锚杆支护设计,

一、基本情况

22111回风顺槽巷道原设计1110m，施工沿2#煤层底板布置掘进，S100A 型综掘机落煤、装煤。采用矿用耐压坑木，梯形断面平棚、亲口结合支护。临时支护采用4.0m长的10#槽钢，配合40T型圆环大链，用连接环加螺丝锚固，截割后及时窜入迎头空顶地段。棚梁、腿均为2.7m，巷道上净宽2.4m，下净宽3.4m，净高2.5m，掘进毛断面8.64m2，棚距0.7m，断面顶部铺设10#铁丝金属菱形网，长边搭接100mm，每300mm联一道，每一道为三扭一扣压辩式，勾盘“六、六、六”，严密牢固，严禁空帮空顶。地质条件为：2#煤平均煤厚6.8m，煤层结构简单，夹矸层数1—3层，稳定可采，夹石多为灰黑色页岩及泥岩，位于中上部，下部煤质好于中部。顶板为砂岩，底板为砂岩及砂质页岩；据邻近巷道观测，瓦斯绝对涌出量为0.51m3/min；据煤尘爆炸性试验，2#煤火焰长度为50—400mm，煤的自燃倾向性等级为易自燃—自燃，自然发火期3—6个月；煤层倾角最大为11度，最小为9度，平均10度，走向近似东西向，据掘进2217工作面回风巷时有一条落差大于3m的断层存在，在进风巷掘进时，这条断层已不存在，没有延伸到22111工作面内。

根据现有的技术资料，考虑2#煤较硬，为推广锚杆支护，也为提高我矿掘巷的机械化程度，借鉴焦家寨矿锚杆、锚索支护经验，对22111回风顺槽木支150m后进行锚杆支护。

二、支护设计方法

结合通风要求、综采设备安装要求和巷道围岩变形情况等，根据附近钻孔的柱状资料分析，2#煤顶煤直接顶为砂岩，厚度为5.0～7.0m，属较稳定岩层，适合锚网支护。为了将锚杆加固的“组合梁”悬吊于基本顶坚硬岩层中，需用高强锚索做辅助支护。根据公司焦家寨矿2#煤层回采巷道支护经验，初步确定22111回风顺槽采用矩形断面，掘进宽度3.4m，掘进高度2.6m，掘进毛断面积8.84m2，锚杆+网+锚索联合支护。顶部锚杆采用左旋无纵筋螺纹钢，直径20mm，长度2.0m，排距0.8m，间距0.9m，四根锚杆均匀分布，两侧各留350mm间隙；巷道靠上帮一侧采用左旋无纵筋螺纹钢，直径18mm，长度1.7m，靠下帮一侧采用玻璃钢锚杆，直径18mm，长度1.7m，间距1.0m，排距0.8m，三根锚杆均匀分布，上下侧各留300mm间隙；巷道顶帮均采用钢筋托梁并铺设金属网；巷道顶板补打锚索φ15.24-6000，用300×300×12mm钢托盘，间距1.5m，排距3.2m。

巷顶锚杆锚固力不小于70KN，预紧力矩不小于100N·m，帮锚杆锚固力不小于30KN，预紧力矩不小于60N·m，锚索预紧力不小于120KN，锚索锚固力不小于221KN。

一、采用计算法校核支护参数。

1、顶锚杆通过悬吊作用，帮锚杆通过加固帮体作用，达到支护效果条件，应满足：L≥L1+L2+L3

式中：L——锚杆总长， m

L1——锚杆外露长（钢带厚度+托板厚度+螺母厚度+0.02～0.05m，

顶锚杆取0.17m，帮锚杆取0.15m） m

L2——有效长度（顶锚杆取免压拱高b，帮锚杆取煤帮破碎深度c），m

L3——锚入岩层内深度，即锚固长度（顶锚杆取0.8m，帮锚杆取0.6m），m

普氏免压拱高：

b=[B/2+Htan（45°—ω帮/2）]/f顶

式中：B、H——巷道掘进跨度和高度， B=3.4m，H=2.6m

f顶——顶板煤岩普氏系数，f取3

ω帮——两帮围岩的内摩擦角，ω帮取71.5°（查表得）

b=[3400/2+2600×tan（45°－71.5°/2）]/3=708mm

c=2600×tan（45°－71.5°/2）=423mm

依据上述公式计算得出：顶锚杆长L顶≥1678mm；帮锚杆长L帮≥1173mm，

所选锚杆长度均能满足计算要求。

2、按锚杆所能悬吊的重量校核锚杆的排距

每根锚杆悬吊岩体重量G=γL2α2，锚杆锚固力应能承担G的重量。为安全

起见，再考虑安全系数K，取K=2

KG＜Q

式中：γ——岩体容重，KN/m³，γ=26.7 KN/m³

α＜（Q/KγL2）1/2所选顶锚杆的锚固力Q≥70KN，计算得α＜1.2m，因而

间排距参数能满足计算结果。

3、悬吊理论校核锚索间距

为防止巷道顶部大面积整体垮落，用φ15.24mm，L=6000mm的钢绞线，将锚

杆加固的“组合梁”整体悬吊于煤岩层中，校核锚索间距，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。此时靠巷道两帮的角锚杆和锚索一起发

挥悬吊作用，取垂直方向力的平衡可用下式计算锚索间距。

L=nF2/[BHγ－（2F1sinθ）/L1]

式中：L——锚索排距， m

B――巷道最大冒落宽度， 3.4m

H——巷道冒落高度，按严重冒落取2.0m

γ——煤岩体容重， 26.7 KN/m³

L1——锚杆排距， 0.9m

F1——锚杆锚固力，70KN

F2——锚索极限承载力，取221KN

θ——角锚杆与巷道顶板的夹角， 80°

n——锚索牌数，取1

通过以上计算，回风顺槽锚索排距L小于7.8m，所选锚索参数符合设计要求。

（1）顶板支护

锚杆形式和规格：杆体为左旋无纵筋高强螺纹钢筋，长度2.0m，杆尾螺纹为M24。

锚固方式：树脂加长锚固，采用一支规格为Z2360和一支K2335树脂锚固剂。

钻孔直径为28mm，锚固长度为1300mm。

钢筋托梁规格：采用φ14mm的钢筋焊接而成，宽度80mm，长度3.2m。加工尺寸如图1-1所示。

托板：采用拱型高强度A3钢托盘。

锚杆角度：顶板两端第一根锚杆安设角度为与垂线成10度，其它顶板锚杆与岩体垂直。

网片规格：采用菱形金属网护顶。

锚杆布置：锚杆排距0.8m，每排4根锚杆，间距0.9m。

锚索：直径为φ15.24mm，长度为6.0m，加长锚固，采用一支规格K2335和两支规格Z2360树脂药卷。锚索每排2根，排距为3.2m，锚索头部设有树脂药卷搅拌头，尾部配有高强度锚具，配套金属托板规格为300×300×12mm。

(2) 巷帮支护

锚杆形式和规格：（巷道上帮）杆体为左旋无纵筋高强螺纹钢筋，长度1.7m，杆尾螺纹为M20。（巷道下帮）杆体为φ18玻璃钢锚杆，长度1.7m，杆尾螺纹为M20。

锚固方式：树脂加长锚固，采用一支规格为Z2360锚固剂和一支K2335锚固剂。

钢筋托梁规格：采用φ14mm的钢筋焊接而成，宽度80mm，长度2.4m。加工尺寸如图1-2所示。

托板：采用拱型高强度A3钢托盘

锚杆角度：巷道两帮上下锚杆安设角度为与水平线成10度，其它帮锚杆与岩体垂直。