錨桿支護(hù)設(shè)計

錨桿支護(hù)設(shè)計第一頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五第三節(jié)錨桿支護(hù)設(shè)計一、工程類比法二、理論計算法三、數(shù)值模擬法四、錨桿支護(hù)設(shè)計系統(tǒng)五、錨桿支護(hù)設(shè)計實例第二頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五一、工程類比法由于錨噴支護(hù)作用機(jī)理理研究尚不完善，錨噴支護(hù)設(shè)計理論也不成熟。因此，錨噴設(shè)計中通常采用用工程類比法。我國多數(shù)錨桿支護(hù)設(shè)計規(guī)范都明確規(guī)定，錨桿支護(hù)設(shè)計算應(yīng)以工程類比法為主，在必要時量測法及解析法為輔。工程類比法是建立在已有工程支護(hù)設(shè)計的成功經(jīng)驗基礎(chǔ)之上，在圍巖條件、施工條件等各種影響因素基本一致的情況下，根據(jù)工程師的經(jīng)驗和判斷能力，選定待建工程錨桿支護(hù)類型及參數(shù)。第三頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五錨桿支護(hù)參數(shù)1.錨固力2.錨桿長度和直徑3.錨桿間距和排距第四頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五第五頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五3.錨桿的間排距錨桿的間排距要根據(jù)頂板條件決定。一般間排距取0.6m、0.7m、0.8m、1.0m。頂板條件良好，少數(shù)情況下可采用1.1m和1.2m。按照選定的排距錨桿布置可采用正方形、長方形、五花形等型式，巷幫錨桿可參照頂板錨桿，適當(dāng)放寬間、排距。第六頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五第七頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五第八頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范第九頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五第十頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五圍巖類別松動圈支護(hù)方法備注小I穩(wěn)定<40噴砼圍巖整體性好中II較穩(wěn)定~100錨，噴（懸吊）III一般~150錨，噴（懸吊）剛性支護(hù)局部破壞大IV一般不穩(wěn)定~200錨，噴，網(wǎng)（組合拱）剛性支護(hù)大面積破壞V不穩(wěn)定~300錨，噴，網(wǎng)（組合拱）圍巖變形有穩(wěn)定期VI極不穩(wěn)定>300二次支護(hù)無穩(wěn)定期圍巖松動圈分類表第十一頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五第十二頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五第十三頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五煤巷錨桿支護(hù)第十四頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五第十五頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五第十六頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五二、理論計算法（一）按懸吊作用計算（二）按擠壓加固拱理論計算（三）組合梁理論計算第十七頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五（一）按懸吊理論確定支護(hù)參數(shù)

1）錨桿長度錨桿長度的計算公式L1—錨桿外露長度，一般L1=0.1~0.15。端頭錨固型錨桿，L1=墊板厚度+螺母厚度+（0.03-0.05）；全長錨固錨桿，還要加穹形球體厚度。L2—錨桿有效長度。L3—錨桿錨固段長度，一般端錨L3=0.3～0.4m，由拉拔實驗確定；當(dāng)圍巖松軟時還要加大。對于全長錨固錨桿，錨桿的有效長度則為L2+L3。第十八頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五

①當(dāng)直接頂需要懸吊而它們的范圍易于劃定時，L2應(yīng)大于或等于它們的厚度。②當(dāng)巷道圍巖存在松動破碎帶時，L2應(yīng)大于巷道松動破碎區(qū)高度hi，hi可按下式確定：有效長度L2的確定方法：式中，RMR為CSIR地質(zhì)力學(xué)分級巖體總評分；B為巷道跨度。第十九頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五有效長度L2的確定方法：

③一般還可按L2=KH進(jìn)行計算，H為軟弱巖層厚度（或冒落拱厚度），m；

K為考慮軟弱巖層變化的安全系數(shù)，一般取1.5～2。

軟弱巖層H的確定是根據(jù)地質(zhì)資料，實測或經(jīng)驗估計，冒落拱高度是按下式估算，即第二十頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五2）錨桿桿體直徑

式中，d為錨桿桿體直徑，㎜；Q為錨固力，由拉拔實驗確定，KN；σt為桿體材料抗拉強(qiáng)度，MPa。

錨桿桿體直徑根據(jù)桿體承載力與錨固力等強(qiáng)度原則確定，即第二十一頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五3）錨桿間、排距錨桿的間距，排距計算，通常間、排距相等，取為a，并根據(jù)錨桿的錨固力應(yīng)等于或大于被懸吊巖石的重量的原則確定，即：

式中，γ—巖石重度，KN/m3;K—錨桿安全系數(shù)，1.5～24）適用懸吊作用使用層狀巖、平頂巷道的錨桿支護(hù)。第二十二頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五煤柱寬度>3m的煤巷錨桿支護(hù)

（懸吊作用）第二十三頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五煤柱寬度>3m的煤巷錨桿支護(hù)

（懸吊作用）1．巷道兩幫破壞深度C的確定2．巷道頂板破壞高度b的確定3.頂板載荷確定4.巷幫載荷確定5.頂板錨桿支護(hù)參數(shù)的設(shè)計6.幫錨桿支護(hù)參數(shù)的設(shè)計第二十四頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五Kσ，應(yīng)力集中系數(shù)，Kσ=Ks·KaKs，與巷道斷面形狀有關(guān)的應(yīng)力集中系數(shù)，按下頁表選取。Ka，受臨近工作面采空區(qū)的影響系數(shù)，有下式確定。第二十五頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五第二十六頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五X—煤柱實際寬度，對于兩側(cè)為實體煤的順槽，取X為100m。σrm—老頂單向抗壓強(qiáng)度，MPa；h—采高，m；hi—直接頂厚度，m；σcc——被巷道切割的煤層單向抗壓強(qiáng)度，MPa；第二十七頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五γ—巷道上覆巖層的平均容重，kN／m3；H—巷道理深，m；α——煤層傾角，°；hc，——被巷道切割的煤層厚度，m；l——巷道切割煤層（巖層）的最大寬度(圖2-3-13）μ—煤層波松比，用實測值，在無實測值情況下，按下頁表確定；φ—煤層內(nèi)摩擦角(°)，可由下式確定：第二十八頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五第二十九頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五2．巷道頂板破壞高度b的確定①對于頂板為均質(zhì)巖層，b值由下式確定a—懸臂巖層的半跨距，其計算方法如圖2-3-14所示，m；C—巷道兩幫破壞深度，m；側(cè)壓系數(shù)，Ky—頂板巖石完整性系數(shù)，可由下式確定。第三十頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五第三十一頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五第三十二頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五②對于拱形巷道，b值由下式確定式中h0—巷道高度，m。第三十三頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五③對于頂板巖層為非均質(zhì)的情況，應(yīng)分層計算頂板破壞深度。先用式(2-3-4)計算頂板最下一層的b值，得b1。如果b1小于該巖層的厚度，則破壞范圍只出現(xiàn)在該層，即b＝b1。如果b1值大于該巖層的厚度，說明破壞范圍還要深入到上一巖層。這時，應(yīng)把拋物線拱在兩巖層層面處的寬度作新的(a十C)值，井代入到式(2-3-4)，計算第二個巖層的b值，得b2，然后再行判斷。此過程反復(fù)進(jìn)行，直到第n個巖層的bn值小于該巖層厚度，則頂板巖層的破壞深度b為ti—巖層厚度，m第三十四頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五3.頂板載荷集度Qr的確定頂板載荷集度，KN/m用于傾斜錨桿設(shè)計的頂板載荷集度，KN/m第三十五頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五4．巷幫載荷的確定①巷道兩幫均為煤層時巷幫載荷集度②兩幫既有煤層又有巖層時的巷幫載荷集度ht——巷道切割巖層的總厚度，m。第三十六頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五5．頂板錨桿支護(hù)參數(shù)的設(shè)計當(dāng)頂板破壞高度b＜0.2m時，頂板無須支護(hù);①當(dāng)頂板破壞高度，0.2＜b＜1.6m時；②當(dāng)b＞1.6m時，應(yīng)采用帶傾斜錨桿的支護(hù)系統(tǒng)(圖2-3-15)。第三十七頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五第三十八頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五①當(dāng)頂板破壞高度，0.2＜b＜1.6m時a．錨桿長度lbrΔ—錨桿外露長度與錨固段長度之和，一般取Δ＝0.4～0.5m。b．錨桿桿體直徑：根據(jù)設(shè)計錨固力選取c．錨桿排距第三十九頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五d.每排錨桿個數(shù)將每排錨桿個數(shù)N’取整數(shù)N，然后在計算Dr如果Dr>1.2，取Dr＝1.2；如果Dr<1.2，從排距系列重取與之最近的排距。第四十頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五e.錨桿支護(hù)形式的確定當(dāng)Ky＝[0.75～1]，單體錨桿支護(hù)；當(dāng)Ky＝[0.6～0.75)，當(dāng)b<0.8m，單體錨桿＋大托板；當(dāng)b>=0.8m，錨桿＋鋼筋梁或桁架。當(dāng)Ky＝[0.45～0.6)，當(dāng)b<0.8m，錨桿＋網(wǎng)；當(dāng)b>=0.8m，錨桿＋鋼筋梁＋網(wǎng)。當(dāng)Ky<0.45，當(dāng)b<0.8m，錨桿＋網(wǎng)；當(dāng)b>=0.8m，錨桿＋W鋼帶＋網(wǎng)。第四十一頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五當(dāng)Ky<0.45，必須縮小錨桿間距、排距。錨桿個數(shù)Dr’和N’取相應(yīng)系列的整數(shù)。當(dāng)Dr<0.6m，取Dr＝0.6m。第四十二頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五②當(dāng)b＞1.6m時，采用帶傾斜錨桿的支護(hù)系統(tǒng)a．傾斜錨桿長度lbibs—傾斜錨桿在破壞范圍的長度，m。當(dāng)lbi<2m時，取lbi

＝2m。b．鋼帶排距：Dr—鋼帶排距，m；K1—安全系數(shù)，取1.2～1.5；Pri—傾斜錨桿拉拔力，kN；β—傾斜錨桿安裝角（與鉛垂方向），一般取30～45度。第四十三頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五c.頂板錨桿錨桿長度lbrh0—巷道中高，m。錨桿間距：t—巖層組合高度，t＝0.35ab1/2φr—巖層內(nèi)摩擦角，度。每排錨桿個數(shù)第四十四頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五d.錨桿支護(hù)形式的確定當(dāng)Ky＝[0.6～1]，錨桿+W鋼帶；當(dāng)Ky＝[0.45～0.6)，全長錨固錨桿＋W鋼帶＋網(wǎng)當(dāng)Ky<0.45，全長錨固錨桿＋W鋼帶＋網(wǎng)，并縮小間距、排距。第四十五頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五當(dāng)Ky<0.45，必須縮小錨桿間距、排距。錨桿個數(shù)Dr’和N’取相應(yīng)系列的整數(shù)。當(dāng)Dr<0.6m，取Dr＝0.6m。第四十六頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五6．巷幫錨桿支護(hù)參數(shù)的設(shè)計巷幫破壞寬度C＜0.3m時，巷幫可不支護(hù)。①當(dāng)巷幫破壞寬度，0.3＜C＜1.5m時；②當(dāng)巷幫破壞寬度，C≥1.5m時。第四十七頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五①當(dāng)巷幫破壞寬度，0.3＜C＜1.5m時a．錨桿長度lbs=C+Δb．每排錨桿個數(shù)Ps—幫錨桿拉拔力，kN。第四十八頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五②當(dāng)巷幫破壞寬度，C≥1.5m時采用帶傾斜錨桿的支護(hù)系統(tǒng)（圖2-3-15）。a．傾斜錨桿長度lbsiβ—傾斜錨桿安裝角（同水平方向夾角），度。Dso—傾斜錨桿孔口到頂板的距離，一般取Dso=0.3m，β=30。第四十九頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五第五十頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五②當(dāng)巷幫破壞寬度，C≥1.5m時b．鋼帶排距：Dr’—鋼帶排距，m；K1—安全系數(shù)，取1.2～1.5；Prs—傾斜錨桿拉拔力，kN；第五十一頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五②當(dāng)巷幫破壞寬度，C≥1.5m時c.巷幫中部錨桿：

長度：傾斜錨桿長度。

每排錨桿個數(shù)式中，hc—被巷道切割的煤層厚度，m。第五十二頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五②當(dāng)巷幫破壞寬度，C≥1.5m時d.當(dāng)C≥1.3m時，巷幫支護(hù)應(yīng)該加網(wǎng)。第五十三頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五不要求錨桿伸入堅固巖層中。這樣錨桿長度和間距之間必須滿足某種關(guān)系，才能形成一定厚度的擠壓加固拱，以支承地壓，按照擠壓加固拱理論，加固拱厚礎(chǔ)與錨桿長度和間距之間的關(guān)系可按下式b—加固拱厚度，m；L—錨桿的有效長度，m；α—錨桿在松散體中的控制角，度；a—錨桿的間距。

根據(jù)上式，如果按常用錨桿1800～2200㎜和間、排距500～800㎜，則加固拱厚度將為1200～1400㎜，相當(dāng)于3～4層料石碹拱的厚度。

（二）按擠壓加固拱理論計算錨桿參數(shù)第五十四頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五第五十五頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五組合拱作用計算錨桿參數(shù)由錨桿預(yù)應(yīng)力形成的承壓拱穩(wěn)定性，可按照結(jié)構(gòu)力學(xué)理論由拱座處巖石的最大抗壓強(qiáng)度、巖拱的抗剪能力及巖拱保持其承載拱形狀的變形等三個方面校核，并確定錨桿參數(shù)；也可按照固體力學(xué)理論由彈塑性解試算錨桿參數(shù)。第五十六頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五根據(jù)錨桿組合拱作用，巷道圍巖內(nèi)的錨桿將在破裂區(qū)內(nèi)形成一個防止破裂區(qū)擴(kuò)展到承壓拱，可以承受破裂區(qū)上部巖石的徑向荷載。第五十七頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五組合拱作用計算錨桿參數(shù)1.噴射混凝土的最大支護(hù)力2.金屬網(wǎng)的最大支護(hù)力3.錨桿的最大支護(hù)力4.巖石承壓拱的最大支護(hù)力5.錨噴總支護(hù)力6.承壓拱計算實例第五十八頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五Rabcewicz,當(dāng)原巖水平應(yīng)力分量與垂直應(yīng)力分量之比小于1時，巷道可能的破壞形式是在兩幫形成楔體剪切滑移。如果以圓形斷面巷道中心為原點(diǎn)作極坐標(biāo)系，坐標(biāo)系的垂直軸為極軸，并將楔形滑體的滑動跡面線用極徑的矢端軌跡)K表示，則當(dāng)極角沿反時針旋轉(zhuǎn)到剪切破壞角α?xí)r，極徑矢端與巷道邊界的交點(diǎn)A就是滑動跡線的一個起點(diǎn)，它的另一個起點(diǎn)A’可以按照對稱性在巷道邊界的另一側(cè)找到，圖49-6所示。對于半徑ri的圓形巷道，兩幫楔形滑體的滑移跡線方程式為；第五十九頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五噴層與圍巖剪切破壞原理第六十頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五1.噴射混凝土的最大支護(hù)力第六十一頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五由圖49-6的幾何關(guān)系不難得到楔形滑體在巷道邊界出露的寬度b：為了阻止楔形滑體的滑動，混凝土噴層應(yīng)有足夠抗剪強(qiáng)度Tc，如果假定它們在噴射混凝土噴層中是均勻分布的，考慮到滑體平衡條件，可以得到噴射混凝土最大支護(hù)力(承載力)：第六十二頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五2.金屬網(wǎng)的最大支護(hù)力按照混凝土噴層抗剪作用分析的同樣步驟，以得到金屬網(wǎng)的最大支護(hù)力第六十三頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五3.錨桿的最大支護(hù)力對于全長錨固式錨桿，如果考慮抗剪切情況，錨桿應(yīng)該體供的最大支護(hù)力是：θ0—巖石滑移線的最大傾角，根據(jù)滑移線方程求，當(dāng)ρ=ri+t時，第六十四頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五t-承壓拱厚度，m。需要指出，對于端頭錨固式描桿，Tbf應(yīng)該取拉拔試驗得到的錨固力與錨桿桿體抗拉斷力中數(shù)值較小者。第六十五頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五4.巖石承壓拱的最大支護(hù)力根據(jù)對楔形滑體的平衡分析，得到在錨噴加固條件下巖石頭承壓拱的最大支護(hù)力第六十六頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五此時，巖石承載拱滑移跡線長度a近似表達(dá)式為第六十七頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五5.錨噴總支護(hù)力錨噴支護(hù)的最大總支外力就是支護(hù)系統(tǒng)對巷道圍巖施加的徑向約束力和支護(hù)系統(tǒng)包括圍巖承壓拱的承載能力，它們都分別用最大支護(hù)力表示，可以近似的得到第六十八頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五6.承壓拱計算實例巷道半徑5.33m，埋深122m。原巖應(yīng)力P0為3.13MPa，側(cè)壓系數(shù)為1。巖體彈性模量為1.38GPa，泊松比0.2，容重0.02MN/m3,S=0，內(nèi)摩擦角30度；巖石抗壓強(qiáng)度69MPa。錨桿長度3m，直徑0.025m，彈模207GPa，Q＝0.143m/MN，Tbf＝0.285MN，Sc

＝Sl＝1.52m，Uio＝0.025m。第六十九頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五1）錨桿與巖石的最大支護(hù)力（1）承壓拱厚度t＝2.49m；（2）滑移跡線最大傾角θ0＝68.06度（3）錨桿最大支護(hù)力Psbmax

＝0.0701第七十頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五1）錨桿與巖石的最大支護(hù)力（4）第七十一頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五6.承壓拱計算實例2）支護(hù)系統(tǒng)提供的最大支護(hù)力3）錨桿剛度與變形第七十二頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五6.承壓拱計算實例4）支護(hù)系統(tǒng)受到的圍巖壓力5）安全系數(shù)第七十三頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五第七十四頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五三、數(shù)值模擬分析法1）應(yīng)用廣泛。2）求解過程：建模，求解大規(guī)模的方程。影響因素：問題，介質(zhì)，精度，邊界條件和初始條件，參數(shù)選取，軟件。第七十五頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五3）數(shù)值模擬軟件：（1）有限元軟件：ANSYS,MARC（2）離散元軟件：UDEC,3DEC（3）有限差分軟件：FLAC3D.“大變形”問題第七十六頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五四、系統(tǒng)設(shè)計法系統(tǒng)設(shè)計法的6步驟：（一）地質(zhì)力學(xué)評估（圍巖應(yīng)力狀態(tài)、巖體力學(xué)參數(shù)）；（二）初始設(shè)計（以數(shù)值模擬為主，輔以工程類比和理論計算）；（三）穩(wěn)定性分析；（四）施工；（五）監(jiān)測（錨桿受力、頂板位移）；（六）信息反饋與修改。第七十七頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五（一）地質(zhì)力學(xué)評估內(nèi)容：地應(yīng)力狀態(tài)和圍巖力學(xué)性質(zhì)1）地應(yīng)力狀況：大小，方向，梯度。測量方法：測量結(jié)果：大部分礦區(qū)以水平應(yīng)力為主。應(yīng)力大小估算：（1）埋深小于500m時，最大及最小水平主應(yīng)力第七十八頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五（一）地質(zhì)力學(xué)評估應(yīng)力大小估算：（2）埋深大于500m時，原巖主應(yīng)力的影響：——巷道軸向與最大主應(yīng)力的關(guān)系。第七十九頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五2）巷道狀況調(diào)查以及圍巖力學(xué)參數(shù)確定頂?shù)装鍘r層數(shù)目和厚度；巖層節(jié)理、裂隙間距；分層厚度；巖層的彈模、泊松比、單軸抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、粘聚力、內(nèi)摩擦角煤層厚度、傾角；煤層單軸抗壓強(qiáng)度；巷道埋深；地質(zhì)構(gòu)造；水文地質(zhì)；煤柱寬度、幾何形狀及尺寸。第八十頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五3）圍巖類別的判定。第八十一頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五（二）錨桿支護(hù)初始設(shè)計在巷道圍巖地質(zhì)力學(xué)評估的基礎(chǔ)上，以數(shù)值模擬為主，輔以工程類比和理論計算?？紤]到的因素：（1）巷道布置方向；（2）煤柱尺寸；（3）鉆孔直徑；（4）錨固形式；（5）錨桿直徑；（6）錨桿強(qiáng)度；（7）錨桿長度；（8）錨固劑型號（樹脂卷型號）；（9）錨桿間距0.6~1.4m；（10）錨桿排距0.6~1.2m；（11）托盤、鋼梁、護(hù)網(wǎng)；（12）錨索。第八十二頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五（1）巷道布置方向：范圍0-90夾角越小，受力越小，位移越小，巷道越穩(wěn)定。（2）煤柱尺寸；無煤柱、小煤柱（3~5m）、中等煤柱、寬煤柱最小，小，大，原巖應(yīng)力。（3）鉆孔直徑，43、33、28mm（4）錨固形式；全長錨固端頭錨固（5）錨桿直徑，16、18、20、22、24mm第八十三頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五（6）錨桿強(qiáng)度；圓鋼，螺紋鋼，高強(qiáng)錨桿，預(yù)應(yīng)力（7）錨桿長度；1.4、1.6、1.8、2.0、2.2、2.4、2.6m（8）錨固劑型號（樹脂卷型號），直徑：一般比鉆孔直徑小2-3mm。長度：按需要錨固的長度確定（9）錨桿間距：0.6~1.4m：0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.4第八十四頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五（10）錨桿排距：0.6~1.2m；I：0.8-1.2；II：0.8-1.0；III-V：0.6-1（11）托盤、鋼梁、護(hù)網(wǎng)（12）錨索，長度小于12m。①頂板破壞深度超過2.4m；②頂板層理、節(jié)理發(fā)育，且高水平主應(yīng)力時；③巷道斷面較大，巷道寬度大于4m，且高度大于3m。第八十五頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五方案優(yōu)選原則：巷道圍巖變形量小，塑性區(qū)小，方案經(jīng)濟(jì)便宜。第八十六頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五（三）初始選定方案的巷道穩(wěn)定性系統(tǒng)校核兩幫穩(wěn)定性頂板穩(wěn)定性侯超炯，《煤巷錨桿支護(hù)》P31～37第八十七頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五（四）現(xiàn)場施工工序：主要工序：打錨桿眼、攪拌樹脂藥卷、上緊螺母；輔助工序：鋪網(wǎng)/噴射混凝土、安設(shè)鋼帶或鋼梁等待藥卷固化等。鉆孔——錨桿鉆機(jī)。快速安裝——鉆機(jī)上緊螺母。第八十八頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五（五）現(xiàn)場監(jiān)測監(jiān)測內(nèi)容：（1）巷道表面位移；（2）巷道圍巖深部位移；（3）全長錨固錨桿的受力分布；（4）端部錨桿的荷載大小；（5）錨桿錨固區(qū)內(nèi)、外離層值。第八十九頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五（六）信息反饋與修改根據(jù)監(jiān)測結(jié)果及時對初始設(shè)計分析；錨桿支護(hù)效果好，按初始方案施工；效果不好，修改設(shè)計施工監(jiān)測信息反饋……錨桿支護(hù)效果好.第九十頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五第五節(jié)錨桿支護(hù)設(shè)計實例一、小松動圈設(shè)計實例二、按懸吊作用計算錨桿支護(hù)實例三、大松動圈支護(hù)設(shè)計實例四、錨桿桁架支護(hù)設(shè)計實例第九十一頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五一、小松動圈設(shè)計實例雞西礦務(wù)局東海煤礦(一)工程概況東海礦二水平暗斜井，埋深208m，巷道全長912m。該暗斜井?dāng)嗝鏋榘雸A拱型，巷道跨度為3.4m，掘進(jìn)斷面9.05m2。巷道穿過巖石為砂巖、砂頁巖和中砂巖，巖石的平均單軸抗壓強(qiáng)度為42.41MPa。原設(shè)計依據(jù)傳統(tǒng)工程類比法確定錨噴支護(hù)，錨桿為1.6m長的管縫式錨桿，間排距為0.8m×0.8m，噴厚為120mm。第九十二頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五一、小松動圈設(shè)計實例(二)支護(hù)參數(shù)設(shè)計在同類巷道(同水平、同巖性)中實測圍巖松動圈厚度值Lp＝36～40cm，為小松動圈圍巖，依據(jù)圍巖松動圈巷道支護(hù)理論采用單一噴射混凝土支護(hù)。噴射混凝土支護(hù)厚度設(shè)計按上述兩種可能破壞方式進(jìn)行計算，按上述公式進(jìn)行計算取其大者，其噴射混凝土支護(hù)厚度按防讓圍巖風(fēng)化確定為100mm。第九十三頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五第九十四頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五噴射混凝土厚度計算采用噴射混凝土支護(hù)危石時，噴層厚度太薄會產(chǎn)生圖4-14(b)所示的“沖切型”破壞，噴層與巖面問的粘結(jié)力太小會出現(xiàn)圖4-14(c)所示的“撕開型”破壞。因此，噴層的厚度可按以下方法確定：（一）按“沖切型”破壞驗算噴層厚度式中b—噴層厚度，m；

G—危石重量，一般由工程調(diào)查確定，N；

S—危石與噴射混凝土接觸面的周長，m；

Rg—噴射混凝土的抗剪計算強(qiáng)度，由施工破壞驗算噴層，一般可取Rs＝(4-6)×105Pa第九十五頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五噴射混凝土厚度計算（二）按“撕開型”破壞驗算噴層厚度式中b—噴層厚度，m；

G—危石重量，一般由工程調(diào)查確定，N；

K0—巖體抗拉彈性抗力系數(shù)，Pa；

E—噴射混凝土的彈性模量，Pa；

S—危石與噴射混凝土接觸面的周長，m；

Rn—設(shè)計噴射混凝上的粘結(jié)強(qiáng)度、由試驗確定，一般可取0.2MPa。當(dāng)按照上述公式計算出噴射混凝土的厚度小于50mm時，則為滿足防止圍巖風(fēng)化的要求，對于噴射混凝土一般噴厚應(yīng)大于50mm，考慮到地下工程的特殊性一般采用噴層厚度為80～100mm。第九十六頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五一、小松動圈設(shè)計實例(三)支護(hù)效果該暗斜井1986年施工，使用期間完好，由于按小松動圈圍巖支護(hù)，取消了原來的錨桿支護(hù)，同時降低了噴層厚度。據(jù)統(tǒng)計，僅節(jié)約錨桿支護(hù)一項，就使巷道成本降低了13％，按當(dāng)時價格計算每米節(jié)約191元，支護(hù)工作量減少了55％，每百米巷道節(jié)省了1.9l萬元。第九十七頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五二、綜放順槽錨桿支護(hù)設(shè)計實例南屯煤礦13104綜放工作面位于一采區(qū)中上部。煤層厚度4～6.7m，平均5.46m，賦存穩(wěn)定；直接頂為淺灰色粉砂巖，厚度3～5m，泥質(zhì)膠結(jié)；老頂為灰色中砂巖，厚度6～8m；直接底為灰黑色粉砂巖，厚度2.9～7.6m；順槽走向長度1032m。第九十八頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五綜放順槽錨桿支護(hù)設(shè)計實例

(一)圍巖松動圈測試實測3上煤層開采前靜態(tài)松動圈Lp0＝1.0～1.1m，采動影響期間的最大松動圈Lpd＝1.8～1.9m。根據(jù)圍巖松動圈分類表，采前的3上號煤層松動圈III類一般圍巖，采動影響期間為IV類一般不穩(wěn)定圍巖。根據(jù)松動圈支護(hù)理論采動巷道支護(hù)設(shè)計思想，該順槽以采動影響之前的靜態(tài)松動圈Lp＝1.0～1.1m為依據(jù)進(jìn)行支護(hù)設(shè)計。第九十九頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五綜放順槽錨桿支護(hù)設(shè)計實例(二)錨桿支護(hù)參數(shù)設(shè)計1．?dāng)嗝嫘螤罡鶕?jù)南屯煤礦綜放工作面回采工藝和設(shè)備布置要求，寬度4.2m、高3.6m，凈斷面11.6m2。

2．錨桿類型選擇南屯煤礦13104綜放順槽錨桿支護(hù)實踐表明，工作面一側(cè)的金屬錨桿在工作面回采時可方便地取出，對采煤機(jī)回采工藝幾乎無影響。在順槽中使用金屬錨桿與竹木錨桿相比，錨固力大民錨固可靠。因此，13l04下順槽錨網(wǎng)支護(hù)使用快硬水泥金屬錨桿．桿體直徑φ16mm，為保證煤層中錨固的可靠性，錨桿錨固長度≥500mm。第一百頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五綜放順槽錨桿支護(hù)設(shè)計實例

(二)錨桿支護(hù)參數(shù)設(shè)計

3．錨桿長度、間排距按新概念的懸吊理論確定錨桿長度：

L=Lp0+0.5m(錨固長度)+0.1m(外露長度)=1.1+0.5+0.1=1.7m

當(dāng)頂板煤層厚度與按懸吊所能確定的錨桿長度相當(dāng)時，如巷道上方頂煤厚度1.8-2.2m，此時應(yīng)根據(jù)錨固層壓力拱觀點(diǎn)確定錨桿支護(hù)參數(shù)。

間排距：取頂板間距0.7m、兩幫間距0.90m；排距0.80m。第一百零一頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五綜放順槽錨桿支護(hù)設(shè)計實例

(二)錨桿支護(hù)參數(shù)設(shè)計

4．金屬網(wǎng)、鋼帶

金屬網(wǎng)選用10號鐵絲編織的經(jīng)緯網(wǎng)，防止煤塊掉落。

鋼帶類型日前主要有兩種類型：一是用鋼板制成的板式，二是用鋼筋焊成的梯子式。前者強(qiáng)度大，承載能力強(qiáng)，后者重且輕，加工安裝較為方便，考慮該巷道圍巖穩(wěn)定性較好，選用鋼筋梯子式鋼帶類型。錨桿布置如圖7-10所示。頂板角部錨桿必須外斜至兩幫上方，以防發(fā)生切頂破壞。第一百零二頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五第一百零三頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五綜放順槽錨桿支護(hù)設(shè)計實例(二)錨桿支護(hù)參數(shù)設(shè)計5.礦壓觀測掘進(jìn)期間，進(jìn)行了錨桿錨固力、松動圈、圍巖變形及托盤受力觀測。觀測表明，錨桿錨固可靠，錨固力達(dá)到4t以上；實測松動圈數(shù)值與預(yù)測值相同；掘進(jìn)期間觀測兩個月的圍巖變形員僅4～6mm(因測點(diǎn)在掘進(jìn)2d之后于掘進(jìn)機(jī)后面安設(shè)，事實上變形量應(yīng)較觀測數(shù)值大)，說明在該圍巖條件下“支護(hù)圍巖”處于穩(wěn)定狀態(tài)，滿足順槽在采動之前的使用要求，達(dá)到了以Lp0為基準(zhǔn)的設(shè)計目標(biāo)。第一百零四頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五采動影響期間，超前工作面20～30m架設(shè)單體液壓支柱加強(qiáng)支護(hù)，觀測到變形增加量20mm小于同等條件下礦用工字鋼架棚支護(hù)的變形量40～50mm。第一百零五頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五按懸吊作用時計算（不知松動圈深度時）直接頂粉砂巖單軸抗壓強(qiáng)度為30MPa。L2=1.1m時，a=0.98m第一百零六頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五三、大松動圈巷道支護(hù)淮南潘三煤礦大松動圈復(fù)合型軟巖工程實例(一)工程概況西二采區(qū)運(yùn)輸石門，巷道埋深252m，試驗巷道巖性為粘土巖、砂質(zhì)質(zhì)粘土巖、細(xì)砂巖及煤線。其中粘土巖占50％，砂質(zhì)粘土巖占38％，細(xì)砂巖及煤線占12％。粘土巖單軸抗壓強(qiáng)度15MPa，巖塊浸水2～13h后用手指輕捏即成碎塊；砂質(zhì)粘土強(qiáng)度17.23MPa，巖塊浸水2～7h用手輕碰崩解成碎塊，碎塊用手搓捻成泥，遇水膨脹性極明顯。第一百零七頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五三、大松動圈巷道支護(hù)淮南潘三煤礦大松動圈復(fù)合型軟巖工程實例(一)工程概況試驗段巷道長度為100m，巷道斷面21.5m2，三號交岔點(diǎn)斷面為21.5～45.0m，最大跨度為9.54m。該巷道原設(shè)計為普通錨噴支護(hù)與U型鋼聯(lián)合支護(hù)，錨桿支護(hù)參數(shù)：直徑為16mm，長度為1.6m的快硬水泥錨桿，間排距為0.7m×0.7m，噴射混凝土厚度為100mm；拱形25U型鋼可縮金屬支架設(shè)計為2架／m，支護(hù)成本較高。第一百零八頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五（二）試驗巷道支護(hù)參數(shù)設(shè)計1.圍巖松動圈的測定

2.41-2.65m，V類圍巖。2.支護(hù)參數(shù)的確定(1)支護(hù)形式與斷面形狀的選擇：以錨桿為主體構(gòu)件的錨噴網(wǎng)支護(hù)形成的組合拱，具方較高的承載能力和很好的可縮性，能及時封閉同巖進(jìn)行全方位支護(hù)，能夠滿足軟巖支護(hù)的要求。因此試驗巷道采用錨噴網(wǎng)支護(hù)方式，又由于軟巖松動圈厚度值較大，故決定采用缺圓拱形巷道斷面。第一百零九頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五（二）試驗巷道支護(hù)參數(shù)設(shè)計2.支護(hù)參數(shù)的確定(1)支護(hù)形式與斷面形狀的選擇。(2)支護(hù)參數(shù)的計算：錨桿是支護(hù)的主要構(gòu)件，根據(jù)巷道服務(wù)年限長，支護(hù)對象是V類較軟圍巖，選用該礦現(xiàn)用的管縫式錨桿。錨稈布置用組合拱理論計算確定，選取間排距為0.5m，組合拱厚度為1.2m，則錨桿長度為1.8m。第一百一十頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五錨桿沿巷道全斷面封閉布置，以形成封閉組合拱，詳見圖6-5。噴層與鋼筋網(wǎng)只起局部支護(hù)作用。噴射混凝土主要用于封閉圍巖表層，防止圍巖風(fēng)化與潮解；鋼筋網(wǎng)可提高噴層抗彎和抗大變形的能力。根據(jù)大松動圈較軟圍巖地壓大、錨噴變形大、圍巖應(yīng)力調(diào)整期長的特點(diǎn)，錨噴網(wǎng)支護(hù)必須采用二次復(fù)噴支護(hù)的方法。第一百一十一頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五第一百一十二頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五二次復(fù)噴支護(hù)噴層總厚為120mm，共分三次噴射。為了鉆鑿頂部錨桿孔的施工安全，開巷后立即噴30mm混凝土，然后在初噴面上打錨桿孔、掛網(wǎng)，網(wǎng)距初噴面不大于30mm，安設(shè)好錨桿后再噴50mm混凝土完成第一次支護(hù)；然后根據(jù)監(jiān)測變形情況確定復(fù)噴時間后再復(fù)噴40mm，達(dá)到設(shè)計的永久支護(hù)噴厚120mm。第一百一十三頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五鋼筋選用直徑6.0mm圓鋼，點(diǎn)焊成1625mm×1125mm的網(wǎng)片，網(wǎng)格為125mm×125mm。(3)支護(hù)能力估算：用拉麥公式計算組合拱的支護(hù)強(qiáng)度，與29U型鋼可縮支護(hù)對比，相對安全系數(shù)為2.8。經(jīng)驗算組合拱支護(hù)能力大大超過29U型鋼支架的支護(hù)能力。(4)試驗巷道斷面施工圖如圖6-5所示。第一百一十四頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五拉麥公式：式中，Q2為錨固體強(qiáng)度，取14MPa;R為巷道凈斷面半徑，為2.9m;b為組合拱厚度，1.2m。P=3.50MPat取0.5m的組合拱承載能力P0.5用下式計算P0.5=2πRPt=31.87KN與U型鋼支架對比的相對安全系數(shù)nP為29U型鋼全封閉可縮性支架在巷道軸向長度0.5m的承受能力，為11.26kN?？芍捎缅^網(wǎng)噴聯(lián)合支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載能力是29U型鋼支架承載能力的2.8倍，所以這種支護(hù)方式在技術(shù)上是可行的。第一百一十五頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五(5)支護(hù)施工的工藝順序：光面爆破清除浮巖沖洗巖面初噴(≥20mm)打錨稈鋪鋼筋網(wǎng)安錨桿、壓網(wǎng)復(fù)噴(50mm)完成第一次支護(hù)，埋點(diǎn)進(jìn)行巷道變形的觀測。通過收斂變形觀測和松動圈的測試確定，巷道在3個月后變形基本趨于穩(wěn)定，巷道只局部有噴層裂隙發(fā)生，符合預(yù)設(shè)支護(hù)的要求，放在3個月后對局部損壞地點(diǎn)進(jìn)行第二次復(fù)噴到設(shè)計厚度。第一百一十六頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五(三)施工質(zhì)量監(jiān)測施工中及施工后多次抽測錨桿的錨固力和噴層強(qiáng)度，采用錨桿拉力計抽測的結(jié)果表明錨桿的鋪固力均達(dá)40kN以上，符合質(zhì)量要求。采用PQT-1型噴混凝土強(qiáng)度檢測儀檢測噴混凝土的強(qiáng)度高于C15，施工質(zhì)量達(dá)到設(shè)計要求。第一百一十七頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五第一百一十八頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五(四)收斂變形觀測及二次支護(hù)時間的確定收斂變形監(jiān)測均在巷道掘出后兩天內(nèi)安裝，并開始觀測。變形的測試結(jié)果如圖6-6。由圖6-6可以看出，試驗巷逐步趨于穩(wěn)定，巷道頂板圍巖應(yīng)力調(diào)整期約為90d，即二次支護(hù)應(yīng)在90d后進(jìn)行。圖6-6曲線表明底板圍巖在180d左右才能穩(wěn)定下來。底板圍巖應(yīng)力調(diào)整期長的原因：一是施工時有水長期浸泡，圍巖強(qiáng)度降低，巖石遇水膨脹；二是底板為平底，受力條件較差，因而底鼓變形量較大，變形速度下降遲緩。這說明軟巖巷道施工應(yīng)充分重視對巷道積水的處理，對底板采用管縫式錨桿、必須對錨桿中空實施灌注水泥砂漿。第一百一十九頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五(五)技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益

試驗段巷道原設(shè)計采用錨噴加U型鋼棚聯(lián)合支擴(kuò)，單位工程造價達(dá)11048元／m，工業(yè)件試驗采用鉗噴網(wǎng)支護(hù)，單位工程造價7257元／m；降低工程成本3791元／m，降低約34.3％，節(jié)約鋼材1.4t／m。不僅如此，原支護(hù)形式施工巷道平均速度為50～60m／月，而錨噴網(wǎng)支護(hù)平均月成巷速度120m／月，成巷速度提高100％以上，降低了工人的勞動強(qiáng)度，提高來安全性。第一百二十頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五四、錨桿桁架支護(hù)設(shè)計實例（一）工程概況（二）桁架支護(hù)設(shè)計（三）支護(hù)效果第一百二十一頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五一、試驗巷道22514運(yùn)輸順槽地質(zhì)條件郭二莊煤礦二坑五采區(qū)皮帶坡北翼22514高檔普采工作面運(yùn)輸巷。工作面走向長550m，傾斜長107m，埋深320m。該工作面位于邑城背斜中部，受擠壓作用形成一些隱狀正斷層。煤層柱狀見圖2-6-5。煤層厚平均1.4m，傾角14；煤質(zhì)松軟，幫鼓、底鼓較嚴(yán)重。約0.3m厚炭質(zhì)頁巖偽頂，含植物化石較多，松散易碎。直接頂為復(fù)合結(jié)構(gòu)，中間夾有煤線，平均厚度1.4m。老頂為中細(xì)砂巖，較堅硬，平均厚度約16.4m。直接底為砂質(zhì)泥巖，厚約2.5m。煤層頂板屑弱含水層。試驗巷道圍巖穩(wěn)定性類別見表2-6-6第一百二十二頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五第一百二十三頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五N－直接頂厚度和采高的比值；巷道圍巖類別：IIIX－護(hù)巷煤柱的寬度，m；H－埋深，m；D－頂板完整性系數(shù)，以直接頂垮落步距表示，m。第一百二十四頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期五二、錨桿桁架支護(hù)設(shè)計巷道斷面形狀為斜矩形，中高2100mm，寬3000mm，掘進(jìn)斷面6.3m2。錨桿桁架布置見圖2-6-6。頂板選用樹脂錨固劑金屬桿體錨桿，兩幫選用竹錨桿。第一百二十五頁，共一百三十九