松藻煤電打通一礦7#煤
運輸巷錨網梁支護優化設計
重慶工程職業技術學院
松藻煤電打通一礦7#煤運輸巷
錨網梁支護優化設計專案組
二〇一六年三月
m7-3煤層，厚度為0.70～1.20m，平均煤厚 0.
95m。黑色半亮型，質純、性脆，節理較發育，含黃鐵礦結核及晶粒，頂部含泥質較重，煤層中下部夾一層厚度不穩定的軟分層。綜合地層柱狀圖見圖1.
1所示。
圖1.1 7#煤綜合地層柱狀圖
瓦斯：工作面平均瓦斯含量19.1/t，瓦斯湧出量1.
5/min；在掘進期間，加強防突管理，防止煤與瓦斯突出。7#煤層的自燃傾向性等級都屬ⅱ類，屬自燃煤層。7#煤層最短自然發火期為81天。
採用ebz-135型掘進機一次性切割成巷法，採用yt-29風動鑿岩機施工幫錨桿或頂錨桿和mqt-130/2.8型錨索機施工頂錨桿（包括攪拌）。
運輸巷斷面形狀採用直牆圓弧拱，巷寬×巷高=4100×3350mm，掘進斷面為13.04m2，淨斷面為11.48m2。
採用錨網梁聯合支護。頂錨桿選用φ=18mm、l=2000mm等強左旋螺紋鋼錨桿，間排距為700mm×800mm；幫錨桿選用φ=16mm、l=1600mm等強左旋螺紋鋼錨桿，間排距為700mm×800mm；金屬網採用12#鉛絲編制的菱形金屬網。原巷道支護形式如圖1.
2所示。
圖1.2運輸巷巷道支護斷面及錨桿支護圖
結合相鄰礦井（渝陽煤礦）7#煤的相關物理引數見表1.1所示。
表1.1 7#煤岩石試件基本物理力學引數
通過表1.1和綜合柱狀圖分析可知，7#煤底板較軟，頂板有一層3.8m厚的細砂岩，可作為關鍵層，也是本次優化設計的能否成功的關鍵層。
固壓理論指錨桿（或錨索）的部分杆體（或尾部端頭）固定在圍岩中，錨頭（包括螺母、托盤和托樑）壓迫圍岩岩面，約束圍岩外移（徑向移動），錨頭對圍岩的壓力同時轉化為錨桿受到的拉力，這種拉力也約束了（通過錨固劑和錨桿杆體本身）圍岩的切向移動。
錨桿對圍岩的壓力提高了錨固體的力學引數，包括錨固體破壞前和破壞後的力學引數，改善錨固體的力學效能。
這種理論既強調「固」，又重視「壓」，二者缺一不可。為破碎及鬆軟岩石的支護提供了理論依據。
「固」：錨桿固定在相對穩定的區域。如原岩應力區、彈性區、塑形區（主要承重區）、鬆動圈（能形成次生承載區，如壓縮拱等）。
「壓」：早期重視預應力的作用。沒有錨桿對破碎岩體的擠壓，就無法形成次生承載區，也不能提高錨固體的力學效能。
該理論對軟岩和破碎頂板支護提供了有利的支撐依據。
採用扭力放大器，見圖2.1所示。它能夠在原有力矩的基礎增大3~3.
5倍, 即原礦採用mqt-130/2.8型氣動錨桿鑽機的額定扭矩為130n·m，即採用扭力放大器後，能將力矩增加到390~455n·m。
圖2.1 扭力放大器實物圖
增大錨桿、錨索的直徑，可有效的提高錨桿、錨索的強度。
當錨桿、錨索直徑增加時，可進一步提高錨桿、錨索的強度。
錨桿直徑為18mm、20mm及22mm時的破斷載荷分別為135kn、160 kn和234 kn。對錨桿受力擴散分析如下。
（1）原方案
採用原方案共採用13根錨桿，間排距為700mm×800mm，按折算成排距為1m計算共需要錨桿16.25根，整個斷面錨桿受力為2193.75kn，每平公尺表面受力為168.
23 kn。
（2）間排距均為900mm
當錨桿間排距均為900mm時，錨桿的直徑增加到20mm，共需要錨桿11根，按折算成排距為1m計算共需要錨桿12.22根，整個斷面錨桿受力為1955.2kn，每平公尺表面受力為149.
94 kn。
（3）間排距均為1200mm
當錨桿間排距均為1200mm時，錨桿的直徑增加到22mm，共需要錨桿9根，按折算成排距為1m計算共需要錨桿7.5根，整個斷面錨桿受力為1755.00kn，每平公尺表面受力為134.
59 kn。
通過對錨桿支護巷道表面受力分析可知，當錨桿直徑增加、錨桿排距增大的情況下，巷道表面受力是降低的。因此，可以得出錨桿直徑和排距增加的情況下，巷道表面受力是降低的，進一步得出在實際錨桿支護過程中，不能大幅度的提高錨桿的排距。
煤巷錨桿支護設計應採用動態設計方法。設計應在地質力學評估的基礎上按以下程式進行：初始設計井下監測資訊反饋正式設計。
當巷道圍岩條件發生變化時，要及時改變巷道錨桿支護設計，做到既不過度支護又能保證支護安全。因此，根據具體地質條件的不同，同一礦井、同一煤層、同一巷道的不同區域、不同地段，可選擇不同的支護形式和引數。
本次分析採用flac3d有限差分軟體進行數值模擬。flac3d (fast lagrangian analysis of continua連續介質快速拉格朗日分析)是一種顯式差分程式，於2023年由美國itasca公司( itasca consulting group，inc ) 開發。該程式的基本原理和演算法與離散元法相似，但它應用了節點位移連續的條件，可以對連續介質進行大變形分折。
flac3d程式可以模擬11種模型的材料，可以進行邊坡、基礎、壩體、隧道、地下開採、洞室等問題的模擬分析。flac3d還具有很強的前處理功能和後處理功能。由於該程式特別適合於岩土工程問題分析，得到國際岩土界的認可，因此本次分析選用它作為模擬工具。
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