煤矿锚杆支护技术参数

煤层集中皮带机道锚杆锚索支护
参数设计及计算方法
煤层平均厚度3.5m，煤层结构简单，夹石层数1~2层，夹石岩性为炭质泥岩、泥岩、粉砂岩，厚度一般为0.20~0.40m，煤层顶板岩性为砂砾岩、粉砂岩、细砂岩及泥岩；煤层底板岩性有炭质泥岩、粉砂岩、砂砾岩。

煤层集中皮带巷断面设计为矩形，巷道宽度4.0m，高度3.2m，采用锚网梁索联合支护方式支护顶板，锚网支护方式支护巷帮。

一、巷道锚杆支护参数设计
（一）顶板锚杆支护参数确定
1、锚杆支护参数确定采用悬吊作用理论进行。

1）锚杆长度的确定
L=L1+L2+L3
式中L——锚杆长度，m；
L1——锚杆外露长度，m；
L2——锚杆有效长度，m；
L3——锚杆锚固长度，m。

（1）锚杆外露长度L1的确定
L1= 垫板厚度+螺母厚度+（0.02～0.03）m，一般L1=0.05m
（2）锚杆有效长度L2的确定
巷道顶锚杆有效长度L2的确定：采用解释法中普式自然平衡拱理论确定L2。

f≥3时，L=1.8B/f
式中f——普氏系数，取4.5；
B——巷道跨度，取4m；
L2= 1.8B/f =1.6m，取1.65m
（3）锚杆锚固长度L3的确定
L3 = 0.3~0.4m，取0.3m。

因此，L=L1+L2+L3= 0.05+1.6+0.3=1.95m，结合矿井实际，取L=2.0m。

2）锚杆间排距的确定
对锚杆支护巷道，考虑施工工艺通常取间排距相等，锚杆间排距D按下式计算：
D≤0.5L=0.5*2=1m
3）锚杆直径的确定
锚杆直径d可按下式计算：
d=L/110=2000/110=18.2mm，锚杆直径取20mm＞18.2mm
4）锚杆锚固力计算
锚杆锚固力可按下式计算：
Q2
D
KL
r
2
式中Q——锚杆锚固力，t；
K——锚杆安全系数，取2~3；
L2——锚杆有效长度，m；
r ——视密度，t/m 3。

r D KL Q 22==3*1.60*1*1.45=69.6KN ，采用直径20mm 的等强螺纹钢锚杆通过树脂药卷锚固后，锚固力约70KN ≥Q=69.6 KN ，符合要求。

锚杆锚固采用树脂药卷。

当顶部煤体较好时，锚杆锚固方式可端部锚固；当顶板煤体松软破碎时，采用全长锚固。

（一）煤帮锚杆支护参数确定
1）煤帮锚杆长度
煤帮锚杆的作用主要是控制因剪切而造成的两帮煤体松动与挤出，煤帮锚杆必须穿过潜在的剪切松塌，其长度必须满足下式要求：
L ≥L 0＋L 3＋C ＝1.9m
式中：L ——煤帮锚杆长度m ；
L 0——煤帮锚杆外露长度0.1m ；
L 3——煤帮锚杆在潜在松塌区之外的锚固长度0.3m ；
C ——巷道两帮松塌破坏深度系数1.5m 。

根据实际选取长度为2.0m 的煤帮锚杆。

2）煤帮锚杆间排距
煤帮锚杆的间排距与顶板锚杆的排距相同，为1.0m 。

3）两帮侧压值Qs 计算公式
m /KN 100]245tg 2cos
b sin h [C K Q 2u s ＝）（＋＝ϕ
ααγ-⨯⨯⨯⨯⨯⨯ 式中：b ——顶板潜在的冒落拱高度4m ； K u ——采动影响系数2； C ——巷道两帮松塌破坏深度系数1.5m ；
γ2——煤体容重14.5KN/m 3；
h ——巷道掘进高度3m ；
α——煤层倾角°；
ϕ——煤体内摩擦角34°。

4-2煤层集中皮带巷掘进时基本不受采动影响，采动影响
系数K u取1，
则每个煤帮测压值为：100/4=25KN/m，要求帮锚杆的锚固力不小于25 KN，根据现场实际，现设计使用的直径18mm的金属锚杆锚固力不小于30KN≥25 KN，能够满足安全使用要求。

二、锚索支护参数的确定
锚索由索体、锚具和托板等组成，索体一般用具有可弯曲、柔性的钢绞线制成。

锚索的特点是锚固深度大、承载能力高、可施加较大的预紧力，因而可获得比较理想的支护效果。

其加固范围、支护强度、可靠性是普通锚杆支护所无法比拟的。

表1锚索索体的力学性能
（1）锚索长度的确定
X= X1 + X 2 + X 3
=0.3+4+1.5=5.4m
根据现场实际，顶板为全岩层，稳定性较好，且层间距平均仅5.8m，取5m。

式中X1——锚索外露长度，取0.3m；
X3——锚索锚固长度，取1.5m；
X2——潜在不稳定岩层高度，
X2 =B=4m。

B为巷道跨度，m。

（2）锚索排距
s=3σ/4B2γk
=3×260/（4×4²×12.0×0.5）=2.0m
式中σ——每根锚索最低破断载荷，260 kN；
γ——煤岩体积力，12.0kN/m3；
B——巷道宽度，4m；
k——安全系数，取0.5；
由于巷道宽度为4m，因此，布置2排锚索，即锚索排数为2排，排距2m，布置在靠巷道中间位置。

（3）锚索间距
m=0.85B/n=（0.85×4）/2=1.7m
取1.5m。

式中n——排数；
B——巷道宽度，4m 。

故锚索采用长度5m、直径17.8mm的钢绞线预应力锚索，锚索排拒2m、间距1.5m。

基于以上测算和分析，我矿掘进巷道顶板支护锚杆选用长2.0m，φ20mm的左旋无纵筋等强锚杆，巷道两帮支护锚杆选用长1.8m，φ18mm的普通螺纹钢锚杆。

锚索选用直径为φ17.8mm的钢绞线，以锚入顶板稳定岩层1.5m 为宜。