玻璃钢锚杆支护设计.doc

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。
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。
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3～6m。井田内该煤层厚度1.20～1.95m，平均1.58m，一般含有1～2层夹矸，夹矸厚度0.13～0.30m，煤层倾角7～25°，煤层硬度中等，一般f=2～3。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）503
5046号煤
顶板泥岩3.2503
5046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1.02.22080080028帮锚杆1.02.02080080028锚索2.06.315.241500300028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