锚杆支护参数设计.docx

《锚杆支护参数设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《锚杆支护参数设计.docx（14页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。

1、煤巷锚杆支护参数设计方法煤巷的突岀特点就是承受采动支承压力，围岩裂开，变形量大。巷道锚杆支护设计，首先要对巷道所经受 采动影响过程及影响程度进展准确的评估，对巷道使用要求和设计目标要予以准确定位。比方，是按采动 影响时的支护难度设计支护，还是依据采动影响前的使用要求设计，不同的设计思想，结果大不一样。 目前，我国煤巷支护设计方法大致分为三类，即工程类比法、理论计算法及实例法。1） 工程类比法工程类比法是当前应用较广的方法。它是依据已经支护的类似工程的阅历，通过工程类比，直接提岀支护 参数。它与设计者的实践阅历有很大关系。然而， 要求每一个设计人员都具有丰富的实践阅历是不切实际 的。为了将特定岩

2、体条件下的设计与个别的工程相应条件下的实践阅历联系起来进展工程类比，做岀比较 合理的设计方案，正确的围岩分类是格外必要的。进展围岩分类后，就可依据不同类别的岩层，确定不同 的支护形式和参数。1巷道围岩分类方法围岩分类方法的争论工作历史悠久，早在 18 世纪，在采矿及各地下工程已开头用分类的方法争论围岩的稳定性。随着采矿和人们对岩石物理力学性质生疏的不断深入，国内外围岩分类争论得到了快速进展，据不 完全统计，有影响的围岩分类有五六十种之多。a. 普氏岩石分级法该法用岩石结实性系数 f 普氏系数来对围岩分类，f 值等于岩石的单向抗压强度除以10。结实性系数是岩石间相对的结实性在数量上的表现，它最重

3、要的性质在于不管是何种抗力，以及这种抗力是如何引起 的，而赐予岩石相互之间进展比较的可能性。普氏岩石分级法来自实践，并且有抽象概括的程序可取，所 提岀的岩石结实性系数值简洁明确，到目前仍有肯定的使用价值。b. 煤矿锚喷支护围岩分类|为了适应巷道锚杆支护的需要，原煤炭工业部公布的煤炭井巷工程锚喷支护设计试行标准制定了煤矿 锚杆支护围岩分类，见表 1。该分类综合考虑了岩石的单向抗压强度、岩体构造和构造面发育状况、岩体 完整性系数、围岩稳定时间等多种因素，是一种典型的多指标分类方法。c. 围岩松动圈分类围岩松动圈是一个定量的综合指标，它是建立在对巷道围岩实测的根底上，几乎不作任何假设，用现场实 测和

4、模拟试验，争论围岩状态，找岀围岩松动圈这一综合指标，用来作为围岩分类的依据。这一分类方法 简洁、直观性强、易于把握，受到众多煤矿巷道设计与施工人员的欢送。经过大量的现场松动圈测试及其与巷道支护难易程度相关关系的调研之后，依据围岩松动圈的大小将围岩 分成小松动圈，中松动圈、大松动圈三大类六小类，如表2 所示。g围岩分类表 1 煤矿锚杆支护围岩分类巷道开挖后围岩类别名称岩层锚述的稳定状态35m 跨度岩种举例完整的玄武1.完苹宰硬岩层 RbeOMPa, 不围岩根本稳岩、石英质砂岩.易风化；定，长期不支护奧陶纪石灰岩、2 层状岩胶结好，无脆弱夬层无碎块掉落现象茅口灰岩、大冶厚层灰岩I 稳定围岩II 稳

5、定性 较1完整比较坚硬岩层围岩根本稳R=4060MPa定，较长时间不胶结好的砂竝岩层?戻状岩戻.胶结较好支护会消灭小块岩、砾岩、大冶3 坚硬块状岩层，裂隙面闭合， 掉落无泥质充填物，2?b60MPa1完整的中硬岩层Rb=2010MPa厚层灰岩III III中等 稳定2 层状岩层以坚硬层为主，夹能维持一个月砂岩、砂质页岩层有少数软岩层3.比较坚硬的块状岩层 &=4060MPa以上稳定，会产生局部岩块掉落岩、粉砂岩、灰岩、硬质凝灰岩1 较软的完整岩层 ,Rb300待定护下无稳定 期。总结我国近十年多煤巷锚杆支护的实践，并吸取国外先进阅历根底上，以工程类比法为主要依据提出的煤巷锚杆支护形式及主要支护

6、参耳I巷道 类表 3 巷道顶板锚杆支护形式与主要支护参数选择巷道围 岩别状况根本支护形式主要支护参数i整休砂岩、石抿岩类岩层：不格外稳定 支护其他岩层：单体锚杆ii稳定顶扳较完整：单体锚杆顶板较裂开：锚杆亠网端锚 杆体直径： 锚杆长度：排间距：0.41 2m 设计锚固力：54-S0kN端锚杆体直径：1618mmr审田杆长度：1.6-2 Om+ 排间距；0.81.0m设计锚固力：64-S0kN端锚 杆体直径；16-18mm 锚杆长 ji:顶板较完整：锚杆-钢筋梁或桁l.S-2.2m 排间距：0.6-L0m 设计锚固架力：680kN 全长锚固杆低直径： 锚杆in中等稳定顶扳较裂开：锚杆-钢带亠网，

7、或增加锚索桁架网，或增加锚索IV 不稳定锚杆 7V 飙带+网。或增加锚索桁架+网，或增加锚索长度：l-X Am 排间能：0.6-1.Om全长锚固杆体直径：lS-22nun 锚杆长度：i-EYTm 排间距：0.67 OmX 顶板较完整：锚杆于金属可 缩支架.或增加锚索V 2 顶板较裂开：锚杆-网-金属 可缩支架，或增加锚索，或加固 围岩3. 底鼓严峻：错杆“环形可缩 支 全长锚固杆体直径：18-2 2mm 锚林长架2 理论计算法度：22-2.6m 排间距：0.6-1.Qm 9 疣好安舍曲在岩石力学支护理论的进展历程中，人们试图做像地面构造那样能够较为准确地确定支护荷载，用理论计 算方法设计支护构

8、造，这是岩石力学工作者长期追求和奋斗的目标。经过众多学者和科技工作者的长期研 究和实践，理论设计支护日渐完善，成为很多国内外专家巷道支护设计的主要手段。目前，常用的锚杆支护参数设计方法有以下几种：（1） 悬吊作用理论设计锚杆支护参数；（2） 承压拱理论设计锚杆支护参数；（3） 松动圈支护理论设计锚杆支护参数；(4) 扩容理论设计锚杆支护参数3)实测法依据现场实际观测资料，利用岩石力学原理与数理统计方法进展巷道支护的设计方法已被很多国家承受。 我国一些矿区，利用超声仪实测巷道围岩松动圈的方法，进展软岩锚喷网支护参数的设计，取得了较好效 果。澳大利亚、英国利用对围岩特性的综合测量结果，进展支护系统

9、的设计。观看内容锚杆支护参有地应力、顶板岩 层位移及锚杆承载特性等参数，依据实测资料、巷道的地质环境及岩石力学原理，确定支护的参数。煤巷数和设计方法确实定锚杆支护参数确定方法取决于锚杆支护理论，锚杆支护理论不同，锚杆支护参数确实定方法也不同。1 悬吊作用理论设计锚杆支护参数1) 锚杆长度确实定L=L1+L2+L3式中 L 锚杆长度，m；L1 -锚杆外露长度，m； L2锚杆有效长度，m；L3锚杆锚固长度，m(1) 锚杆外露长度 L1 确实定L1=垫板厚度+螺母厚度+ (0.020.03 ) m一般 L 仁 0.15m。(2) 锚杆有效长度 L2 确实定锚杆有效长度 L2 确实定方法有三种，一是承

10、受声波法测出巷道围岩松动圈范围；二是承受岩层探测 进展测量；三是承受解释法中普式自然平衡拱理论确定L2。a. 岩层探测确定 L2b. 普式自然平衡拱理论确定 L2巷道顶锚杆有效长度 L2 确实定：式中 o锚杆锚固力，t；K 一苗杆安全系数，取三-3;S苗杆有效长度，H1；G3 时，L= 2/f2 时，Z. =f巷道帮锚杆有效长度公确实定:式中 f普氏系数；B巷道跨度，mH 巷道掘进高度，m内摩擦角，0。3锚杆锚固长度 L3 确实定L3 = 0.30.4m2） 锚杆间排距确实定对锚杆支护巷道，考虑施工工艺通常取间排距相等，锚杆间排距D 按下式计算:DK 0.5L3） 锚杆直径确实定4锚杆锚固力计

11、算锚杆锚固力可按下式计算：O = KL,D2 r锚杆直径 d 可按下式计算：视密度 72 组合梁理论设计锚杆支护参数用组合梁理论设计锚杆的支护参数适用于层状岩体，裂隙发育的平顶巷道。计算公式如下:a. 锚杆的长度仁-1.9351 i-式中 I苗杆长度，LI-外露长度，一般取dim;/:： 锚杆的有效长度，m;h-锚杆的锚固长度，一般取 0.2-0.3m; L巷道浄跨度，m;島一全系数；机掘取 43,炮掘取 45,巷道受采动影响取齐 6P 一层状岩石上部的均匀载荷,MPa;卩一与组合层数有关的系数；当组台岩层数为IV、3 时，分别对应 1、0,75. 0 卫当组合层数时，V 取 0.65;6岩层

12、抗拉计算强度，可取试验强度的 0.40.8 倍，MPa;乙原岩水平应力，MPa O 刃沪壬.杯 卩为泊”疣/安奄$b. 锚杆间距所选锚杆长度，须验算组合粱各岩层面间不发生相对滑动，并保证最下面一 层岩层的稳定性，即锚杆间距满足下式要求：a W51.55“式中 a锚杆间排距，m;“ 下层岩层厚度，H1; g下层岩层抗拉计算强度，可取试验强度的 0.30.4 倍，MPa； P下层岩石自重均匀载荷，MPa。组合梁理论只适合于层状顶板锚杆支护妁设计，对于巷道的帮、底不适用。 组合梁厚度越大，梁的最大应变值越小V 组合梁充分考虑了锚杆对离层及滑动的约束作用，原理上对锚杆作用分析的比较全面，但是它存在以下

13、明显缺点。a. 绢合梁有效纟日合厚度很难确定。它涉及到影响锚杆的众多因素，目前还 没有一种方法可以比较牢靠地估量有效组合厚度。b. 没有考虑水平应力对组合梁强度、稳定性及锚杆荷载的作用。其实，在 水平应力较大的巷道中，水平应力是顶板破坏、失稳的主要原组合拱理论设计锚杆支护参数，一般用于巷道围岩裂开，巷道断面为拱顶的 巷道。该理论认为：在沿拱形巷道周边布置锚杆后，在预紧锚杆力的作用下，每 根锚杆都有肯定的应力作用范围，只要取合理的锚杆间距，其应力作用范围会相 互重養，从而形成一连续的挤压加固带一即厚度较大的组合拱，该加固带的厚度 是一般砌磧支护厚度的数倍。故能更为有效地抵抗围岩应力，削减围岩变形

14、，其 支护效果将会好于一般的砌龜支护。组合拱理论充分考虑了锚杆支护的整体作 庄，在软岩巷道中得到较为广泛的应用。按组合拱理论确定锚杆支护间排距，组合拱厚度：b = (lytga -a)/tga式中 b0 合拱厚度，m;ly - 锚杆的有效长度，m, /y=/-/i ；a苗杆的间排距，m, a = (/v - b)tga ;为了在围岩中形成肯定厚度的挤压加固拱，锚杆长度应大于锚杆间距的两 倍。锚杆参数取值时，可按以下阅历公式计算。a. 锚杆长度确实定式中 L苗杆全长；Lx锚杆外露长度，一般取厶i=0.15m,厶=垫板厚度+螺母厚度+0.030.05 m；Li苗杆的有效长度，m；B组合拱厚度，由阅

15、历值：IV 类围岩取 0.9； V 类围岩取 1.1； VI 类围岩 取 14 松动圈分类法；d 苗杆在裂开岩体中的掌握角试验得效果最好为 45，度；M锚杆间排距，m;厶 3- 苗杆锚固段长度，一般X3=0.3、0.4m；b. 锚杆间距D 1.5m 时，按组合拱理论设计锚杆支护参数。e. 顶板“斜锚杆”格外重要，其锚固要牢靠，长度要伸入到两帮上方肯定深度。f. 一般条件下，金属网或塑料网是必需的，当围岩裂开或者松动圈大于1.5m，要敷设钢带，以提高锚杆的整体性和支护力量，两帮压力大时也需敷设钢带或钢筋梯。_|g. 围岩裂开或变形压力大的条件下，宜选用锚固牢靠、承载力量较大锚固力大于6t 的锚杆

16、，沿空掘巷的沿空侧，须承受全长锚固式锚杆。综上所述，松动圈理论确定锚杆支护参数如下：a.锚杆长度确定当松动圈厚度 L=0.41.5m 时，称为中松动圈，此时，围岩的碎胀力比较明显，L 值一般小于常用锚杆长度， 因此在设计上可承受悬吊理论。锚杆长度计算公式为：L=kh+L1+L2式中 L 锚杆长度，m；H不稳定地层厚度，mK安全系数，一般依据巷道的重要程度及效劳年限，取h不稳定地层厚度，mL1锚杆外露长度，m, 般取值 0.1m;k=12.5 ;L2锚杆锚入稳定地层的深度，m, 般取值 0.30.4m。传统悬吊理论的最大困难在于如何准确判定不稳定地层的厚度因此，在确定锚杆长度时直接取松动圈值代表

17、不稳定地层厚度h。松动圈的厚度系实测数值，准确性较高。h，取安全系数 k=11.5。当围岩裂隙发育或者围岩松动圈静态值 Lp0、动态值 Lpd 均大于 1.5m 时，形成的“锚固层组合拱”是锚杆支护的主要作用机 理。锚杆在锚固力的作用下，将裂开了的岩石组织起来，提高其剩余强度，形成肯定厚度的锚固层。随着 围岩的变形，锚固层中将进一步形成次生的“压力拱”承受地压。在跨度和巷道高度肯定的条件下，锚杆越长，“压力拱”的厚度越大，承载力越高。理论和实践证明，动态松动圈大于静态松动圈 择松动圈值时要视巷道是否受动压影响来确定，一般受动压影响的巷道选用动态值LpO,两者的本钱是不一样的。b.锚杆间排距确实

18、定按组合拱理论确定锚杆支护间排距，组合拱厚度：式中 b 一合拱厚度，m;ly - 锚杆的有效长度，因此，在选Lpd 否则选择静态值a杆的间排距* m, a = ly - btga ；Q苗杆在松散体中的掌握角”c,锚杆直径确实定rf=L/110式中 d锚杆直径，mm; 5 锚索支护参数的设计1锚索长度确实定=0 3+3 * G1.7=5 6m式中 X】苗索外霧长度，取 03ni；X3锚索锚固长度，取 1.7m； X2潜在不稳定岩层高度，m；X2 =BB 为巷道跨度，m2 锚索排距s=3 b /4B2 Y k。式中 b 每根锚索最低破断载荷， 260 kN ;Y煤岩体积力，kN/m3;B 巷道宽度

19、 mk安全系数，取(3 )锚索间距m=0.85B/n式中 n排数;0.5 ;B巷道宽度，m。锚固长度依据拉拔试验数据，考虑到岩性和施工等影响因素及安全系数确定锚固长度。实践说明:水泥砂浆锚索锚固长度2.5m 树脂药包锚索锚固长度1.0m锚索的破坏形式一般是胶结体与钢绞线的粘结被破坏，锚索从胶结体中被拔岀。锚索支护设计中应保证钢铰线与胶结体有足够的粘结强度，才能保证锚索的支护效果。按 GBJ86-85 要求：锚索锚固长度 La 应符合下式:式中 k全系数，一般取 2;d 苗索钢较线直径，mm；Z 一绞线抗拉强度， N”mnr;X苗索与锚固剂的设计粘结强度,一般煤巷锚索多用树脂作锚固剂： 其粘结舷，= lON.ninro必巧安”