锚网索巷道支护设计

巷道锚杆支护参数设计
采煤工作面回风顺槽锚杆支护参数设计：
煤组基本全区发育，煤层由南向北变厚，最大厚度26m，最小厚度14m，平均厚度20m，煤层结构简单，局部有夹矸，全区普遍可采，煤层稳定程度属较稳定型煤层，煤层顶板为中及细粒砂岩，夹矸多为砂质泥岩，底板为灰黑色泥岩及砂质泥岩，局部为粗粒砂岩。

回风顺槽设计巷道断面为矩形，巷道宽度为3.6m，高度2.7m。

1）支护方式选择
锚杆支护的作用主要有悬吊作用、组合梁作用、加固拱作用和楔固作用等。

锚索的作用主要是将锚杆支护形成的次生承载层与围岩的关键承载层相连，提高次生承载层的稳定性。

即使次生承载层发生断裂、转动，也不致于失稳而引起顶板垮落。

同时，由于锚索可施加较大的预紧力，可挤紧岩层中的层理、节理、裂隙等不连续面，增加不连续面之间的摩擦力，从而提高围岩的整体强度。

由地质资料分析可知，煤层平均厚度为20m，煤层的直接顶板为中及细砂岩，少量含水，胶结性差。

采用综采放顶煤开采，巷道设计分层开采，下层基本沿煤层底板布置。

如果只采用锚杆支护，由于巷道的跨度较大，在采动影响下，势必会发生锚杆锚固范围内的煤体离层、甚至塌落，导致冒顶事故的发生。

因此，为保证生产安全，应使锚杆锚固范围内的煤层不塌落，保持巷道的相对完整，就必须打锚索才能达到目的。

虽然锚索打在煤层中，但煤层中及细砂岩顶板要好得多，能起到锚索应起的作用。

由于综放巷道沿煤层布置，巷道上方有6m左右的煤层，因此，巷道支护应采用锚杆+金属网+锚索+钢带的支护方式。

2）锚杆支护参数确定
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=0.15m。

②锚杆有效长度L2的确定
锚杆有效长度L2的确定方法有三种，一是采用声波法测出巷道围岩松动圈范围；二是采用岩层探测分析仪进行测量；三是采用解释法中普式自然平衡拱理论确定L2。

由于没有测定巷道围岩松动圈，也没有采用岩层探测仪进行测量，因此，本项目采用解释法中普式自然平衡拱理论确定L2。

巷道顶锚杆有效长度L2的确定：
由于实测煤的坚固性系数为1.9，小于2，因此，采用下式确定L2：
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=0.5×2.5=1.25m
考虑巷道在煤层中布置，为安全起见，锚杆间排距确定为0.8m。

（3）锚杆直径的确定
顶锚杆：d=L/110=2/110=19mm
取20mm。

帮锚杆：d=L/110=18/110=16mm
取20mm。

④锚杆锚固力计算
锚杆锚固力可按下式计算：
t
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/m3。

⑤锚杆角度
靠近巷帮的顶板锚杆安设角度与垂线成15°。

2）锚杆的选择
（1）常用锚杆杆体的材料性能
常用钢材及其性能见表5；锚杆适宜选用45Mn罗纹钢，其承载能力见表6。

（2）锚杆的选择
巷道锚杆选择φ=20mm、45Mn螺纹钢锚杆。

Q=10.7 t＜12.4 t
3）锚固剂的确定
锚杆支护巷道采用树脂锚固剂。

树脂锚固剂应具备的主要特性见表7，树脂锚固剂产品型号见表8，树脂锚固剂的规格见表9，树脂锚固剂的主要技术指标见表10。

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。

回风顺槽锚杆支护布置见图1所示。

4）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。

煤矿应用锚索技术，特别是在应用小孔径树脂锚固预应力锚索后，锚索在煤巷中得到大面积推广应用，显著扩大了锚杆的应用范围，提高了巷道的安全可靠性，成为支护困难巷道补强加固的主要手段。

按锚索材料分，有精轧螺纹钢筋、高强度钢丝和钢绞线锚索；按锚固材料分，有水泥浆锚固、树脂锚固及水泥浆树脂联合锚固；按锚固长度分，有端锚和全长锚固；按锚索索体的数量分，有单体锚索和锚索束；按预紧力分，有预应力锚索和非预应力锚索。

根据蒙西煤矿的特点，本项目采用7股5mm的钢绞线锚索，其力学性能见表11所示。

（1）锚索长度的确定
X= X1 + X 2 + X 3
=0.3+3.6+1.7=5.6m
取6m。

式中X 1——锚索外露长度，取0.3m；
X3——锚索锚固长度，取1.7m；
X2——潜在不稳定岩层高度,取3.6m。

X2 =B=3.6m。

B为巷道跨度，m。

（2）锚索排距
s=3σ/4B2γk
=3×260/（4×3.6⊃;×12.0×0.5）=2.5m
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，3.6m；
k——安全系数，取0.5；
由于巷道宽度为3.6m，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，如图5所示。

（3）锚索间距
m=0.85B/n=（0.85×3.6）/2=1.53m
取1.5m。

式中n——排数；
B——巷道宽度，3.6m 。

锚索支护参数见图5所示。

2 21+2煤层运输顺槽锚杆支护参数设计
运输顺槽设计巷道断面为矩形，巷道宽度为4.5m，高度3m。

支护方式选择：采用锚杆+金属网+锚索+钢带的支护方式。

1）锚杆支护参数确定
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）
一般L1=0.15m。

②锚杆有效长度L2的确定
巷道顶锚杆有效长度L2的确定：
由于实测煤的坚固性系数为1.9，小于2，因此，采用下式确定L2：2 21+2煤层运输顺槽锚杆支护参数设计
运输顺槽设计巷道断面为矩形，巷道宽度为4.5m，高度3m。

支护方式选择：采用锚杆+金属网+锚索+钢带的支护方式。

1）锚杆支护参数确定
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）
一般L1=0.15m。

②锚杆有效长度L2的确定
巷道顶锚杆有效长度L2的确定：
由于实测煤的坚固性系数为1.9，小于2，因此，采用下式确定L2：
帮锚杆长度：L=L1+L2+L3=0.15+1.2+0.3=1.65m
取1.8m。

（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=0.5×2.4=1.2m
考虑巷道在煤层中布置，为安全起见，锚杆间排距确定为0.8m。

（3）锚杆直径的确定
顶锚杆：d=L/110=2.4/110=21mm
取22mm。

帮锚杆：d=L/110=1.8/110=16mm
取18mm。

④锚杆锚固力计算
锚杆锚固力可按下式计算：
t
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/m3。

⑤锚杆角度
靠近巷帮的顶板锚杆安设角度与垂线成15°，其它锚杆垂直于巷道顶部安设。

2）锚杆的选择
同回风顺槽。

3）锚固剂的确定
同回风顺槽。

运输顺槽锚杆支护布置见图6所示。

4）锚索支护参数的确定
（1）锚索长度的确定
X= X1 + X 2 + X 3
=0.3+3.6+1.7=5.6m
式中X 1——锚索外露长度，取0.3m；
X3——锚索锚固长度，取1.7m；
X2——潜在不稳定岩层高度，取4.5m。

X2 =B=4.5m
式中B为巷道跨度，m。

锚索长度取6m。

（2）锚索排距
s=3σ/4B2γk。

=3×260/(4×4.5⊃;×12.0×0.5)=1.6m
由于巷道宽度为4.5m，因此，布置3排锚索，即锚索排数为3排，排距1.5m。

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，3.6m；
k——安全系数，取0.5；
（3）锚索间距
m=0.85B/n=（0.85×4.5）/3=1.28m
取1.2m。

式中n——排数；
B——巷道宽度，4.5m 。

锚索支护参数见图6所示。