某矿支护参数方案的选择

锚杆支护参数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，锚杆支护参数的确定方法也不同。方案一悬吊作用理论设计锚杆支护参数1、锚杆长度的确定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。锚杆外露长度L1的确定L1=垫板厚度+螺母厚度+（0.02～0.03）m，一般L1=0.15m。（2）锚杆有效长度L2的确定锚杆有效长度L2的确定方法有三种，一是采用声波法测出巷道围岩松动圈范围；二是采用岩层探测分析仪进行测量；三是采用解释法中普式自然平衡拱理论确定L2。a.岩层探测分析仪确定L2b.普式自然平衡拱理论确定L2巷道顶锚杆有效长度L2的确定：L2=B/2ff≥3L2=〔B/2+Hctg﹝45º+φ/2〕〕/ff﹤3巷道帮锚杆有效长度L2的确定：L2=（1+f）/（1+2f）+（B－1）/（B+1）式中f——普氏系数；B——巷道跨度，m；H——巷道掘进高度，m；φ——内摩擦角，（º）。（3）锚杆锚固长度L3的确定L3=0.3~0.4m2、锚杆间排距的确定公式一：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：D≤0.5L=式中L----锚杆长度公式二：锚杆间、排距计算：D=[Q/（KL2r）]1/2=[0.0588÷（2×0.58×0.02744）]1/2=1.36mD--锚杆间排距，mQ—锚杆锚固力，一般按经验取6吨合0.0588MNK—安全系数，一般取1.5-2.0r—不稳定岩层的重力密度，2.8×9.8/1000=0.02744MN/m3经计算选择锚杆间、排距1.0米符合要求。3、锚杆直径的确定公式一：顶锚杆：d=L/110=帮锚杆：d=L/110=式中L----锚杆长度公式二：锚杆直径计算：d=（4Q/πσt）1/2=[4×0.0588/（3.142×630）]1/2=0.0137md—锚杆最小直径，mσt—锚杆杆体的抗拉强度，MPaQ—锚杆锚固力，一般按经验取6吨合0.0588MN经计算选择锚杆直径18mm符合要求。4、锚杆锚固力计算锚杆锚固力可按下式计算：Q=KL2D2r式中Q——锚杆锚固力，t；K——锚杆安全系数，取2~3；L2——锚杆有效长度，m；D------锚杆直径mr——视密度，t/m3。5、锚杆角度靠近巷帮的顶板锚杆安设角度与垂线成15°，其它锚杆垂直于巷道顶部安设。6、锚杆的选择（1）常用锚杆杆体的材料性能常用钢材及其性能见表5；锚杆适宜选用45Mn罗纹钢，其承载能力见表6。（2）锚杆的选择巷道锚杆选择φ=20mm、45Mn螺纹钢锚杆。Q=10.7t＜12.4t3）锚固剂的确定锚杆支护巷道采用树脂锚固剂。树脂锚固剂应具备的主要特性见表7，树脂锚固剂产品型号见表8，树脂锚固剂的规格见表9，树脂锚固剂的主要技术指标见表10。方案二用有限元数值分析方法，锚杆的基本参数设计如下：1、用D18，长度为1.8米325号钢的高强锚杆，基本支护参数巷道宽度：5米（以最大设计巷道宽度）间距：1米排距：1-1.2米（以最大1.2米为限）每排锚杆数：5根锚杆长度：1.8米锚杆直径：18毫米安装应力：4吨屈服载荷：8.7吨最大抗拉载荷：12.7吨钻孔直径：28毫米树脂：2卷23毫米X350毫米超快药卷2、锚杆强度校核：校核准则1）锚杆的安装载荷不大于锚杆最大抗拉强度的50%2）考虑到1.5的安全系数，锚杆系统的支护强度应大于支护范围内的净载荷。根据准则一：所需锚杆的屈服载荷为Qs=Qc/0.5=4/0.5=8吨《Qm锚杆满足强度要求Qs----锚杆所需的屈服载荷Qc----锚杆的安装载荷Qm---锚杆杆体的最大抗拉强度。根据准则二：锚杆系统的支护强度P=NxQm/(WxL)=5x12.7/(5x1.2)=10.58吨/m2P---锚杆系统的支护强度N---每排锚杆数目Qm-锚杆杆体的最大抗拉强度W---巷道宽度L----锚杆排距顶板静载荷Qd=Lmxγ=1.8x2.7=4.86吨/m2Qd—顶板静载荷Lm---锚杆长度γ---岩石比重安全系数SF=P/Qd=10.58/4.86=2.18当地质条件变化时应根据工程监测结果和现场实际修改支护设计。具体要求：1、锚杆固力应大于锚杆杆体的强度。锚杆的安装应力不小于4吨。换算成扭矩不小于250牛米。2、充填阻尼必须全部脱落，否则锚杆很难达到安装载荷。塑料垫圈必须溶化掉。3、锚杆托盘强度不小于锚杆杆体的强度。托盘尺寸不小于150mmx150mm。4、锚索应采用鸟窝式的锚固端以增加锚固力。锚索托盘强度不小于32吨，尺寸大于200mmx200mm。5、锚索的安装载荷不应小于10吨。方案三（1）锚杆长度计算：锚杆的长度L由锚杆锚固段长度L1、软弱岩层厚度或冒落拱高度L2及锚杆外露长度L3三部分组成。按公式L=L1+L2+L3（1）式中L—锚杆长度，;L1—锚杆锚入稳定岩层的深度，一般取300～400mm；L3—锚杆外露长度，一般取100～１５０mm；L2—锚杆的有效长度，L2＝KH=KB/2f（2）K—锚杆安全系数，一般取值在1.5～2之间；f—顶板岩石普氏坚固性系数，取4～6；B—巷道宽度，H—软弱岩层厚度或冒落拱高度。（2）、锚杆间、排距计算：锚杆间、排距可根据每根锚杆悬吊的岩石重量进行确定，因此,锚杆长度主要是确定锚杆有效长度L2。依据公式：a=［Q/KHγ］1/2（3）式中a—锚杆间、排距，Q—锚杆设计锚固力，γ—被悬吊岩石的密度，（3）、锚杆杆体直径——根据杆体承载力和锚固力等强度数值加以确定d=35.52(Q/б)1/2式中d—锚杆杆体直径,б—锚杆杆体抗拉强度，Mpa.当复合顶板厚度小于1.15m,即在巷道上方1.15m范围内有关键层存在条件下,关键层下面复合顶岩层可悬吊在稳定的关键层岩层上,支护设计按悬吊理论计算,且不需锚索补强(4)。锚杆的有效长度L2大于或等于关键层下位复合顶板厚度,锚杆的间排距则有:a=(Q/KγH)1/2(3)式中,Q为锚固力,按50kN计算;K为锚杆安全系数,γ为顶板岩层重力密度。2）、按挤压加固拱理论计算锚杆参数挤压加固拱理论并不要求锚杆深入坚硬岩层中如图3示，加固拱厚度与锚杆的长度及间距之间按下式确定，b=(Ltanα-a)/tanα(5)式中,b—加固拱厚度，L—锚杆的有效长度，α—锚杆在松散岩体的控制角，a—锚杆间距，如果锚杆间距按450计算，则b=L–a一般情况下，锚杆的长度应大于2倍锚杆间距。锚索支护参数方案一锚索支护参数的选择1、锚索支护参数的确定（1）锚索长度的确定X=X1+X2+X3式中X1——锚索外露长度，取0.3m；X3——锚索锚固长度，取1.7m；X2——潜在不稳定岩层高度，取4.5m。X2=B=4.5m式中B为巷道跨度，m。锚索长度取8m。（2）锚索排距s=3σ/4B2γk由于巷道宽度为4.5m，因此，布置3排锚索，即锚索排数为3排，排距1.5m。式中σ——每根锚索最低破断载荷，260kN；γ——煤岩体积力，12.0kN/m3；B——巷道宽度，4.5m；k——安全系数，取0.5；（3）锚索间距m=0.85B/n式中n——排数；B——巷道宽度，4.5m。方案二确定锚索长度为了加强锚固体的强度，减少煤岩顶板冒落，采用预应力锚索作加强支护，采用低松弛、高强度锚索，Φ15.24㎜×8000mm锚索的最低破断载荷为350KN，其延伸率4%。应用悬吊理论，进行参数计算:锚索长度:L=a321LLLL－锚索长度；L1－锚索外露长度，取300㎜L2－巷道顶板潜在破坏范围，取L2=3120㎜L3－锚索伸入老顶长度，按l3＝tt4d计算式中d—锚索直径为15.24㎜σt—锚索的抗拉强度，350KN的破断载荷作用在φ15.24㎜的锚索上相当于强度1417Mpa所以σt取1417Mpaτc—锚索与树脂粘结强度，取10Mpaa—伪顶平均厚度，取400㎜代入数据得L3＝104141715.24＝540㎜。计算得：L＝300+4600+540+400＝5840㎜通过计算采用φ15.24×8000mm锚索能满足支护要求。按悬吊理论验算锚索排间距：为防止巷道顶板岩层发生大面积整体跨落，采用φ15.24×8000mm的锚索将锚杆加固的“组合梁”整体悬吊于稳定岩层中，校核锚索排间距、冒落方式，按最大的冒落高度大于锚杆长度的整体冒落考虑。此时，靠锚索发挥悬吊作用，在忽略岩体粘结力和内摩擦力的条件下，取垂直方向力的平衡，可用下式计算锚索排、间距。L=nF2/[BHγ-(2F1sinθ)/L1]式中L—锚索间距㎜；B—巷道最大冒落宽度，取4600㎜H—巷道冒落高度，按最大冒落高度取2800㎜γ—岩体容重，22kN/m3；L1—锚杆排、间距，1m；F1—锚杆锚固力，60kN；F2—锚索极限承载力，取350kN；θ—锚杆与巷道顶板的夹角，按最小角度取，85°；n—锚索排数，取1.5。L＝1.5×350/[4.600×2.800×22-(2×60×sin85°)/1]＝3.205m若巷道锚索采用2-1-2布置，排距不应大于3.205m为此根据以上计算，锚索设计间距2400㎜×排距2000㎜能够满足支护要求。方案三锚索长度计算：La=La1+La2+La3=0.3+4+1.4=5.7mLa锚索长度La1锚索外露长度，一般取0.3-0.4mLa2潜在不稳定岩层高度，取4.0mLa3锚索锚固长度，一般取1.2-1.5m经计算选择6米锚索符合要求。5）锚索间距计算：根据锚索间距与锚孔深之间的关系满足经验公式：L4/S≥2=5.7÷2=2.85L4--孔深，取5.7mS--锚索间距，2.0m经计算锚索间距符合要求。矿大阚甲广博士论文中的公式巷道锚喷支护锚杆长度L=N（1.3+W/10）W----巷道或硐室跨度，L-----锚杆总长度，N-----围岩影响系数----------------------------------------------------------围岩分类ⅡⅢⅣⅤ-----------------------------------------------------------影响系数Ｎ０.９１.０１.１１.２----------------------------------------------------------锚杆间距Ｍ≤０.４Ｌ锚杆直径ｄ＝Ｌ／110