掘进巷道顶板支护验算及论证

掘进巷道顶板支护验算及论证

一、锚杆、锚索支护参数计算（按断面宽3.4m*高2.8m计算）

按巷道断面为3.4×2.6进行验算，采用φ16×2200锚杆配合砼托板，锚索采用φ15.24×4800进行支护。

1、按悬吊作用理论锚杆支护参数的计算 （1）锚杆长度L的确定： L=l1+l2+l3

式中：l1—锚杆外露长度，采用托板、垫片支护，l1取160㎜， l2—锚杆有效长度。 l2=

B 2f B—巷道跨度。取3400㎜

f—普氏岩石坚固性系数，由于直接顶为复合性顶板，取最小值，4.5

l2=

B=377.8㎜ 2f l3—深入稳定岩层长度，按锚固粘结力（πdτcl3）等于杆体屈服或拉断承载力（

4d22）而得的公式估算：

l3=

d216490==392㎜ 4c45式中：d—锚杆直径，16㎜；

σt—杆体材料的设计抗拉强度，φ16螺纹钢锚杆设计抗拉强度为490Mpa。 τc—锚杆与树脂的粘结强度，螺纹钢取5.0Mpa。 锚杆长度：L=l1+l2+l3=160+377.8+392=929.8㎜ 所以锚杆采用长度2200mm能够满足使用要求。

（2）按锚杆杆体承载力与等抗拉拔力强度原则确定锚杆直径d

锚杆锚固力Q等于锚杆杆体承载力P，P=

4d22，由P=Q得：

d1.13Qt

式中：Q—按我矿现场抗拉拔力试验数据取7t相当于68600N；

σt—锚杆杆体材料的设计抗拉强度，按普通低碳钢抗拉强度取值420Mpa。

d1.13Qt1.13686000.0144m14.4mm 2010所以锚杆直径选择为16㎜大于14.4㎜可满足支护需要。 （3）锚杆排间距

根据每根锚杆悬吊岩石载荷大小确定锚杆间距（a）与排距（b）（通常a=b），及锚杆悬吊岩石载荷（G=a2l2γ）等于锚杆的锚固力（Q）。在考虑安全系数（K）的情况下

a=0.028d

t KL2式中：a—锚杆间距，取1m；

K—锚杆安全系数，一般取K=1.5～1.8，取最大值1.8； γ—岩石容重，KN/m3。取25.6

l2—锚杆有效长度：2.2-0.16-0.392=1.8m。 a=0.028×16

t=1.0528m KL2锚杆排间距采用1m×1m，能满足支护要求。 （4）锚索参数设计

根据我矿施工经验，锚索支护使用的钢绞线长度应根据巷道顶板岩性特征来确定，以确保钢绞线锚固在稳定的岩层中。 ①锚索长度的确定

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、

高强度钢绞线，直径为15.24㎜钢绞线的最低破断载荷为260KN，应用悬吊理论进行参数计算:

锚索长度:L=l1+l2+l3 L－锚索长度；

l1－锚索外露长度，取0.30ｍ；

l2－巷道顶板潜在破坏范围，取L2=2.5ｍ； l3－锚索伸入老顶长度，按l3=式中 ｄ—锚索直径为15.24㎜

σt—锚索钢绞线的抗拉强度，260KN的破断载荷作用在φ15.24㎜的钢绞线上相当于强度1425Mpa 所以σt取1425Mpa

τc—钢绞线与树脂粘结强度，取10Mpa 代入数据得L3=

15.241425=543㎜。

410dt计算 4c计算得：L=0.3+2.5+0.543=3.343ｍ 采用φ15.24×4800mm锚索能满足支护要求。 ②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φ15.24×4800mm的钢绞线将锚杆加固的“组合梁”整体悬吊于稳定岩层中校核锚索排间距，冒落方式按最严重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，m；

B—巷道最大冒落宽度，取3.4m；

H—巷道冒落高度，按最严重冒落高度取2.5m；

γ—岩体容重，25.6kN/m3； L1—锚杆排、间距，1m； F1—锚杆锚固力，70kN；

F2—锚索极限承载力，取260kN；

θ—锚杆与巷道顶板的夹角，按最小角度取，75°； n—锚索排数，取1。

L=1×260/[3.4×2.5×25.6-(2×70×sin75)/1]=2.9445m 故巷道采用1排锚索，间距应不大于3m。