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根据1552工作面围岩柱状资料分析,15#煤层顶板直接顶为粘土岩,厚度1.0-1.5m,施工时,极易垮落,掘进施工时以14#煤层做顶沿15#煤层底板掘进,采取锚网支护。为了将锚杆加固的“组合梁”悬吊于老顶坚硬岩层中,需用高强度锚索做辅助支护。根据邻近1551运、回两巷掘进巷道的支护经验,确定1552回风巷、1552回风巷皮带机头硐室,采用锚杆—钢筋网—钢带--锚索联合支护。
二、支护参数设计
㈠采用类比法合理选择支护参数:根据15#煤层邻近巷道的支护经验,1552回风巷巷道顶锚杆选用φ16mm×1800mm的圆钢锚杆,间距1000mm,排距900mm;选用1x7丝φ15.24mm,锚固力不小于230kN冷拔钢筋,长度4.2m的锚索加强支护。
㈡采用计算法校核支护参数
1、锚杆长度计算
L = KH+L1+L2
式中:L——锚杆长度,m H——冒落拱高度,m
K----安全系数,取2
L1——锚杆锚入稳定岩层深度,取0.5m
L2——锚杆在巷道中的外露长度,取0.05m
其中: H=B/2f=3.4/(2×4)=0.43m
式中:B——巷道宽度 f——岩石坚固性系数,取4
L = 2H+L1+L2=2×0.43+0.5+0.05=1.41m 施工时取L=1.8m
2、锚杆间距、排距a、b
a=b=
式中:a、b——锚杆间、排距m
Q——锚杆设计锚固力,50kN/根;
H——冒落拱高度,取0.58m ;
K——安全系数,取2;
r——被悬吊粘土岩的重力密度,26.44kN/m3
a=b==1.48m
施工中间距取1.0m,排距取0.9m。
3、锚杆直径的选择:
P=abhr=0.9×1×1.8×23=37.26kN/m2
式中:a---锚杆排距
h---锚杆承载岩体高度,取锚杆长度1.8m
b---锚杆间距
r---承载岩体容重23kN/m3
K---安全系数 取2
Δ--锚杆材料抗拉强度,取38kN/m2
==15.8mm
施工中取Φ=16mm
通过锚杆直径的验算,排距确定为0.9m,间距为1.0m,能满足支护要求。
4、理论上锚杆锚固长度可用下式计算:
式中:la—锚固长度,m;
dr—锚固剂直径,mm,取23mm;
D—钻孔直径,mm,取28mm;
d—锚杆杆体直径,mm,取20mm;
lr—锚固剂长度,mm,两种锚固剂CK2360和K2380,则锚固剂长度为1400mm。
锚杆的外露长度假设为50mm,则锚杆为全锚。
5、锚索支护参数计算:
⑴确定锚索的长度:
L=La+Lb+Lc+Ld
式中 L----锚索总长度,m
La---锚索深入到较稳定岩层的锚固长度,m
Lb---需要悬吊的不稳定岩层厚度,取1.5m
Lc---上托盘及锚具的厚度,取0.1m
Ld---需要外露的张拉长度,取0.3m
锚索锚固长度La按下式确定:
La≥K×(d1fa/4fc)
式中:K---安全系数,取2
d1---锚索钢绞线直径,取15.24mm
fa---钢绞线抗拉强度,N/m㎡(1920MPa,含1883.52N/mm2)
fc—锚索与锚固剂的粘合强度,取10N/mm2
则La≥(2×15.24×1883.52)/4×10=1435.242㎜≈1.44m
L=1.44+1.5+0.1+0.3=3.34m 施工取锚索长度为4.2m。
⑵锚索的间、排距校核:
L=NF2/{BHr-(2F1sinθ)/L1}
式中 L—锚索间排距,m
B—巷道最大冒落宽度,正巷3.4m
H—巷道冒落高度,按最严重冒落高度取2.0m
r---岩体容重,23kN/m3
L1—锚杆的排距,0.9m
F1—锚杆的锚固力,50kN
F2—锚索极限承载力,17.8mm取335kN,21.6mm取550kN。
θ—角锚杆与巷道顶板的夹角,75度
n—一排锚索个数,取2
通过上述计算,1552回风巷锚索间距小于2.5m布置。根据巷道掘进支护情况,1552回风巷巷道顶板施工一排锚索加强支护,长度4.2m,间距为2.0m布置,每根锚索使用不少于四节树脂药卷锚固,可满足支护要求。
直墙圆拱形巷道
锚杆长度确定:
(1)锚杆长度
锚杆长度可按式1确定
式中:——锚杆长度,m
——锚杆外露长度(一般取0.1-0.15m)
——锚杆有效长度,m
——锚杆锚固长度(一般取0.3-0.4m
锚杆有效长度的确定方法为:
直墙半圆拱巷道
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