锚杆支护参数计算

1 地质条件

岱庄煤矿综掘煤巷位于313采区中部，沿3上煤层顶板掘进，巷道底板标高在燃煤机-203~-208m，地表松散层厚度平均36m；煤层厚度为3~3．83m，平均3．4m；煤层直接顶为砂质泥岩，厚度在0．60~．95m之间，平均0．8m；老顶为细砂岩，厚度15m左右；底板为粉砂岩，厚度在1．158~．管道巡检机器人58m，平均为4vvint．9m。

煤巷两侧及底板为煤体，粘聚力0．45MPa、内摩擦角26°、容重1．33kg／m3、单向抗压强度6．35MPa；煤巷顶板为砂质泥岩，粘聚力2MPa、内摩擦角28°、容重2．76kg/m3单向抗压强度20MPa；原岩应力6．48MPa音箱布；围岩稳定性系数为1．7，巷道围岩为Ⅳ类，属较稳定围岩。

2 锚杆及托盘材料

目前顶板锚杆采用Φ16mm螺纹钢，设计强度240MPa，托盘为铸钢托盘；两侧采用压缩木锚杆，设计强度17．6MPa。

3 锚杆支护参数计算

3．1锚杆长度计算

(1)

式中：为锚杆外露长度，一般为0．1m；为被锚固围岩的厚度，

(2)

(3)

式中：巷道围岩塑性区半径；为矩形断面的等效圆掘进半径(见图1)，其值为2．18m；为巷道宽度或高度，两者之间取小值，即=2．6m。

将上述巷道围岩参数代入式(3)得：

①巷道顶板岩层：

②卷道侧壁(煤体)：

由式(2)，得锚杆锚固区围岩厚度：

煤巷顶板岩层：

煤巷侧壁(煤体)：

将分别代人式(1)，得锚杆总长度为：

煤巷顶板：

煤巷侧壁：

根据以上理论计算的锚杆长度，结合工程实践中锚杆长度与围岩稳定性之间的关系，认为锚杆长度为巷宽的0．5倍已足够了，更长的锚杆将达不到明显提高支护效果的目的，另外，该处的巷道顶板塑性区为1．6m，巷道侧壁煤体塑性区宽度为1．8m，综合这些因素，最后确定锚杆长度为

煤巷顶板；煤巷侧壁

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3．2锚杆密度计算

锚杆密度的设计原则是保证承受围岩锚固区内的重量，并具有一定的安全系数尼。，

即 (4)

设顶板采用Φ18mm的螺纹钢锚杆，侧壁采用Φ38mm的压缩木锚杆，将有关参数代入式(4)，得锚杆的支护密度为

煤巷顶板：

煤巷侧壁：

3．3 锚杆的间排距计算

为便于施工，锚杆的间排距应尽量相等，由上面得到的顶板锚杆密度为1．2根／m2，相应的每根锚杆需要支护的面积为0．83 m2，则锚杆的间排距为910mm × 910mm按照规范规定，锚杆间排距应小于或等于锚杆长度的1／2，最后确定顶板锚杆的间排距为750mm ×750mm。

巷道两侧围岩(煤体)支护密度为2根／m2，每根压缩木锚杆需要支护的面积为0．5 m2，则压缩木锚杆的间距为700mm，排距为750mm，设计锚固力为20kN。

3．4锚杆托盘面积A0

锚杆内端须安装托盘，为使与托盘接触的围岩表面不被压坏，托盘应具有一定的承压面积，其面积可按下式计算，即

(5)

式中：卜锚杆的设计工作阻力，其值为

—煤体的单向抗压强度，其值为

一托盘与围岩接触面积的不均匀系数，一般取0．4。

将、、值代入式(5)，则托盘面积为：

设计托盘为金属圆形，厚度15mm，内孔为Φ16rnm，则托盘外径D为

4 配套支护材料选择

4．1 金属网规格选择

考虑到家庭智能化控制系统3上煤体强度较低，在支承压力作用下巷道顶板及两侧易产生塌落及片帮，为防止这种现象发生，煤巷支护除锚杆以外，还需铺设金属网。金属网除可防止围岩的塌落和片帮以外，还将锚杆之间松动的围岩压力进行传递，使得锚网支护结构受力均匀。

金属网采用10#铁丝编制，顶网4100mm×1000mm，帮网2600mm×1000mm；顶网之间及顶网与帮网之间应搭接200mm，并隔扣相联。

4．2钢带敷设要求

巷道顶板采用BHW一3—280—3500型W钢带进行加强支护。钢带的作用是：一方面能保持顶板的平整，另一方面将顶板锚杆连结起来，形成一个支护结构，当顶板某一锚杆失效时，因钢带的作用仍能保持对顶板围岩的有效支护。

5 煤巷锚带网支护技术效果评价

(1)锚带网支护是主动支护，它能及时加固围岩，充分发挥围岩的自身强度，以减少围岩的变形和松动。

(2)由于锚带网支护，既能够有效的控制巷道围岩变形，又能极少占用巷道有效空间，从而提高了巷道断面利用率。

(3)由于锚网支护防止了巷道围岩的早期破坏及巷道顶板早期离层，减少了维护工作量，使片帮现象减少。该支护系统若锚杆或托盘破坏失效，钢带或金属网也能有效地将力传递到其它锚杆上，使整个支护系统仍能发挥作用，提高了安全性。

(4)锚带网支护减少了坑木消耗，有效地预防了自然发火事故的发生。

(5)采用锚带网支护后，不需要运输大量的支护型钢及其它辅助材料，改善了巷道工作环境，减轻了工人的劳动强度，加强了循环进度。

作者简介马洪涛(1981一)，男，2002年毕业于中国矿业大学机电学院，现就读于山东科技大学工程硕士研究生班，曾在省级刊物发表多篇论文。

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