孔直徑的大小直接影響鉆孔速度、工作面的炮孔數(shù)目、單位炸藥消耗量、爆落巖石的塊度和巷道輪廓的平整性，炮孔直徑增加，有利于爆炸穩(wěn)定性的提高，爆速增大[23]。孔徑有兩種類型：普通型和小直徑型，見表3-4。表3-4炮孔直徑類型孔徑/mm藥徑/mm普通型40～4232～35小直徑型34～3525～30因此，在相同條件下，小鉆頭鉆速比大鉆頭高，研究表明：鉆頭直徑每減少1.0mm，單位鉆速可提高3％～4％，小直徑鉆頭、小直徑藥卷加上小直徑錨桿的所謂“三小”光爆錨噴技術(shù)是提高平巷掘進(jìn)速度的一項(xiàng)行之有效的方法[23]。本次設(shè)計(jì)取炮眼直徑為40mm。（2）炮孔深度炮孔深度，簡(jiǎn)稱孔深，指孔底到工作面的垂直距離，炮孔方向的實(shí)際長(zhǎng)度稱為炮孔長(zhǎng)度，孔深的大小，不僅影響著掘進(jìn)工序的工作量和完成各工序的時(shí)間，而且影響爆破效果和掘進(jìn)速度[23]。普通型孔徑（40~42mm）和小直徑（34~35mm）的選取[23]。見表3-5。表3-5炮孔深度關(guān)聯(lián)因素巖石堅(jiān)固性系數(shù)/f掘進(jìn)斷面＜12m2＞12m21.6～34～67～202～31.5～21.2～1.82.5～3.52.2～2.51.5～2.2確定炮孔深度L的常用方法即：（3-1）式中：經(jīng)計(jì)算得，炮孔深度L=1.5m（3）炮孔數(shù)目炮孔數(shù)目與掘進(jìn)斷面、巖石性質(zhì)、炮孔直徑、炮孔深度和炸藥性能等因素有關(guān)，基本原則是在保證爆破效果的前提下，盡可能地減少炮孔數(shù)目[23]。式中結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，選取炮眼數(shù)目為92個(gè)，其中6個(gè)掏槽眼、65個(gè)輔助眼、48個(gè)周邊眼，設(shè)計(jì)掏槽方式為楔形掏槽，炮眼布置見表3-6。表3-6炮眼布置方案孔號(hào)眼名眼深封泥長(zhǎng)度傾角水平垂直1～6掏槽眼1.71外插0.15～0.25cm7～71輔助眼1.51909072～119周邊眼1.519090(3)炸藥用量1）單位炸藥消耗量（3-2）式中：故可知，單位炸藥消耗量為0.45kg/m3。2）每循環(huán)使用的總藥量：（3-3）式中：計(jì)算可得Q=64.31kg。根據(jù)設(shè)計(jì)實(shí)際炮眼布置和每孔的孔裝藥量計(jì)算可知斜眼楔形掏槽炮眼布置用藥量44kg。菱形掏槽炮眼布置用藥量46kg。（4）光面爆破參數(shù)①不耦合系數(shù)：已知在不耦合裝藥條件下，炮眼壁上產(chǎn)生的沖擊壓力為；（3-4）令p2≤，可得裝藥的不耦合系數(shù)（3-5）式中：計(jì)算可得=1.2。②炮眼間距：（3-6）式中計(jì)算得炮眼間距為E=500mm③鄰近系數(shù)和最小抵抗線合理的最小抵抗線是裝藥鄰近系數(shù)相關(guān)的。實(shí)踐多取m=0.8~1.0，此時(shí)光爆效果最好，所以合適的抵抗線為眼距的1~1.25倍[23]。最小抵抗線為300mm。周邊孔采用光面爆破，鉆孔直徑40mm，孔距500mm，孔深1.5m。布置好周邊眼和掏槽眼后布置輔助眼，根據(jù)斷面形狀大小和最小抵抗線和鄰近系數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)布置[23]。（3-8）式中：同層內(nèi)崩落眼間距為，一般鄰近系數(shù)取0.8~1.0。根據(jù)計(jì)算可得輔助眼炮眼間距取400mm。共布孔65個(gè)。孔裝藥量為0.5kg。三采區(qū)12層-400十二層右片工作面爆破方案選擇通過(guò)對(duì)比兩種掏槽方式，斜眼掏槽適用于各種巖層，掏槽效果較好，本設(shè)計(jì)采取斜眼掏槽方式，對(duì)比斜眼掏槽的幾種方式，楔形掏槽方式爆力比較集中，爆破效果較好，槽腔體積較大[23]。故選擇楔形掏槽方式。則根據(jù)參數(shù)設(shè)計(jì)炮眼布置圖如下。圖3-5斜眼楔形掏槽炮眼布置圖圖3-6菱形掏槽炮眼布置圖起爆器材和起爆方法選擇為保證安全有效的起爆，工業(yè)炸藥的起爆要求使用起爆器材，常用的起爆方法有四中，分別是導(dǎo)火索、電力、導(dǎo)爆索和導(dǎo)爆管起爆[23]。具體方法見表3-7。表3-7常用工業(yè)炸藥起爆方法起爆方法定義導(dǎo)火索起爆法導(dǎo)火索起爆法是指利用導(dǎo)火索燃燒是產(chǎn)生的火焰先引爆火雷管，再由火雷管激發(fā)炸藥爆炸的起爆方法。帶有雷管的藥卷稱為起爆藥卷。電力起爆法電力起爆法是指利用電能引爆電雷管進(jìn)而激發(fā)炸藥爆炸的方法，工業(yè)電雷管簡(jiǎn)稱電雷管，按通是否允許用于有瓦斯或煤塵爆炸危險(xiǎn)的環(huán)境分為普通電雷管和煤礦許用電雷管導(dǎo)爆索起爆法導(dǎo)爆索起爆法是指用雷管激發(fā)導(dǎo)爆索，通過(guò)導(dǎo)爆索中的猛炸藥傳遞爆轟并引爆炸藥的一種起爆方法塑料導(dǎo)爆管起爆系統(tǒng)利用塑料導(dǎo)爆管為傳爆元件，并與起爆元件、鏈接元件及末端工作元件等構(gòu)成的起爆系統(tǒng)稱為塑料導(dǎo)爆管起爆系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱導(dǎo)爆管起爆系統(tǒng)根據(jù)《爆破安全規(guī)程》（GB6722-2003）的規(guī)定，本次設(shè)計(jì)選用電力起爆的方案。爆破連線方式有串聯(lián)、并聯(lián)、混聯(lián)三種方法，串聯(lián)法線路簡(jiǎn)單，檢查線路較易，導(dǎo)線消耗小，需準(zhǔn)爆電流小。并聯(lián)法線路導(dǎo)線電流消耗大，連接復(fù)雜，檢查不便。根據(jù)煤礦實(shí)際情況本設(shè)計(jì)選用串聯(lián)法連接線路。

巷道支護(hù)方式以及參數(shù)設(shè)計(jì)常用的支護(hù)結(jié)構(gòu)分類方案有很多種，但最簡(jiǎn)明的是按支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖的關(guān)系分類，按此方案支護(hù)結(jié)構(gòu)分為三類：棚子支護(hù)，錨桿支護(hù)，聯(lián)合支護(hù)。下面將對(duì)這三種類型的支護(hù)分別介紹，并提出幾種支護(hù)方案，最后根據(jù)鼎和煤礦三采區(qū)12層-400十二層右片具體地質(zhì)情況，選擇最優(yōu)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。提出并確定支護(hù)方案棚子支護(hù)相對(duì)落后，詬病很多，本次設(shè)計(jì)放棄這種支護(hù)方式。根據(jù)鼎和煤礦三采區(qū)段12-400十二層右片工作面現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)生產(chǎn)條件，首先提出以下五種支護(hù)方案，見表4-1。表4-1三采區(qū)12-400右片工作面支護(hù)方案支護(hù)方案方案特點(diǎn)方案一：錨桿支護(hù)在本方案中，錨桿是這種支護(hù)方式的主體，錨桿主要由桿體、錨固部分和外端承載裝置組成，錨桿的作用是通過(guò)改變圍巖的受力狀態(tài)以及圍巖深部巖層之間的力學(xué)關(guān)系等達(dá)到支護(hù)目的的一種方式方案二：錨桿＋錨索本方案是在錨桿支護(hù)的基礎(chǔ)上增加了錨索，形成錨桿錨索聯(lián)合支護(hù)，錨索也屬于錨桿的一種，預(yù)應(yīng)力錨索是把錨索固入巖層深部并進(jìn)行預(yù)應(yīng)力的施工技術(shù)，是一種傳遞主體結(jié)構(gòu)的支護(hù)應(yīng)力至深部穩(wěn)定巖層的主動(dòng)支護(hù)方式，方案三：錨桿＋鋼帶＋錨索本方案是在方案二的基礎(chǔ)上加上了鋼帶，通過(guò)鋼帶的作用將錨桿更加牢靠的固定在巖層上，如果說(shuō)網(wǎng)的作用是固定頂板防止小塊巖塊的散落，則鋼帶的作用是更加牢靠的固定錨桿方案四：錨桿＋網(wǎng)＋錨索＋鋼帶本方案是在方案三的基礎(chǔ)上增加了網(wǎng)，這種支護(hù)方式是用錨桿將鐵絲網(wǎng)或者鋼筋網(wǎng)塑料網(wǎng)等固定在巖壁上，網(wǎng)的主要作用是維護(hù)錨桿間的圍巖防止小塊松散巖塊掉落，并且可以增強(qiáng)支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體性能，對(duì)于頂板較碎的巷道有很好的作用方案五：錨網(wǎng)索帶＋U型棚本方案是在方案四的基礎(chǔ)上又增加了U型鋼支架支護(hù)，這種支架適用于受采動(dòng)較大的巷道，主要作用是承受頂壓的頂梁和支撐頂梁并承受側(cè)壓方案對(duì)比分析：方案一是單一的錨桿支護(hù)，只解決了點(diǎn)的問(wèn)題，線和面沒(méi)有沒(méi)有解決，支護(hù)效果比較差；方案二在方案一的基礎(chǔ)上加了錨索，在一定程度上加強(qiáng)了支護(hù)效果，但依然沒(méi)有解決線和面的問(wèn)題；方案三：在方案二的增加了鋼帶，進(jìn)一步增強(qiáng)了支護(hù)效果，解決了線的問(wèn)題，但依舊無(wú)法解決面的問(wèn)題，對(duì)于頂板碎石掉落無(wú)法預(yù)防。方案四總的來(lái)說(shuō)比較全面，增加了網(wǎng)，比較好的解決了點(diǎn)線面的問(wèn)題；方案五增加了U型棚，這種方案在頂板破碎嚴(yán)重，沖擊地壓大的工作面比較適用。通過(guò)上面對(duì)各類方案的介紹分析，再結(jié)合本礦和設(shè)計(jì)區(qū)段的實(shí)際情況和技術(shù)，本次設(shè)計(jì)最后選擇：錨桿＋網(wǎng)＋錨索＋鋼帶支護(hù)方案。巷道支護(hù)材料及支護(hù)參數(shù)確定支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)1）錨桿長(zhǎng)度L可由下式計(jì)算：（4-1）式中：①錨桿外露長(zhǎng)度L1的確定一般L1=0.15m。②錨桿有效長(zhǎng)度L2的確定根據(jù)煤層情況，十層煤層上方有0.6m泥巖在作業(yè)時(shí)清理掉。上方有0.4m細(xì)粒砂巖，L2大于0.4m。由于煤的堅(jiān)固性系數(shù)為1.9，小于2，確定L2：L2=0.7m。③錨桿錨固長(zhǎng)度L3的確定L3=0.3～0.4m因此，頂錨桿長(zhǎng)度：L=L1+L2+L3=0.15+0.7+0.3=1.15m取1.5m。幫錨桿長(zhǎng)度：L=L1+L2+L3=0.15+1.2+0.3=1.65m取2.0m。錨桿間排距：錨桿間排距試驗(yàn)證明單體錨桿對(duì)圍巖的控制范圍，并不因錨桿的錨固能力和長(zhǎng)度的增加而增大，因此安全的方法是按散體圍巖確定其間排距。間排距小于等于錨桿長(zhǎng)度的一半，所以600mm為錨桿間距[24]。錨桿桿體直徑：（4-2）式中：通過(guò)計(jì)算得出的結(jié)果，一般不大于常用錨桿的直徑16mm，但結(jié)構(gòu)要求錨桿的直徑不宜小于14mm，同時(shí)還應(yīng)滿足規(guī)程規(guī)定。頂錨桿取22mm幫錨桿取22mm5）錨桿角度和頂?shù)装遄罱腻^桿與水平線成30°安裝，頂板錨桿和頂板垂線之間為19°[24]。6）錨索支護(hù)參數(shù)的確定①錨索長(zhǎng)度的確定 （4-3） 通過(guò)計(jì)算結(jié)合實(shí)際錨索長(zhǎng)度可以取6m。式中：②錨索排距（4-4）式中：根據(jù)工程實(shí)際情況，每隔2排錨桿打一排錨索，因此確定錨索排距為1.6m。③錨索間距(5-5)根據(jù)工程實(shí)際情況，取2.4m。式中：n—排數(shù)；B—巷道寬度，3.7m。三采區(qū)十二層右片巷道支護(hù)參數(shù)確定鼎和煤礦三采區(qū)十二層右面運(yùn)輸巷道支護(hù)和回風(fēng)巷道具體參數(shù)分別見下表4-2和5-3。表4-2三采區(qū)十二層右片運(yùn)輸巷道支護(hù)參數(shù)三采區(qū)十二層右片運(yùn)輸巷道支護(hù)參數(shù)頂板支護(hù)參數(shù)幫支護(hù)參數(shù)錨桿桿體為22號(hào)左旋無(wú)縱筋螺紋鋼筋，鋼號(hào)為首鋼生產(chǎn)的MSG500，長(zhǎng)度為1.5m，桿尾螺紋為M24。錨桿排距800mm，每排7根錨桿，間距600mm。錨桿全部垂直頂板打設(shè)，兩端錨桿與垂線成15°角打設(shè)。桿體為22號(hào)左旋無(wú)縱筋螺紋鋼筋，鋼號(hào)為首鋼生產(chǎn)的MSG500，長(zhǎng)度為2.0m，桿尾螺紋為M24。錨桿排距600mm，高幫每排6根錨桿，低幫每排4根錨桿，間距600mm?？拷敯迮c底板的幫錨桿安設(shè)角度與水平線成30°，其他錨桿全部垂直巖面打設(shè)。錨固方式樹脂全長(zhǎng)錨固，采用四支低粘度樹脂藥卷，一支規(guī)格為MSK2630，另三只規(guī)格為MSM2669，鉆頭直徑為30mm。樹脂全長(zhǎng)錨固，采用四支低粘度樹脂藥卷，一支規(guī)格為MSK2630，另三只規(guī)格為MSM2669，鉆頭直徑為30mm。續(xù)表4-6三采區(qū)十二層右片運(yùn)輸巷道支護(hù)參數(shù)三采區(qū)十二層右片運(yùn)輸巷道支護(hù)參數(shù)頂板支護(hù)參數(shù)幫支護(hù)參數(shù)錨桿配件采用高強(qiáng)錨桿螺母M24，配合高強(qiáng)托板調(diào)心球墊和尼龍墊圈，托盤采用拱形高強(qiáng)度托盤，承載能力不低于300KN，托盤拱高不低于36mm，厚度不低于10mm。采用高強(qiáng)錨桿螺母M24，配合高強(qiáng)托板調(diào)心球墊和尼龍墊圈，托盤采用拱形高強(qiáng)度托盤，承載能力不低于300KN，托盤拱高不低于36mm，厚度不低于10mm。W鋼護(hù)板采用W鋼護(hù)板，厚度4mm，寬度280mm，長(zhǎng)度450mm。采用W鋼護(hù)板，厚度4mm，寬度280mm，長(zhǎng)度450mm。網(wǎng)片采用網(wǎng)護(hù)頂，材料為10號(hào)鐵絲，網(wǎng)孔規(guī)格50mm×50mm，規(guī)格3550mm×1000mm。用16號(hào)鉛絲聯(lián)接，雙絲雙扣，孔孔相連。采用網(wǎng)護(hù)頂，材料為10號(hào)鐵絲，網(wǎng)孔規(guī)格50mm×50mm，網(wǎng)片規(guī)4000mm×1000mm，低幫網(wǎng)片規(guī)格1900mm×1000mm，用16號(hào)鉛絲聯(lián)接，雙絲雙扣，孔孔相連。錨索直徑22mm，1×19股高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，，長(zhǎng)度6000mm，鉆孔直徑30mm，采用一支MSK2335和兩支MSZ2360樹脂藥卷錨固，平均每排錨桿打2根錨索，排距1600mm，錨索間距2400mm。垂直頂板打表4-3三采區(qū)十二層右片回風(fēng)巷道支護(hù)參數(shù)三采區(qū)十二層右片回風(fēng)巷道支護(hù)參數(shù)頂板支護(hù)參數(shù)幫支護(hù)參數(shù)錨桿桿體為22號(hào)左旋無(wú)縱筋螺紋鋼筋，鋼號(hào)為首鋼生產(chǎn)的MSG500，長(zhǎng)度為1.5m，桿尾螺紋為M24。錨桿排距800mm，每排7根錨桿，間距600mm。錨桿全部垂直頂板打設(shè)，兩端錨桿與垂線成15°角打設(shè)。桿體為22號(hào)左旋無(wú)縱筋螺紋鋼筋，鋼號(hào)為首鋼生產(chǎn)的MSG500，長(zhǎng)度為2.0m，桿尾螺紋為M24。錨桿排距600mm，高幫每排6根錨桿，低幫每排4根錨桿，間距600mm?？拷敯迮c底板的幫錨桿安設(shè)角度與水平線成30°，其他錨桿全部垂直巖面打設(shè)。錨固方式樹脂全長(zhǎng)錨固，采用四支低粘度樹脂藥卷，一支規(guī)格為MSK2630，另三只規(guī)格為MSM2669，鉆頭直徑為30mm。樹脂全長(zhǎng)錨固，采用四支低粘度樹脂藥卷，一支規(guī)格為MSK2630，另三只規(guī)格為MSM2669，鉆頭直徑為30mm。錨桿配件采用W鋼護(hù)板，厚度4mm，寬度280mm，長(zhǎng)度450mm。采用高強(qiáng)錨桿螺母M24，配合高強(qiáng)托板調(diào)心球墊和尼龍墊圈，托盤采用拱形高強(qiáng)度托盤，承載能力不低于300KN，托盤拱高不低于36mm，厚度不低于10mm。W鋼護(hù)板采用W鋼護(hù)板，厚度4mm，寬度280mm，長(zhǎng)度450mm。采用W鋼護(hù)板，厚度4mm，寬度280mm，長(zhǎng)度450mm。網(wǎng)片采用網(wǎng)護(hù)頂，材料為10號(hào)鐵絲，網(wǎng)孔規(guī)格50mm×50mm，規(guī)格3550mm×1000mm。用16號(hào)鉛絲聯(lián)接，雙絲雙扣，孔孔相連。采用網(wǎng)護(hù)頂，材料為10號(hào)鐵絲，網(wǎng)孔規(guī)格50mm×50mm，網(wǎng)片規(guī)4000mm×1000mm，低幫網(wǎng)片規(guī)格1900mm×1000mm，用16號(hào)鉛絲聯(lián)接，雙絲雙扣，孔孔相連。錨索錨索材料為直徑22mm，1×19股高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，延伸率7%，長(zhǎng)度6000mm，鉆孔直徑30mm，采用一支MSK2335和兩支MSZ2360樹脂藥卷錨固，錨固長(zhǎng)度1700mm。平均每排錨桿打2根錨索，排距1600mm，錨索間距2400mm。全部垂直頂板打設(shè)錨索材料為直徑22mm，1×19股高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，延伸率7%，長(zhǎng)度4500mm，鉆孔直徑30mm，采用一支MSK2335和兩支MSZ2360樹脂藥卷錨固，錨固長(zhǎng)度1700mm。平均每排錨桿打2根錨索，排距1600mm，錨索間距2400mm。全部垂直頂板打設(shè)（3）高幫加強(qiáng)支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)錨索桁架聯(lián)合控制技術(shù)錨索桁架結(jié)構(gòu)由專用桁架連接器和2根預(yù)應(yīng)力錨索組成，專用連接器集成了連接和鎖緊功能，同時(shí)能降低或消除錨索和連接器的錨索伸入孔處所形成的剪切力，使連接器構(gòu)件不易損壞，它能將桁架錨索系統(tǒng)中的2根高預(yù)應(yīng)力錨索有效連接并鎖緊在一起，最大程度地發(fā)揮錨索桁架系統(tǒng)的承載性能[25]。高幫支護(hù)參數(shù)為：桁架與水平方向角度為15°，錨索伸入窄煤柱長(zhǎng)度4.5m，孔口幫距為2.4m。樹脂錨固高幫錨桿密度為6根/排，排距為800mm，錨索預(yù)緊力為10t。高幫加強(qiáng)支護(hù)如圖4.2所示圖4.2錨索桁架支護(hù)方案開切眼支護(hù)參數(shù)在下表4-8中具體體現(xiàn)，同時(shí)根據(jù)具體參數(shù)畫出開切眼支護(hù)設(shè)計(jì)圖如圖4.3所示。表4-8開切眼具體支護(hù)參數(shù)三采區(qū)十二層右片運(yùn)輸巷道支護(hù)參數(shù)頂板支護(hù)參數(shù)幫支護(hù)參數(shù)錨桿桿體為22號(hào)左旋無(wú)縱筋螺紋鋼筋，鋼號(hào)為首鋼生產(chǎn)的MSG500，長(zhǎng)度為1.5m，桿尾螺紋為M24。錨桿排距800mm，每排7根錨桿，間距600mm。錨桿全部垂直頂板打設(shè)，兩端錨桿與垂線成15°角打設(shè)。桿體為22號(hào)左旋無(wú)縱筋螺紋鋼筋，鋼號(hào)為首鋼生產(chǎn)的MSG500，長(zhǎng)度為2.0m，桿尾螺紋為M24。錨桿排距600mm，高幫每排6根錨桿，低幫每排4根錨桿，間距600mm?？拷?shù)装宓膸湾^桿安設(shè)角度與水平線成30°，其他錨桿垂直巖面打設(shè)。錨固方式樹脂全長(zhǎng)錨固，采用四支低粘度樹脂藥卷，一支規(guī)格為MSK2630，另三只規(guī)格為MSM2669，鉆頭直徑為30mm。樹脂全長(zhǎng)錨固，采用四支低粘度樹脂藥卷，一支規(guī)格為MSK2630，另三只規(guī)格為MSM2669，鉆頭直徑為30mm。錨桿配件采用高強(qiáng)錨桿螺母M24，配合高強(qiáng)托板調(diào)心球墊和尼龍墊圈，托盤采用拱形高強(qiáng)度托盤，承載能力不低于300KN，托盤拱高不低于36mm，厚度不低于10mm。采用高強(qiáng)錨桿螺母M24，配合高強(qiáng)托板調(diào)心球墊和尼龍墊圈，托盤采用拱形高強(qiáng)度托盤，承載能力不低于300KN，托盤拱高不低于36mm，厚度不低于10mm。W鋼護(hù)板采用W鋼護(hù)板，厚度4mm，寬度280mm，長(zhǎng)度450mm。采用W鋼護(hù)板，厚度4mm，寬度280mm，長(zhǎng)度450mm。網(wǎng)片采用網(wǎng)護(hù)頂，材料為10號(hào)鐵絲，網(wǎng)孔規(guī)格50mm×50mm，規(guī)格3550mm×1000mm。用16號(hào)鉛絲聯(lián)接，雙絲雙扣，孔孔相連。網(wǎng)護(hù)頂，材料為10號(hào)鐵絲，網(wǎng)孔規(guī)格50mm×50mm，網(wǎng)片規(guī)4000mm×1000mm，低幫網(wǎng)片規(guī)格1900mm×1000mm，用16號(hào)鉛絲聯(lián)接，雙絲雙扣，孔孔相連。錨索直徑22mm，1×19股高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，，長(zhǎng)度6000mm，鉆孔直徑30mm，采用一支MSK2335和兩支MSZ2360樹脂藥卷錨固，平均每排錨桿打2根錨索，排距1600mm，錨索間距2400mm。垂直頂板打圖4.3開切眼支護(hù)設(shè)計(jì)

結(jié)論本設(shè)計(jì)通過(guò)概述了國(guó)內(nèi)外巷道圍巖控制現(xiàn)狀，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工程背景資料進(jìn)行理論分析，并結(jié)合工程實(shí)際對(duì)鼎和煤礦三采區(qū)12層-400右片回采巷道巷道圍巖支護(hù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，其結(jié)論為：（1）本設(shè)計(jì)中對(duì)留設(shè)大煤柱巷道、沿空留巷、沿空掘巷三種巷道布置的各自優(yōu)劣進(jìn)行了對(duì)比，并結(jié)合新安礦的實(shí)際技術(shù)條件和該區(qū)段的實(shí)際情況，最后使用留礦大煤柱的巷道布置方式為最終方案。并結(jié)合理論和實(shí)地情況確定了留設(shè)的煤柱寬度為27m。（2）通過(guò)分析兩種掘進(jìn)方式，最后結(jié)合實(shí)際和技術(shù)條件，確定采用爆破掘進(jìn)方式，同時(shí)采用光面爆破方式，反向裝藥結(jié)構(gòu)和電雷管起爆法進(jìn)行爆破。分析兩種掏槽方式，確定使用斜眼楔形掏槽方案和菱形掏槽方案，楔形掏槽有6個(gè)掏槽孔，分為三組，掏槽孔排距是500mm，掏槽角為75°。菱形掏槽方案中布四個(gè)掏槽眼，眼距480mm。根據(jù)理論計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，確定輔助眼間距為400mm，周邊眼間距為500mm，底眼間距為600mm，最小抵抗線為300mm。采用反向裝藥結(jié)構(gòu)和電雷管起爆法進(jìn)行爆破。

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