锚杆支护设计.ppt

2021/3/23 * 根据锚杆组合拱作用,巷道围岩内的锚杆将在破裂区内形成一个防止破裂区扩展到承压拱,可以承受破裂区上部岩石的径向荷载。 2021/3/23 * 案例 济宁二号矿 4304回采巷道支护设计 2021/3/23 * 1.支护问题 济宁二号矿4304顶煤最大厚度可达2.5m左右（巷道高度2.8m）,上部泥岩厚度为1.6m左右,煤与泥岩复合形成的软层顶板厚度最大可达4.1m左右;同时又加之巷道断面扩大至4.2m,这样,2.2m长的普通锚杆很难对4.1m左右的复合软层顶板起到有效的加固作用,如下图所示。因此,必须选用较长的锚杆进行加固。 2021/3/23 * 普通锚杆支护顶板失稳示意图 2021/3/23 * 2.支护方式选择 根据这种软层复合顶板的特点,采用预应力锚索与锚杆联合加固方案,即在普通锚杆锚固的基础上通过沿适当断面安装锚索对顶板进行加固,其作用为: （a）锚索可将上位的顶板加固成为一个具有较强承载能力的上位压力拱,称之为“外拱”; （b）“外拱”不仅能保持自身的稳定性,而且成为下位由常规锚网支护形成的平衡拱即“内拱”赖以保持稳定的基础,如下图所示; 2021/3/23 * 锚索加固机理示意图（断面图） 2021/3/23 * （c）通过适当的排距,锚索将使得沿巷道的走向“外拱”相互重叠,保持“外拱”范围内岩体整体稳定性,如下图所示: 锚索加固机理示意图（走向剖面图） 2021/3/23 * ? 2021/3/23 * 当宽度比3.8/2.8=1.36时,kc=3.0;取γ=25KN/m3; 当两侧均为实体煤时,Kc=1; 帮的单向抗压强度σm =19.1Mpa; 煤层的内摩擦角为20°; 埋深取为H=651.49 m。 将上述参数带入得: C=2.02m 2021/3/23 * ? 2021/3/23 * 4.普通锚杆加固参数 （a）帮锚杆长度 如下图所示,对于两帮的加固,可以取在破坏范围的2/3处,即合力作用点所处位置,作为两帮支护长度的下限,而全部破坏范围作为支护的上限。因此,两帮锚杆有效范围长度l帮=1.346~2.02m,取平均值l帮=1.68,考虑到外露部分长度0.2 m,则实际帮锚杆长度为l′帮=2.0 m。 2021/3/23 * 巷道围岩破坏范围示意图 2021/3/23 * （b）顶锚杆长度 同样,沿着支护合力作用点为端点形成的拱高b1作为顶板锚杆支护的下限,顶板在支护条件下全松动范围拱高作为支护的上限,故顶板锚杆有效锚固长度l顶为: 取平均值并考虑外露端长度0.2 m,则顶板锚杆的实际长度取l顶=2.2m。 2021/3/23 * （c）顶板锚杆间排距 顶板锚杆数量应满足以下两个条件: 1）能有效承受拱内岩重; 2）杆体抗剪强度能满足要求。 2021/3/23 * （Ⅰ）平衡拱内岩重所需锚杆间距S1 式中 RT—锚杆的实际锚固力,取RT =40KN/根; k—安全系数,取k=3; γ—煤的体积密度,取γ=13.5KN/ m3 。 将上述参数代入得: 2021/3/23 * （Ⅱ）校核杆体抗剪强度所需锚杆间距S2 式中 b—顶板最大破坏范围; k2—顶板抗剪安全系数,一般取k2=3~5; P0 —锚杆锚固力, P0 =40kN; 2a—巷道跨度,取2a=4.2 m; l顶—顶板锚杆有效锚固长度 f—分层间摩擦因数,取f=0.3。 将上述参数代入得:s2=1.2m。 2021/3/23 * ? 2021/3/23 * 综上所述,4304回采巷道锚杆支护形式及参数选择（见下图）如下: 1）顶板:锚杆+网+钢梯,锚杆长度2.2 m,杆体为Ф20 mm的螺纹钢,3卷树脂药卷,进行全长锚固,锚杆间排距0.7 m×0.7 m.。 2）两帮:锚杆+网,锚杆长度为2.0 m,用Ф18mm螺纹钢作为锚杆杆体,两个Ф25mm×350mm树脂药卷,间排距为700mm×700mm。为了控制底板的变形,下帮角处锚杆与水平夹角为45°。 2021/3/23 * 普通锚杆加固断面示意图 2021/3/23 * 5.锚索加固参数 （a）锚索长度、间距 考虑到煤岩层厚度的变化,为保证锚索在上部硬岩中有一定的长度,即保证锚固力,选取锚索的有效长度5 m（孔深5 m）,外露部分为0.5 m,锚杆总长度为5.5 m。 按煤岩层最大厚度计,这样深入到上部硬岩中的长度约0.73m左右。 2021/