巷道錨桿支護(hù)計算公式

1、巷道錨桿支護(hù)計算公式根據(jù)1552工作面圍巖柱狀資料分析，15#煤層頂板直接頂為粘土巖，厚度 1.0-1.5m，施工時，極易垮落，掘進(jìn)施工時以14#煤層做頂沿15#煤層底板掘進(jìn)，采取錨網(wǎng)支護(hù)。為了將錨桿加固的“組合梁”懸吊于老頂堅硬巖層中，需用 高強(qiáng)度錨索做輔助支護(hù)。根據(jù)鄰近 1551運(yùn)、回兩巷掘進(jìn)巷道的支護(hù)經(jīng)驗(yàn)，確定 1552回風(fēng)巷、1552回風(fēng)巷皮帶機(jī)頭硐室,采用錨桿一鋼筋網(wǎng)一鋼帶-錨索聯(lián)合 支護(hù)。二、支護(hù)參數(shù)設(shè)計采用類比法合理選擇支護(hù)參數(shù)：根據(jù)15#煤層鄰近巷道的支護(hù)經(jīng)驗(yàn)，1552回風(fēng)巷巷道頂錨桿選用© 16mm< 1800mm的圓鋼錨桿，間距1000mm排卡距900mm

2、;選用1x7絲© 15.24mm錨固力不小于230kN冷拔鋼筋，長度4.2m的錨索加強(qiáng) 支護(hù)。采用計算法校核支護(hù)參數(shù)1、錨桿長度計算L = KH+L1+L2式中：L錨桿長度，m H 冒落拱高度，mK-安全系數(shù)，取2L1錨桿錨入穩(wěn)定巖層深度，取 0.5mL2錨桿在巷道中的外露長度，取 0.05m其中：H=B/2f=3.4/(2 X 4)=0.43m式中：B巷道寬度f巖石堅固性系數(shù)，取4L = 2H+L1+L2=2 X 0.43+0.5+0.05=1.41m 施工時取 L=1.8m2、錨桿間距、排距a、ba=b= Q；KHr式中：a、b錨桿間、排距mQ錨桿設(shè)計錨固力，50kN/根；H冒落

3、拱高度，取 0.58m ;K安全系數(shù)，取2;r 被懸吊粘土巖的重力密度，26.44kN/m3a=b= ；50=1.48mV 20.4326.44施工中間距取1.0m,排距取0.9m。3、錨桿直徑的選擇：d 、4 PK /P=abhr=0.9 x 1X 1.8 x 23=37.26kN/m式中：a-錨桿排距h-錨桿承載巖體高度，取錨桿長度1.8mb-錨桿間距r-承載巖體容重23kN/mK-安全系數(shù)取2-錨桿材料抗拉強(qiáng)度，取38kN/md、4PK/= 4 3730 2/3.14 3800=15.8mm施工中取=16mm通過錨桿直徑的驗(yàn)算，排距確定為0.9m,間距為1.0m,能滿足支護(hù)要求4、理論上

4、錨桿錨固長度可用下式計算:2 1 rd式中：la錨固長度，mdr 錨固劑直徑，mm取23mmD 鉆孔直徑，mm取28mmd錨桿桿體直徑，mm取20mmlr錨固劑長度，mm兩種錨固劑 CK2360和K2380,貝U錨固劑長度為1400mml d2 l-la22 W 一D d-1400=1928mm28 20錨桿的外露長度假設(shè)為50mm則錨桿為全錨5、錨索支護(hù)參數(shù)計算:確定錨索的長度:L-La+Lb+Lc+Ld式中L-錨索總長度，mLa-錨索深入到較穩(wěn)定巖層的錨固長度，mLb-需要懸吊的不穩(wěn)定巖層厚度，取1.5mLc-上托盤及錨具的厚度，取 0.1mLd-需要外露的張拉長度，取0.3m錨索錨固長度

5、La按下式確定：La> KX (d1fa/4fc)式中：K-安全系數(shù)，取2d1-錨索鋼絞線直徑，取15.24mmfa- 鋼絞線抗拉強(qiáng)度，N/m m2 (1920MPa,含 1883.52N/mni)fc錨索與錨固劑的粘合強(qiáng)度，取10N/mrm則 La>( 2X 15.24 X 1883.52 ) /4 X 10=1435.2421.44mL=1.44+1.5+0.1+0.3=3.34m施工取錨索長度為 4.2m。錨索的間、排距校核：L=NF2/BHr-(2F1sin 9 )/L1 式中L 錨索間排距，mB 巷道最大冒落寬度，正巷 3.4mH巷道冒落高度，按最嚴(yán)重冒落高度取 2.0m

6、r- 巖體容重，23kN/L1錨桿的排距，0.9mF1錨桿的錨固力，50kNF2錨索極限承載力，17.8mm取 335kN, 21.6mm取 550kN。9角錨桿與巷道頂板的夾角，75度n排錨索個數(shù)，取2通過上述計算，1552回風(fēng)巷錨索間距小于2.5m布置。根據(jù)巷道掘進(jìn)支護(hù)情況，1552回風(fēng)巷巷道頂板施工一排錨索加強(qiáng)支護(hù)，長度4.2m,間距為2.0m布置，每根錨索使用不少于四節(jié)樹脂藥卷錨固，可滿足支護(hù)要求。直墻圓拱形巷道錨桿長度確定:（1）錨桿長度錨桿長度可按式1確定LbLb1式中：Lb 錨桿長度，mLbi 錨桿外露長度（一般取 0.1-0.15m ）Lb2錨桿有效長度，mLb3 錨桿錨固長度

7、（一般取 030.4m錨桿有效長度Lb2的確定方法為：直墻半圓拱巷道：頂：Lb2 Lp幫：Lb2 Lp式中：a巷道寬度，mc 直墻圓形拱巷道墻高，d 直墻圓形拱巷道拱高，Lp 塑性軟化區(qū)的范圍，在 200-400m 之間時，Lp=2-5m（2）錨桿的間排距：假設(shè)錨桿的間排距相同，都為 Sb,則計算公式為：1S SbV式中：Sb等距排列時錨桿的間排距，mb單根錨桿的極限破斷力，kN；P巷道的各部位支護(hù)載荷，kN/m2頂板：Pd k4W1a幫部：Pb kW2a2 2(a/2) (c d)c da2mmm, 般狀況下當(dāng)采深200m,Lp=0-2m當(dāng)采深當(dāng)采深 400m Lp=5-8mok安全系數(shù)，一

8、般取1.05-2.0 ;r腳形世直w,-書昔迄Wt-|J 7P 71 丫2)2(口 *4f M財=m2 tan/（+4iffiiy|正方形道I- am.7韭形巷道；'直榕惻拱越道，U - jt - U 4 At.）Lan /Vj J 4-j - atiyU蒼戀宣嗨圓形技道n卷I 111b形巻道簡曳* m；r門墻例拱圧桂逍旖高，01dn墻刪慎乖注誼撰島* m 與廠醍性區(qū)范圏* M?il草范團(tuán)內(nèi)丄覆巖屋T購體賀質(zhì)星 kN/mJ；4巷道用巖內(nèi)率擦角礦h%一用敕舄盤道t憶民集場自接頂鳳度* m：u巻道帝郵喙我氏度創(chuàng)，楷道形狀爪同盛職值不同.其中岡昭甘斎；/.*4止力昭特誼：L."*矩

9、帑建進(jìn)匚亠占鬥墻半伺報走捋說；L*=f靜|卜ifi正方潛巷道；Wjj =-I sin2"護(hù)惟童道；口+丁經(jīng)驗(yàn)公式是在大量支護(hù)設(shè)計經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，得出的指導(dǎo)支護(hù)設(shè)計的簡單公 式。目前，國內(nèi)外有多種錨桿支護(hù)設(shè)計的經(jīng)驗(yàn)公式，以下列舉數(shù)例。(1) 錨桿長度選取 Hoek與Brown等提出確定錨桿長度的一般經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則：最小錨桿長度 =max 錨桿間距的兩倍，三倍不連續(xù)面平均間距確定的不穩(wěn)定巖塊寬度，巷道 跨度之半 Lang與Bischoff認(rèn)為，錨桿長度與錨桿間排距之比應(yīng)為 1.21.5,錨桿 長度可作為巷道寬度的函數(shù)確定，如：L=B 2/3，其中L為錨桿長度，B為巷道寬 度。Schach等人提出

10、確定錨桿長度的經(jīng)驗(yàn)公式為：L=1.4+0.184B(非預(yù)應(yīng)力錨桿)L=1.6+(1+0.012B 2)1/2(預(yù)應(yīng)力錨桿)日本的經(jīng)驗(yàn)表明，錨桿長度為巷道寬度或高度的0.6倍。如果再加長錨桿，支護(hù)效果將不會明顯變化 新奧法對錨桿長度的選擇也提出一些準(zhǔn)則?；阱^桿支護(hù)的作用是在圍 巖中形成自承拱的原理，錨桿長度主要與巷道圍巖條件及跨度有關(guān)：對于比較 完整的硬巖，錨桿長度取1.01.2m;對于完整性較差的中硬巖石，錨桿長度取 巷道寬度的1/41/3, 一般為23m;對于松軟破碎的巖體，錨桿長度取巷道寬 度的1/22/3, 般為46m 其它經(jīng)驗(yàn)公式，如：公式1:頂板錨桿長度L=2+0.15B/K幫錨桿

11、長度 L=2+0.15H/K其中：B 巷道寬度，m;H 巷道高度，m；K 與圍巖性質(zhì)等有關(guān)的系數(shù)，一般取 35。公式2：錨桿長度 L=k(1.5+B/10)其中：k圍巖影響系數(shù)，一般取0.9-1.2,圍巖穩(wěn)定性差時取大值。(2) 錨桿間排距選取 Hoek與Brown等提出，最大錨桿間距=min 錨桿長度之半，1.5倍不 連續(xù)間距確定的不穩(wěn)定巖塊寬度。 Lang與Bischoff認(rèn)為，錨桿間排距與錨桿長度之比為2/35/6比較合 Schach等從拱形巷道頂部能夠形成有效的壓力拱出發(fā)，認(rèn)為錨桿長度與錨桿間距的比值應(yīng)接近2。 新奧法對錨桿間距的選擇提出一些準(zhǔn)則：硬巖，錨桿間距取1.52.0m；中硬巖

12、石，錨桿間距取1.5m；松軟破碎的巖體，錨桿間距取 0.81.0m。懸吊理論認(rèn)為錨桿的作用是將下部不穩(wěn)定的巖層懸吊在上部穩(wěn)定的巖層 中，阻止軟弱破碎巖層垮落。懸吊理論只考慮了錨桿的被動抗拉作用，根據(jù)不 穩(wěn)定巖層厚度計算錨桿長度，根據(jù)錨桿懸吊的不穩(wěn)定巖層重量計算錨桿直徑和 間排距。(1)錨桿長度如圖4.1(a)，錨桿長度用下式計算：(4-1)L=L 1+L2+L3式中：L-錨桿長度，m;L1-錨桿外露長度,L2-錨桿有效長度,m,取決于錨桿類型與錨固方式,m,不小于不穩(wěn)定巖層的厚度；般取0.15m；L3-錨桿錨固長度,m,端部錨固一般取0.3-0.4m(4-2)(4-3)(2)錨桿錨固力與直徑錨

13、桿錨固力應(yīng)不小于被懸吊不穩(wěn)定巖層的重量，用下式計算:Q=KL2a1a2 丫式中：Q-錨桿錨固力，kN ；K-安全系數(shù)，一般取1.52；a1、a2-錨桿間排距，m ；Y -不穩(wěn)定巖層平均容重，kN/m3。如果錨桿錨固力與桿體的破斷力相等，貝U錨桿直徑可由下式得出:d式中：d-錨桿直徑，m ；(T t-桿體材料的抗拉強(qiáng)度，MPa。(3) 錨桿間排距如圖4.1(b),當(dāng)錨桿間排距相等時，即a=a1=a2，貝貝、可排距為:(4-4(a)(b)圖4.1懸吊理論錨桿支護(hù)參數(shù)計算示意圖(a)-錨桿長度組成；(b)-支護(hù)參數(shù)計算圖2自然平衡拱理論該理論認(rèn)為，巷道開掘后，圍巖失去了層間聯(lián)系。在上覆巖層壓力作用下

14、， 淺部圍巖發(fā)生破壞，而在深部一定范圍內(nèi)形成自然平衡拱。自然平衡拱以上的 巖體是穩(wěn)定的，錨桿的作用主要是防止破壞區(qū)圍巖垮落。錨桿所需要的承載能 力由破壞巖石的重量確定，而且與巷道斷面形狀與尺寸、埋藏深度、采動影響 程度、巖層傾角、強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)等有關(guān)?？梢?，自然平衡拱理論對錨桿支護(hù)作用 的分析實(shí)質(zhì)上是懸吊作用，并提供了計算圍巖破壞范圍的一種方法。(1)圍巖破壞范圍如圖4.2是自然平衡拱理論確定巷道圍巖破壞范圍的計算圖。煤層巷道煤幫破壞深度C(m)由下式確定：C Kcxtb 1 htg (4-5)104fyy 2式中：Kcx巷道周邊擠壓應(yīng)力集中系數(shù)，按巷道斷面形狀與寬高比確定；巷道上方至地表間地層的

15、平均容重，kN/m 3；H 巷道距地表的深度，m；B表征米動影響程度的無因次參數(shù)；fy煤層硬度系數(shù)；h煤層厚度或巷道輪廓范圍內(nèi)煤夾層的厚度，m ；© 煤的內(nèi)摩擦角。Qh按式(4-5)求出的C為負(fù)值時表明煤體穩(wěn)定，正值表明煤體發(fā)生破壞。 頂板巖層的破壞深度b(m)，按相對于層理的法線計，可根據(jù)下式求出:(4-6)(a C) cosky式中：a巷道的半跨距，m ；煤層傾角，°ky 待錨巖層的穩(wěn)定性系數(shù)；fn錨固巖層的硬度系數(shù)。(2)圍巖壓力當(dāng)C為正值時，作用在地壓破煤一側(cè)支架上的壓力Q(kN/m)為:(4-7)90Q C( Yhsina nbtg)2式中：y、 n 煤和巖石的容

16、重，kN/m3。頂板支架壓力QH(kN/m)，按相對于巖層層理的法線確定為:(4-8)Qh 2 nabB(3) 錨桿長度 錨桿長度為：頂板錨桿長度：Lr=b+ 煤幫錨桿長度：Ls=C+ 0.5式中：錨桿錨入圍巖破壞范圍之外的深度與錨桿外露長度之和，一般取0.7m。錨桿間排距錨桿排距ar(m)按下式求出:(4-9)Z (a b)ZY ab式中：Z錨桿錨入自然平衡拱范圍之外的額定深度，m , Z=0.35m錨桿的錨固強(qiáng)度P(kN)取決于巖石硬度，按下式計算：(4-10：1000 d2f t4f 8式中：d錨桿桿體直徑，m；f錨固段巖層的硬度系數(shù)；t錨桿桿體的極限抗拉強(qiáng)度，MPa。頂板每排錨桿數(shù)Nk

17、根據(jù)作用力的平衡條件按下式求出:NkK3QHarP式中：K3安全系數(shù)，取2。NyP所求得的Nk值根據(jù)實(shí)際情況取整數(shù)，并按式(4-11)復(fù)核錨桿排距 當(dāng)C為正值時，煤幫錨桿排距按下式求出：(4-12式中：Ny煤幫每排錨桿數(shù)。3組合梁理論組合梁理論認(rèn)為，在層狀巖層中，錨桿的作用是提供軸向和切向約束，阻 止巖層產(chǎn)生離層和相對滑動，將若干薄巖層錨固成一個較厚的巖層，形成組合 梁。與不錨固巖梁相比，組合梁的最大彎曲應(yīng)變和應(yīng)力都將大大減少，從而提 高巷道頂板的穩(wěn)定性。通過計算組合梁所必需的承載能力確定錨桿支護(hù)參數(shù)。如圖4.3是頂板組合梁的力學(xué)模型。設(shè)組合梁上部受均布載荷q作用，在平 面應(yīng)變狀態(tài)下，計算錨桿

18、長度與錨桿間排距。L3W：U；C：、：二'、詭； 廠逐謖實(shí)迫；：；：mL2B二 ""H逼1B:'迸養(yǎng)寧逬'箸嬉j鹼帀逾豌1 口:臥匸艱：直逆：湮銀辿?：m：甕 mm?乎電:世電 世世 世職世覚 加買:矍,蟲'汙営曾:管:詩貿(mào)圖4-3頂板錨桿支護(hù)組合梁力學(xué)模型(1)錨桿長度錨桿長度L仍由(4.1)式確定，L1、L3分別為錨桿外露長度和錨固長度。錨 桿有效長度L2,即組合梁厚度，根據(jù)滿足頂板最下一層巖石外表面抗拉強(qiáng)度條 件確定。固支梁中點(diǎn)下表面上拉應(yīng)力最大，其值為：(4-13)0.25型L；式中：B巷道跨度，mo設(shè)巖石抗拉強(qiáng)度為則頂板穩(wěn)定時應(yīng)滿足:Ki(4-14)即:L20.5B(4-15)式中：K 安全系數(shù)，一般取K1=35o考慮巖層蠕變的影響，在(4-15)式右端引入蠕變安全系數(shù)Z ( Z =1.204)o考慮 頂板各巖層間摩擦作用對梁應(yīng)力和彎曲的影響，弓I入隨巖層數(shù)目變化的慣性矩 折減系數(shù)n,則錨桿有效長度的表達(dá)式為：L20.602BKg(th )(4-16)式中：h 原巖水平應(yīng)力分量，MPa ;巖層數(shù)為1、2、3時， 分別為1、0.75、0.7;巖層數(shù)4時，=0.65。 錨桿間排距錨桿間距由組合梁的抗剪強(qiáng)度確定。設(shè)錨桿間距 (a1)與排距)相等為a,梁半跨內(nèi)由均布載荷引起的