同煤集团巷道支护理论计算设计方法

同煤集团巷道支护理论计算设计方法

（初稿）

生产技术部 2009年8月

前 言

煤矿巷道支护有架棚、料石砌碹、锚杆等一系列支护形式，架棚和料石砌碹等支护是被动支护，由于成本高、进度慢、消耗体力大、支护成效差等缘故逐步被剔除。而锚杆支护在煤矿巷道支护中占主导地位，是唯独能实现安全、快速、经济的一种支护形式。现在不管在国内依旧国外，煤矿巷道都优先采纳锚杆支护，

锚杆支护已成为巷道支护进展的方向。

支护设计是巷道支护中的一项关键技术，对充分发挥锚杆支护的优越性和保证巷道安全具有十分重要的意义。假如支护形式和参数选择不合理，就会造成两个极端：其一是支护强度太高，不仅白费支护材料，而且阻碍掘进进度；其二是支护强度不够，不能有效操纵围岩变形，显现冒顶事故。

目前，国内外锚杆支护设计方法要紧分为三大类：工程类比法、理论运算法和数值模拟法。工程类比法包括：依照已有的巷道工程，通过类比提出新建工程的支护设计；通过巷道围岩稳固性分类提出支护设计；采纳简单的体会公式确定支护设计。

理论运算法基于某种锚杆支护理论，如悬吊理论、组合梁理论及加固拱理论，运算得出锚杆支护参数。由于各种支护理论都存在着一定的局限性和使用条件，而且专门难比较准确、可靠地确定运算所需要的一些参数。因此，依据理论运算所做的设计结果专门多情形下只能作为参考。

随着数值运算方法在采矿工程中的大量应用，采纳数值模拟法进行锚杆支护设计也得到了较快进展。与其他设计方法相比，数值模拟法具有多方面的优点，如可模拟复杂围岩条件、边界条件和各种断面形状巷道的应力场与位移场；可快速进行多方案比较，分析各因素对巷道支护成效的阻碍；模拟结果直观、形象，便于处理与分析等。数值模拟法差不多在美国、澳大利亚及英国等锚杆支护技术先进的国家得到广泛应用。如澳大利亚锚杆支护设计方法确实是在巷道围岩地质力学测试与评估的基础上，采纳数值模拟分析结合其他方法提出锚杆支护初始设计，然后进行井下监测，依照监测数据验证、修改和完善初始设计。尽管数值模拟法还存在专门多问题，如专门难合理地确定运算所需的一些参数，模型专门难全面反映井下巷道状况，导致运算结果与巷道实际情形相差较大。然而，数值模拟法作为一种有前途的设计方法，通过不断的改进和进展，会逐步接近于实际。

近10年来，我国在锚杆支护设计方法方面做了大量工作。在借鉴国外先进设计方法的基础上，结合我国煤矿巷道的特点，提出动态化、信息化的设计方法，符合煤矿巷道地质条件复杂性、多变性的特点。这种设计方法差不多在多个矿区得到推广应用，锚杆支护设计的可靠性、合理性和科学性得到显著提高。

同煤集团的巷道支护技术相对落后，工程技术人员的理论基础知识和实践体

会存在一定差距，现在全然无法用数值模拟法进行巷道支护设计，只能采纳理论运算法进行巷道支护设计，然而各矿选用的运算公式五花八门，不规范、不统一。为了规范巷道支护设计，生产技术部组织人员编写了“同煤集团巷道支护理论运算设计方法”，仅供参考。

第一部分 第二部分 生产技术部 2009年8月

目 录

有伪顶巷道支护设计………………………………（5） 自然平稳拱顶板支护设计…………………………（7）

第三部分 复合层顶板支护设计………………………………（9） 第四部分 一样放顶煤巷道支护设计………………………（12） 第五部分 特厚放顶煤巷道支护设计………………………（14） 第六部分 极近距离煤层巷道支护设计……………………（17） 第七部分 岩石拱形巷道支护设计方法……………………（20） 第八部分 运算参数的修正…………………………………（21） 第九部分 支护设计实例……………………………………（22） 参考文献 ……………………………………………………（29）

第一部分 有伪顶巷道支护设计

专门多煤巷顶板存在一层或几层极易冒顶的伪顶，这类顶板应采纳锚杆、锚索联合支护方式，选用悬吊理论进行设计。锚杆的作用是将巷道顶板较弱易冒落的岩层悬吊在上面稳固岩层上，以增强脆弱岩层的稳固性。锚索锚固在深部围岩里，调动深部围岩的强度，对锚杆锚固的岩体起悬吊和爱护作用。悬吊理论力学

模型如图1。

图1 悬吊理论力学模型

1、锚杆长度

L杆L杆1L杆2L杆3

式中 L杆—锚杆长度，m；

L杆1—锚杆外露顶板长度，m；

L杆2—锚杆的有效长度，不小于不稳固岩层的厚度，m；

L杆3—锚杆的锚固长度，螺纹钢锚杆一样取0.6～1m，麻花头锚杆一样取0.3～0.4m；

2、锚固力的确定

锚杆的锚固力不应小于被悬吊不稳固岩层的重量，按下式运算。

Q杆K1L杆2a杆1a杆2

式中 Q杆—锚杆锚固力，KN； K1—安全系数，一样取2～3； a杆1、a杆2—锚杆间排距，m；

—易冒落岩石平均重力密度，KN/m3； 3、锚杆的直径

d杆4Q杆s

式中 d杆—锚杆直径，m；

s—锚杆杆体的屈服强度，MPa。 4、锚索的长度

L索L索1L索2L索3

式中 L索—锚索长度，m；

L索1—锚索外露顶板长度，m；

L索2—锚索的有效长度，不小于锚杆锚固岩层的厚度L索2L杆2L杆3，m；

L索3—锚索的锚固长度，一样取1.5～2m； 5、锚索间排距的确定

锚索的间距a索1应依照锚杆的间距确定，每2～3根锚杆应布置1根锚索。 锚索的排距按下式运算：

a索2N索

K2a索1h式中 a索1、a索2—锚索间距、排距，m；

N索—锚索承载力，查材料强度检验报告可得，KN； K2—安全系数，一样取2～5；

h—锚杆锚固岩层的厚度，hL杆2L杆3，m；

—锚杆锚固岩层平均重力密度，KN/m3；

6、锚索的锚固力

锚索的锚固力应不小于锚索的承载力， 即：Q索N索

式中：Q索—锚索锚固力，KN；

N索—锚索承载力，KN。

第二部分 自然平稳拱顶板支护设计

巷道开掘后，如顶板裂隙发育、破裂，在地应力的作用下，浅部围岩发生破坏易冒落，而在深部一定范畴内形成自然平稳拱，自然平稳拱以上的岩体是稳固的。这类顶板应采纳锚杆、锚索联合支护方式，锚杆的作用是将巷道顶板自然平稳拱下部易冒落的岩石悬吊在上部稳固的岩石上，锚索锚固在深部围岩里，调动深部围岩的强度，对锚杆锚固的岩体起悬吊和和爱护作用。可见，自然平稳拱理论对锚杆支护作用的分析实质上是悬吊作用。自然平稳拱理论力学模型如图2。

图2 自然平稳拱理论力学模型

1、冒落拱高

BHtan45帮22b

f顶b—自然平稳拱高度，m；

B—巷道掘进宽度，m；

H—巷道掘进高度，m；

帮—两帮围岩的内摩擦角，查采矿工程设计手册表1—4—37和表1—4—40。

2、锚杆长度

L杆L杆1L杆2L杆3

式中 L杆—锚杆长度，m；

L杆1—锚杆外露顶板长度，m；

L杆2—锚杆的有效长度，不小于自然平稳拱的高度，m；

L杆3—锚杆的锚固长度，螺纹钢锚杆一样取0.6～1m，麻花头锚杆一样取0.3～0.4m；

3、锚杆的锚固力

锚杆的锚固力不应小于被悬吊不稳固岩层的重量，按下式运算。

Q杆K1L杆2a杆1a杆2

式中 Q杆—锚杆锚固力，KN； K1—安全系数，一样取2～3； a杆1、a杆2—锚杆间排距，m；

—冒落拱岩石平均重力密度，KN/m3； 4、锚杆的直径

d杆4Q杆s

式中 d杆—锚杆直径，m；

s—锚杆杆体的屈服强度，MPa。 5、锚索的长度

L索L索1L索2L索3

式中 L索—锚索长度，m；

L索1—锚索外露顶板长度，m；

L索2—锚索的有效长度，不小于锚杆锚固岩层的厚度L索2L杆2L杆3，m；

L索3—锚索的锚固长度，一样取1.5～2m； 6、锚索的间排距

锚索的间距a索1应依照锚杆的间距确定，每2～3根锚杆应布置1根锚索。

锚索的排距按下式运算：

a索2N索

K2a索1h式中 a索1、a索2—锚索间距、排距，m；

N索—锚索承载力，查材料强度检验报告可得，KN； K2—安全系数，一样取2～5；

h—锚杆锚固岩层的厚度，hL杆2L杆3，m；

—锚杆锚固岩层平均重力密度，KN/m3；

7、锚索的锚固力

锚索的锚固力应不小于锚索的承载力， 即：Q索N索

式中：Q索—锚索锚固力，KN；

N索—锚索承载力，KN。

第三部分 复合层顶板支护设计

煤系地层是层状沉积岩，有一类顶板每一层连续完整，层间有节理，如复合层顶板，这类顶板应采纳锚杆、锚索联合支护方式，选用组合梁理论进行设计。锚杆的作用是将层状岩层组合起来形成组合梁结构，锚索锚固在深部围岩里，调动深部围岩的强度，对组合梁起悬吊和减跨作用，以增强组合梁的强度。组合梁理论力学模型如图3。

图3 组合梁理论力学模型

1、锚杆长度

L杆L杆1L杆2L杆3

式中 L杆—锚杆长度，m；

L杆1—锚杆外露顶板长度，m； L杆2—锚杆的有效长度， m；

L杆3—锚杆的锚固长度，螺纹钢锚杆一样取0.6～1m，麻花头锚杆一样取0.3～0.4m；

L杆2K1 4Rt式中 K1—安全系数，一样取3～5；

—组合梁岩层平均重力密度，KN/m3；

Rt—组合梁最下一层岩石的抗拉强度MPa； 2、锚杆间排距及杆体直径

假设锚杆的间距与排距相等，即：a杆1a杆2

a杆11.4472d杆 K2B式中 a杆1、a杆2—锚杆的间距、排距；

d杆—锚杆杆体直径，选择直径d杆18mm的锚杆，mm；

—锚杆杆体材料的抗剪强度，查材料的强度检验报告可得，MPa；

K2—安全系数，一样取3～6，MPa；

—组合梁岩层平均重力密度，KN/m3；

B—巷道宽度，m。

3、锚杆的锚固力

锚杆的锚固力应该不小于杆体屈服载荷。

12Q杆d杆s

4式中 Q杆—锚杆锚固力，KN；

d杆—锚杆直径，m；

s—锚杆杆体的屈服强度，MPa。 4、锚索的长度

L索L索1L索2L索3

式中 L索—锚索长度，m；

L索1—锚索外露顶板长度，m；

L索2—锚索的有效长度，组合梁的厚度，m； L索3—锚索的锚固长度，一样取1.5～2m； 5、锚索的间排距

锚索的间距a索1应依照锚杆的间距确定，每2～3根锚杆应布置1根锚索。 锚索的排距按下式运算：

a索2N索

K1a索1h式中 a索1、a索2—锚索间距、排距，m；

N索—锚索承载力，查材料强度检验报告可得，KN； K1—安全系数，一样取2～5；

h—组合梁岩层厚度，m；

—组合梁岩层的平均重力密度，KN/m3；

6、锚索的锚固力

锚索的锚固力应不小于锚索的承载力， 即：Q索N索

式中：Q索—锚索锚固力，KN；

N索—锚索承载力，KN。

第四部分 一样放顶煤巷道支护设计

一样放顶煤巷道（煤层厚度小于10米）沿煤层底板掘进，顶煤厚度3～6米，这类巷道应采纳锚杆、锚索联合支护方式，应采纳加固拱理论和悬吊理论进行设计。加固拱理论强调锚杆的群体作用，该理论认为：顶板安装锚杆后，在锚杆的有效长度范畴形成了锥形体压缩区，只要锚杆间距足够小，各个锚杆形成的锥形体压缩区彼此重叠联结，便在围岩中形成了一个厚度为m的平均连续压缩带，它不仅能保持自身的稳固，而且能承担地压，阻止上部围岩的松动和变形。锚索锚固在稳固的岩石顶板上，对压缩带起减跨作用，并对顶煤起悬吊作用。加固拱理论、悬吊理论力学模型如图4.

图4 加固拱理论、悬吊理论力学模型

1、锚杆长度及间排距

L杆L杆1L杆2L杆3

式中 L杆—锚杆长度，m；

L杆1—锚杆外露顶板长度，m； L杆2—锚杆的有效长度，m；

L杆3—锚杆的锚固长度，螺纹钢锚杆一样取0.6～1m，麻花头锚杆一样取0.3～0.4m；

加固拱厚度、锚杆长度与锚杆间排距有以下近似关系：

L杆2mtana杆1

tan式中 m—加固拱厚度，一样取0.8～1.2m；

—锚杆的操纵角，煤体的硬度越大，操纵角也越大，一样取30～45°；

a杆1—锚杆的间距，与排距a杆2近似相等，一样取0.7～1m； 2、锚杆的直径

选择直径d杆18mm的锚杆。 3、锚杆的锚固力

锚杆的锚固力应该不小于杆体屈服载荷。

12Q杆d杆s

4式中 Q杆—锚杆锚固力，KN；

d杆—锚杆直径，m；

s—锚杆杆体的屈服强度，MPa。 4、锚索的长度

L索L索1L索2L索3

式中 L索—锚索长度，m；

L索1—锚索外露顶板长度，m；

L索2—锚索的有效长度，不小于顶板煤层的厚度，m；

L索3—锚索的锚固长度，一样取1.5～2m； 5、锚索的间排距

锚索的间距a索1应依照锚杆的间距确定，每2～3根锚杆应布置1根锚索。 锚索的排距按下式运算：

a索2N索

K1a索1h式中 a索1、a索2—锚索间距、排距，m；

N索—锚索承载力，查材料强度检验报告可得，KN； K1—安全系数，一样取2～5；

h—顶板煤层厚度，hL杆2L杆3，m；

—顶板煤层的平均重力密度，KN/m3；

6、锚索的锚固力

锚索的锚固力应不小于锚索的承载力， 即：Q索N索

式中：Q索—锚索锚固力，KN；

N索—锚索承载力，KN。

第五部分 特厚放顶煤巷道支护设计

特厚放顶煤巷道（煤层厚度大于10米）沿煤层底板掘进，顶煤厚度一样大于6米，这类巷道应采纳锚杆、锚索联合支护方式，应采纳加固拱理论和自然平稳拱理论进行设计。加固拱理论强调锚杆的群体作用，该理论认为：顶板安装锚杆后，在锚杆的有效长度范畴形成了锥形体压缩区，只要锚杆间距足够小，各个锚杆形成的锥形体压缩区彼此重叠联结，便在围岩中形成了一个厚度为m的平均连续压缩带，它不仅能保持自身的稳固，而且能承担地压，阻止上部围岩的松动和变形。锚索对组合梁起减跨作用，对自然平稳拱下部的煤层起悬吊作用，把巷道顶板自然平稳拱下部易冒落的煤层悬吊在上部稳固的煤层中。加固拱理论、自然平稳拱理论力学模型如图5。

图5 加固拱理论、自然平稳拱理论力学模型。

1、锚杆长度及间排距

L杆L杆1L杆2L杆3

式中 L杆—锚杆长度，m；

L杆1—锚杆外露顶板长度，m； L杆2—锚杆的有效长度，m；

L杆3—锚杆的锚固长度，螺纹钢锚杆一样取0.6～1m，麻花头锚杆一样取0.3～0.4m；

加固拱厚度、锚杆长度与锚杆间排距有以下近似关系：

L杆2mtana杆1

tan式中 m—加固拱厚度，一样取0.8～1.2m；

—锚杆的操纵角，煤体的硬度越大，操纵角也越大，一样取30～45°；

a杆1—锚杆的间距，与排距a杆2近似相等，一样取0.7～1m； 2、锚杆的直径

选择直径d杆18mm的锚杆。 3、锚杆的锚固力

锚杆的锚固力应该不小于杆体屈服载荷。

12Q杆d杆s

4式中 Q杆—锚杆锚固力，KN；

d杆—锚杆直径，m；

s—锚杆杆体的屈服强度，MPa。 4、冒落拱高

BHtan45帮22 bf顶式中：b—自然平稳拱高度，m；

B—巷道掘进宽度，m；

H—巷道掘进高度，m；

帮—两帮煤的内摩擦角，查采矿工程设计手册表1—4—37和表1—

4—40。

5、锚索长度

L索L索1L索2L索3

式中 L索—锚索长度，m；

L索1—锚索外露顶板长度，m；

L索2—锚索的有效长度，不小于自然平稳拱的高度，m； L索3—锚索的锚固长度，一样取1.5～2m； 6、锚索的间排距

锚索的间距a索1应依照锚杆的间距确定，每2～3根锚杆应布置1根锚索。 锚索的排距按下式运算：

a索2N索

Kba索1式中 a索2—锚索的排距，m；

N索—锚索承载力，查材料强度检验报告可得，KN； K—安全系数，一样取2～5； b—自然平稳拱高度，m；

—冒落拱煤层平均重力密度，KN/m3；

7、锚索的锚固力

锚索的锚固力应不小于锚索的承载力， 即：Q索N索

式中：Q索—锚索锚固力，KN；

N索—锚索承载力，KN。

第六部分 极近距离煤层巷道支护设计

层间距小于4米的巷道应采纳锚杆、11#工字钢棚联合支护方式，应采纳组合梁理论和简支梁理论进行支护设计。锚杆的作用是将层状岩层组合起来形成组合梁结构，11#工字钢梁起简支梁作用，对岩层起支撑作用。组合梁理论、简支梁理论力学模型如图6。

图6 组合梁理论、简支梁理论力学模型

1、锚杆长度

L杆L杆1L杆2L杆3

式中 L杆—锚杆长度，m；

L杆1—锚杆外露顶板长度，m； L杆2—锚杆的有效长度，m；

L杆3—锚杆的锚固长度，螺纹钢锚杆一样取0.6～1m，麻花头锚杆一样取0.3～0.4m；

L杆2K1 还必须满足L杆2L杆3小于岩层的厚度。 4Rt式中 K1—安全系数，一样取3～5；

—组合梁岩层平均重力密度，KN/m3；

Rt—组合梁最下一层岩石的抗拉强度MPa； 2、锚杆间排距及杆体直径

假设锚杆的间距与排距相等，即：a杆1a杆2

a杆11.4472d杆 K2B式中 a杆1、a杆2—锚杆的间距、排距；

d杆—锚杆杆体直径，选择直径d杆18mm的锚杆，mm；

—锚杆杆体材料的抗剪强度，查材料的强度检验报告可得，MPa；

K2—安全系数，一样取3～6，MPa；

—组合梁岩层平均重力密度，KN/m3；

B—巷道宽度，m。

3、锚杆的锚固力

锚杆的锚固力应该不小于杆体屈服载荷。

12Q杆d杆s

4式中 Q杆—锚杆锚固力，KN；

d杆—锚杆直径，m；

s—锚杆杆体的屈服强度，MPa。 4、11#工字钢的棚距

工作钢梁最大弯矩按下式运算：

1MmaxqB2

8式中：Mmax—工字钢梁上的最大弯矩，kN·m；

q—均布载荷, kN/m；

B—巷道上部尽宽，m。

qa棚L杆2

式中：—组合梁岩层平均重力密度，KN/m3；

a棚—11#工字钢棚距， m。

因此有：Mmax1a棚L杆2B2 8工字钢弯矩如图7。

图7 工字钢弯矩

工字钢的最大弯曲拉应力应按下式运算：

2Mmxsa棚L杆2B maxWX8WX式中：max—最大拉应力，KN/m2；

WX—工字钢的抗弯截面模量，cm2。

钢梁稳固应满足条件：

K3a棚L杆2B2 sK3max8WX式中：s—工字钢梁刚才的屈服强度，查强度检验报告可得，KN/m2；

K3—安全系数，一样取3～5。

因此有可求得11#工字钢的棚距为：

a棚8WXs

K3L杆2B2

第七部分 岩石拱形巷道支护设计方法

岩石拱形巷道应采纳锚杆、喷浆联合支护方式，应采纳加固拱理论。加固拱理论强调锚杆的群体作用，该理论认为：顶板安装锚杆后，在锚杆的有效长度范畴形成了锥形体压缩区，只要锚杆间距足够小，各个锚杆形成的锥形体压缩区彼此重叠联结，便在围岩中形成了一个厚度为m的平均连续压缩拱，它不仅能保持自身的稳固，而且能承担地压，阻止上部围岩的松动和变形。喷浆的作用：一是防止围岩风化降低强度，二是能够防止小块岩石的脱落，三是能改变围岩的受力状况，使围岩的二向应力状态变为三向应力状态。岩石巷道加固拱理论力学模型如图8。

图8 岩石巷道加固拱理论力学模型

1、锚杆长度及间排距

L杆L杆1L杆2L杆3

式中 L杆—锚杆长度，m；

L杆1—锚杆外露顶板长度，m； L杆2—锚杆的有效长度，m；

L杆3—锚杆的锚固长度，螺纹钢锚杆一样取0.6～1m，麻花头锚杆一样取0.3～0.4m；

加固拱厚度、锚杆长度与锚杆间排距有以下近似关系：

L杆2mtana杆1

tan式中 m—加固拱厚度，一样取0.8～1.2m；

—锚杆的操纵角，煤体的硬度越大，操纵角也越大，一样取30～45°；

a杆1—锚杆的间距，与排距a杆2近似相等，一样取0.7～1m； 2、锚杆的直径

选择直径d杆18mm的锚杆。 3、锚杆的锚固力

锚杆的锚固力应该不小于杆体屈服载荷。

12Q杆d杆s

4式中 Q杆—锚杆锚固力，KN；

d杆—锚杆直径，m；

s—锚杆杆体的屈服强度，MPa。 4、喷浆的厚度及强度

喷浆的厚度应在8～12cm，强度不小于C20。

第八部分 运算参数的修正

用理论运算出的支护参数必须依照煤炭行业标准《煤巷锚杆支护技术规范》第4.2.9条锚杆支护差不多参数（表1）和MT 146.1—2002锚固力规定值（表2）进行修正。

表1 锚杆支护差不多参数

序号 1 2 3 4 5 6 参 数 名 称 锚杆长度 锚杆公称直径 锚杆排距 锚杆间距 锚索有效长度 单位 m mm m m m 参数值 1.6～3.0 16.0～25.0 0.7～1.5 0.7～1.5 4.0～10.0 锚索公称直径 mm 15.2～22.0 表2 锚固力的规定值 锚杆类型 锚固力（kN） ﹥125 ﹥105 ﹥85 ﹥75 ﹥95 ﹥70 ﹥60 ﹥50 螺纹钢杆体 σs≥335MPa 圆钢杆体 σs≥235MPa 22mm 20mm 18mm 16mm 22mm 20mm 18mm 16mm 第九部分 支护设计实例

一、巷道概况

某回风顺槽巷道设计长度1250m，巷道岩煤层顶板掘进，掘进宽度3.2m，掘进高度2.7m。煤层顶底板情形及煤层特点情形分别见表3、表4。

表3 煤层顶底板情形表

名称 岩石名 称 厚度(m) 特点 老顶 细砂岩、粉砂岩 7.17 致密、性脆，较稳固，以石英长石为主 直截了当顶 直截了当底 炭页岩 细纱岩 1.41 1.25 层理较发育、性脆、破裂、易冒落 层理较发育、致密

表4 煤层特点情形表

项 目 单位 指标 煤层平均厚度 m 3.24 煤层倾角 ° 0°52′～2°12′ 煤层硬度 f 2～3 自燃发火期 月 6 绝对瓦斯涌出量 m3/min 0.24 煤尘爆炸指标 % 28.12

二、巷道支护设计

1、支护方式及支护理论的选择

该巷道沿煤层顶板掘进，直截了当顶为炭页岩，易冒落，平均厚度1.41m，老顶为坚硬的细砂岩和粉砂岩，较稳固。采纳锚杆、锚索联合支护方式，选用悬吊理论进行设计。锚杆的作用是将巷道易冒落的炭页岩直截了当顶悬吊在上面稳固的老顶上，。锚索锚固在深部围岩里，调动深部围岩的强度，对锚杆锚固的岩体起悬吊和爱护作用。另外，由于直截了当顶较破裂，采纳钢带和金属网进行护表，为了防止片帮，采纳麻花头锚杆和混凝土托板护帮。

2、理论运算 （1）锚杆长度

L杆L杆1L杆2L杆3

备注 较稳固 式中 L杆—锚杆长度，m；

L杆1—锚杆外露顶板长度，取0.1m；

L杆2—锚杆的有效长度，不小于直截了当顶的厚度，取1.5m； L杆3—锚杆的锚固长度，取0.6m； 把数据带入公司可求得：L杆=2.2m。 （2）锚杆锚固力

锚杆的锚固力不应小于被悬吊不稳固岩层的重量，按下式运算。

Q杆K1L杆2a杆1a杆2

式中 Q杆—锚杆锚固力，KN；

K1—安全系数，取2.5；

a杆1、a杆2—锚杆间排距，a杆1取0.8m，a杆2取1m；

—冒落炭页岩平均重力密度，查采矿工程设计手册表1-4-2，取25KN/m3。

把数据带入公司可求得：Q杆=75KN。 （3）锚杆的直径

d杆4Q杆s

式中 d杆—锚杆直径，mm；

s—锚杆杆体的屈服强度，取335MPa。 把数据带入公司可求得：d杆=16.8mm。 （4）锚索的长度

L索L索1L索2L索3

式中 L索—锚索长度，m；

L索1—锚索外露顶板长度，取0.3m；

L索2—锚索的有效长度，不小于锚杆锚固岩层的厚度，取2.2m； L索3—锚索的锚固长度，取1.5m； 把数据带入公司可求得：L索=4m。 （5）锚索间排距的确定

锚索的间距a索1应依照锚杆的间距确定，该巷道每排布置4根锚杆，因此每排锚索应布置2根，间距a索1=1.6m。

锚索的排距按下式运算：

a索2N索

K2a索1h式中 a索1、a索2—锚索间距、排距，间距a索1=1.6m；

N索—锚索承载力，选用直径为17.8mm的钢绞线，查材料强度检验报，取360KN；

K2—安全系数，取2；

h—锚杆锚固岩层的厚度，取2.1m；

—锚杆锚固岩层平均重力密度，取25KN/m3。

把数据带入公司可求得：a索2=2.1m。 （6）锚索的锚固力

锚索的锚固力应不小于锚索的承载力， 即：Q索N索

式中：Q索—锚索锚固力，KN；

N索—锚索承载力，取360KN。

把数据带入公司可求得：Q索≥360KN。 3、参数的修正

依照表1和表2，结合锚杆、锚索的对应布置关系，修正支护运算参数结果如表5。

表5 运算参数修正结果

序 修正 参数名称 单位 运算值 说明 号 结果 1 锚杆长度L杆 m 2.2 2.2 2 锚杆间距a杆1 m 0.8 0.8 3 锚杆排距a杆2 m 1 1 4 锚杆锚固力Q杆 kN 75 85 结合锚杆的直径，依照表2修正。 5 锚杆直径d杆 mm 16.8 18 依照表1修正。 6 8 锚索长度L索 锚索排距a索2 m m m 4 1.6 2.1 360 6 1.6 2 360 依照表1修正。 依照锚杆的排距修正。 7 a索1锚索间距 9 锚索锚固力Q索 kN 4、支护设计布置说明 （1）顶板支护

锚杆形式和规格：杆体采纳18# 左旋无纵筋螺纹钢，长度为2200mm，杆尾螺纹为M20mm。

托板：采纳拱型高强度托板，托板规格为100×100×10mm。 W形钢带规格：厚度为3mm，宽度为150mm，长度为3000mm。

金属网规格：采纳金属网片护顶，网片规格为3000×2000 mm，网格规格为100×100mm。网间搭接长度不小于200mm，用双股14#铅丝按不大于300mm的间隔连接牢固。

锚固方式：树脂加长锚固，采纳两支树脂药卷，一支规格为K2330，另一支规格为Z2330。

锚杆布置：锚杆间距×排距= 800×1000mm，每排4根锚杆。

锚杆角度：顶板中部的两根锚杆与顶板成90布置，两边的锚杆向帮偏移20布置。

锚索：单根钢绞线，直径为17.8mm，长度为6000mm，加长锚固，采纳三支树脂药卷，一支规格为K2330，两支规格为Z2360。每2排锚杆布置2根锚索，间距×排距=1600×2000mm，尾部配有高强度锚具，配套金属托板规格为长×宽×厚=300×300×16mm。

（2）巷帮支护

锚杆形式和规格：采纳18mm麻花头锚杆，长度为1700mm，每排布置2根，排距×间距=1000×1000mm，与巷帮成90布置，采纳1支K3535树脂药锚固。

托板：采纳钢筋混凝土托板，托板规格为长×宽×厚=600×160×100mm。 巷道支护布置如图9。

图9 巷道支护布置

三、支护材料

巷道支护材料清单如表6。

表6 巷道支护材料清单

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 名称 型号 每排数 每m数 100m数 顶板螺纹钢锚杆 10-M20-2200 4根 4根 400根 巷帮麻花头锚杆 18#-M18-1700 4根 4根 400根 顶板W形钢带 3000×150×3×4 1条 1条 100条 顶板钢筋网片 3000×2000 0.5片 0.5片 50片 快速树脂药卷 K2330 5支 5支 500支 中速树脂药卷 Z2330 4支 4支 400支 中速树脂药卷 Z2360 1支 1支 100支 中速树脂药卷 K3535 4支 4支 400支 钢绞线 17.8-6000-1 1根 1根 100根 四、操作工艺

1、顶板锚杆的安装方法

钻孔施工完毕后，将树脂药用锚杆一块顶入钻孔顶部，再用专用连接套将MQT-120型气动锚杆钻机和锚杆连接好，搅拌树脂药20±5S左右待凝固后取下钻机，凝固3min后将钢带、垫片套在锚杆上，最后用锚杆钻机或力矩扳手把螺母拧紧。

2、顶板锚索的安装方法

钻孔施工完毕后，将树脂药(快速凝固长药卷在上，中速凝固长药卷在下)，用钢绞线一块顶入钻孔顶部，再用专用连接套将MQT-120型气动锚杆钻机和钢绞线连接好，开始搅拌转速不要太快，以防甩开伤人，当外露300㎜左右时，不再顶入，搅拌20±5S左右并感受转动困难时，赶忙停钻，凝固10min后将钢板及专用锁具先后套入钢绞线，然后套上张拉千斤进行张拉，当拉力达到80～100kN时，取下张拉千斤顶。

3、帮锚杆的安装方法

钻孔施工完毕后，将树脂药用麻花头锚杆一块顶入钻孔最底部，再用专用连接套将ZQS-70型风钻和锚杆连接好，搅拌树脂药20±5S凝固后，取下ZQS-70型风钻，凝固3min后，将水泥砼托板、垫片套入锚杆，最后用锚杆钻机或力矩

扳手把螺母拧紧。

四、质量要求 1、锚杆支护质量要求

(1)严格按照中线和排间距布置锚杆，锚杆排间距误差为±100㎜。 (2)锚杆孔方向误差不得超过±15°。 (3)锚杆外露长度操纵在10～30㎜。

(4)顶板锚杆的锚固力不得小于85 kN，帮锚杆的锚固力不得小于60kN，。 (5)顶板锚杆的预紧力矩120～150N·m，帮锚杆的预紧力矩110～110N·m，。 2、锚索支护质量要求

(1)严格按照中线和排间距布置锚索，锚索排间距误差为±100㎜。 (2)锚索钻孔轴线与设计轴线的偏差角不应大于3°。 (3)锚索外露长度必须操纵在300㎜以内。 (4)锚索预紧的预紧力必须操纵在80～100kN。 3、顶网铺设要求：

(1)金属网搭接长度不小于20cm，并用14#铅丝双股缝合在一起，拧接距离20cm，每扣拧接量许多于两圈半，拧紧拧牢。

(2)金属网必须拉紧并紧帖顶板，达到支护有效。

参考文献

【1】康红普，王金华等﹒煤巷锚杆支护理论与成套技术【M】﹒北京：煤炭工业出版社，2007﹒

【2】刘鸿文﹒材料力学【J】﹒北京：高等教育出版社，1982﹒

【3】成家钰﹒煤矿作业规程编制指南【J】﹒北京：煤炭工业版社，2005﹒

【4】张荣立，何国维，李铎﹒采矿工程设计手册【M】﹒北京：煤炭工业版社，2006﹒

【5】倪兴华﹒地应力研究与应用【M】﹒北京：煤炭工业版社，2006﹒ 【6】煤矿安全质量标准化标准及考核评级方法【M】﹒北京：煤炭工业版社，2004﹒

【7】大同塔山煤矿8105工作面大断面顺槽锚杆支护初始设计，2009﹒