同煤集團(tuán)巷道支護(hù)理論計(jì)算設(shè)計(jì)方法(初稿)

汾西礦業(yè)集團(tuán)巷道支護(hù)理論計(jì)算設(shè)計(jì)方法（初稿）生產(chǎn)技術(shù)部2009年8月前言煤礦巷道支護(hù)有架棚、料石砌碹、錨桿等一系列支護(hù)形式，架棚和料石砌碹等支護(hù)是被動(dòng)支護(hù)，由于成本高、進(jìn)度慢、消耗體力大、支護(hù)效果差等原因逐漸被淘汰。而錨桿支護(hù)在煤礦巷道支護(hù)中占主導(dǎo)地位，是唯一能實(shí)現(xiàn)安全、快速、經(jīng)濟(jì)的一種支護(hù)形式。現(xiàn)在無論在國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，煤礦巷道都優(yōu)先采用錨桿支護(hù)，錨桿支護(hù)已成為巷道支護(hù)發(fā)展的方向。支護(hù)設(shè)計(jì)是巷道支護(hù)中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)充分發(fā)揮錨桿支護(hù)的優(yōu)越性和保證巷道安全具有十分重要的意義。如果支護(hù)形式和參數(shù)選擇不合理，就會(huì)造成兩個(gè)極端：其一是支護(hù)強(qiáng)度太高，不僅浪費(fèi)支護(hù)材料，而且影響掘進(jìn)進(jìn)度；其二是支護(hù)強(qiáng)度不夠，不能有效控制圍巖變形，出現(xiàn)冒頂事故。目前，國(guó)內(nèi)外錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法主要分為三大類：工程類比法、理論計(jì)算法和數(shù)值模擬法。工程類比法包括：根據(jù)已有的巷道工程，通過類比提出新建工程的支護(hù)設(shè)計(jì)；通過巷道圍巖穩(wěn)定性分類提出支護(hù)設(shè)計(jì)；采用簡(jiǎn)單的經(jīng)驗(yàn)公式確定支護(hù)設(shè)計(jì)。理論計(jì)算法基于某種錨桿支護(hù)理論，如懸吊理論、組合梁理論及加固拱理論，計(jì)算得出錨桿支護(hù)參數(shù)。由于各種支護(hù)理論都存在著一定的局限性和使用條件，而且很難比較準(zhǔn)確、可靠地確定計(jì)算所需要的一些參數(shù)。因此，依據(jù)理論計(jì)算所做的設(shè)計(jì)結(jié)果很多情況下只能作為參考。隨著數(shù)值計(jì)算方法在采礦工程中的大量應(yīng)用，采用數(shù)值模擬法進(jìn)行錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)也得到了較快發(fā)展。與其他設(shè)計(jì)方法相比，數(shù)值模擬法具有多方面的優(yōu)點(diǎn)，如可模擬復(fù)雜圍巖條件、邊界條件和各種斷面形狀巷道的應(yīng)力場(chǎng)與位移場(chǎng)；可快速進(jìn)行多方案比較，分析各因素對(duì)巷道支護(hù)效果的影響；模擬結(jié)果直觀、形象，便于處理與分析等。數(shù)值模擬法已經(jīng)在美國(guó)、澳大利亞及英國(guó)等錨桿支護(hù)技術(shù)先進(jìn)的國(guó)家得到廣泛應(yīng)用。如澳大利亞錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法就是在巷道圍巖地質(zhì)力學(xué)測(cè)試與評(píng)估的基礎(chǔ)上，采用數(shù)值模擬分析結(jié)合其他方法提出錨桿支護(hù)初始設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行井下監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證、修改和完善初始設(shè)計(jì)。盡管數(shù)值模擬法還存在很多問題，如很難合理地確定計(jì)算所需的一些參數(shù)，模型很難全面反映井下巷道狀況，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果與巷道實(shí)際情況相差較大。但是，數(shù)值模擬法作為一種有前途的設(shè)計(jì)方法，經(jīng)過不斷的改進(jìn)和發(fā)展，會(huì)逐步接近于實(shí)際。近10年來，我國(guó)在錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法方面做了大量工作。在借鑒國(guó)外先進(jìn)設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)煤礦巷道的特點(diǎn)，提出動(dòng)態(tài)化、信息化的設(shè)計(jì)方法，符合煤礦巷道地質(zhì)條件復(fù)雜性、多變性的特點(diǎn)。這種設(shè)計(jì)方法已經(jīng)在多個(gè)礦區(qū)得到推廣應(yīng)用，錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)的可靠性、合理性和科學(xué)性得到顯著提高。同煤集團(tuán)的巷道支護(hù)技術(shù)相對(duì)落后，工程技術(shù)人員的理論基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)存在一定差距，現(xiàn)在根本無法用數(shù)值模擬法進(jìn)行巷道支護(hù)設(shè)計(jì)，只能采用理論計(jì)算法進(jìn)行巷道支護(hù)設(shè)計(jì)，但是各礦選用的計(jì)算公式五花八門，不規(guī)范、不統(tǒng)一。為了規(guī)范巷道支護(hù)設(shè)計(jì)，生產(chǎn)技術(shù)部組織人員編寫了“同煤集團(tuán)巷道支護(hù)理論計(jì)算設(shè)計(jì)方法”，僅供參考。生產(chǎn)技術(shù)部2009年8月目錄第一部分有偽頂巷道支護(hù)設(shè)計(jì)………………（5）第二部分自然平衡拱頂板支護(hù)設(shè)計(jì)…………（7）第三部分復(fù)合層頂板支護(hù)設(shè)計(jì)………………（9）第四部分一般放頂煤巷道支護(hù)設(shè)計(jì)………（12）第五部分特厚放頂煤巷道支護(hù)設(shè)計(jì)………（14）第六部分極近距離煤層巷道支護(hù)設(shè)計(jì)……（17）第七部分巖石拱形巷道支護(hù)設(shè)計(jì)方法……（20）第八部分計(jì)算參數(shù)的修正…………………（21）第九部分支護(hù)設(shè)計(jì)實(shí)例……（22）參考文獻(xiàn)……………………（29）第一部分有偽頂巷道支護(hù)設(shè)計(jì)很多煤巷頂板存在一層或幾層極易冒頂?shù)膫雾?，這類頂板應(yīng)采用錨桿、錨索聯(lián)合支護(hù)方式，選用懸吊理論進(jìn)行設(shè)計(jì)。錨桿的作用是將巷道頂板較弱易冒落的巖層懸吊在上面穩(wěn)定巖層上，以增強(qiáng)軟弱巖層的穩(wěn)定性。錨索錨固在深部圍巖里，調(diào)動(dòng)深部圍巖的強(qiáng)度，對(duì)錨桿錨固的巖體起懸吊和保護(hù)作用。懸吊理論力學(xué)模型如圖1。圖1懸吊理論力學(xué)模型1、錨桿長(zhǎng)度式中—錨桿長(zhǎng)度，m；—錨桿外露頂板長(zhǎng)度，m；—錨桿的有效長(zhǎng)度，不小于不穩(wěn)定巖層的厚度，m；—錨桿的錨固長(zhǎng)度，螺紋鋼錨桿一般取0.6～1m，麻花頭錨桿一般取0.3～0.4m；2、錨固力的確定錨桿的錨固力不應(yīng)小于被懸吊不穩(wěn)定巖層的重量，按下式計(jì)算。式中—錨桿錨固力，KN；—安全系數(shù)，一般取2～3；、—錨桿間排距，m；—易冒落巖石平均重力密度，KN/m3；3、錨桿的直徑式中—錨桿直徑，m；—錨桿桿體的屈服強(qiáng)度，MPa。4、錨索的長(zhǎng)度式中—錨索長(zhǎng)度，m；—錨索外露頂板長(zhǎng)度，m；—錨索的有效長(zhǎng)度，不小于錨桿錨固巖層的厚度，m；—錨索的錨固長(zhǎng)度，一般取1.5～2m；5、錨索間排距的確定錨索的間距應(yīng)根據(jù)錨桿的間距確定，每2～3根錨桿應(yīng)布置1根錨索。錨索的排距按下式計(jì)算：式中、—錨索間距、排距，m；—錨索承載力，查材料強(qiáng)度檢驗(yàn)報(bào)告可得，KN；—安全系數(shù)，一般取2～5；—錨桿錨固巖層的厚度，，m；—錨桿錨固巖層平均重力密度，KN/m3；6、錨索的錨固力錨索的錨固力應(yīng)不小于錨索的承載力，即：式中：—錨索錨固力，KN；—錨索承載力，KN。第二部分自然平衡拱頂板支護(hù)設(shè)計(jì)巷道開掘后，如頂板裂隙發(fā)育、破碎，在地應(yīng)力的作用下，淺部圍巖發(fā)生破壞易冒落，而在深部一定范圍內(nèi)形成自然平衡拱，自然平衡拱以上的巖體是穩(wěn)定的。這類頂板應(yīng)采用錨桿、錨索聯(lián)合支護(hù)方式，錨桿的作用是將巷道頂板自然平衡拱下部易冒落的巖石懸吊在上部穩(wěn)定的巖石上，錨索錨固在深部圍巖里，調(diào)動(dòng)深部圍巖的強(qiáng)度，對(duì)錨桿錨固的巖體起懸吊和和保護(hù)作用。可見，自然平衡拱理論對(duì)錨桿支護(hù)作用的分析實(shí)質(zhì)上是懸吊作用。自然平衡拱理論力學(xué)模型如圖2。圖2自然平衡拱理論力學(xué)模型1、冒落拱高—自然平衡拱高度，m；—巷道掘進(jìn)寬度，m；—巷道掘進(jìn)高度，m；—兩幫圍巖的內(nèi)摩擦角，查采礦工程設(shè)計(jì)手冊(cè)表1—4—37和表1—4—40。2、錨桿長(zhǎng)度式中—錨桿長(zhǎng)度，m；—錨桿外露頂板長(zhǎng)度，m；—錨桿的有效長(zhǎng)度，不小于自然平衡拱的高度，m；—錨桿的錨固長(zhǎng)度，螺紋鋼錨桿一般取0.6～1m，麻花頭錨桿一般取0.3～0.4m；3、錨桿的錨固力錨桿的錨固力不應(yīng)小于被懸吊不穩(wěn)定巖層的重量，按下式計(jì)算。式中—錨桿錨固力，KN；—安全系數(shù)，一般取2～3；、—錨桿間排距，m；—冒落拱巖石平均重力密度，KN/m3；4、錨桿的直徑式中—錨桿直徑，m；—錨桿桿體的屈服強(qiáng)度，MPa。5、錨索的長(zhǎng)度式中—錨索長(zhǎng)度，m；—錨索外露頂板長(zhǎng)度，m；—錨索的有效長(zhǎng)度，不小于錨桿錨固巖層的厚度，m；—錨索的錨固長(zhǎng)度，一般取1.5～2m；6、錨索的間排距錨索的間距應(yīng)根據(jù)錨桿的間距確定，每2～3根錨桿應(yīng)布置1根錨索。錨索的排距按下式計(jì)算：式中、—錨索間距、排距，m；—錨索承載力，查材料強(qiáng)度檢驗(yàn)報(bào)告可得，KN；—安全系數(shù)，一般取2～5；—錨桿錨固巖層的厚度，，m；—錨桿錨固巖層平均重力密度，KN/m3；7、錨索的錨固力錨索的錨固力應(yīng)不小于錨索的承載力，即：式中：—錨索錨固力，KN；—錨索承載力，KN。第三部分復(fù)合層頂板支護(hù)設(shè)計(jì)煤系地層是層狀沉積巖，有一類頂板每一層連續(xù)完整，層間有節(jié)理，如復(fù)合層頂板，這類頂板應(yīng)采用錨桿、錨索聯(lián)合支護(hù)方式，選用組合梁理論進(jìn)行設(shè)計(jì)。錨桿的作用是將層狀巖層組合起來形成組合梁結(jié)構(gòu)，錨索錨固在深部圍巖里，調(diào)動(dòng)深部圍巖的強(qiáng)度，對(duì)組合梁起懸吊和減跨作用，以增強(qiáng)組合梁的強(qiáng)度。組合梁理論力學(xué)模型如圖3。圖3組合梁理論力學(xué)模型1、錨桿長(zhǎng)度式中—錨桿長(zhǎng)度，m；—錨桿外露頂板長(zhǎng)度，m；—錨桿的有效長(zhǎng)度，m；—錨桿的錨固長(zhǎng)度，螺紋鋼錨桿一般取0.6～1m，麻花頭錨桿一般取0.3～0.4m；式中—安全系數(shù)，一般取3～5；—組合梁巖層平均重力密度，KN/m3；—組合梁最下一層巖石的抗拉強(qiáng)度MPa；2、錨桿間排距及桿體直徑假設(shè)錨桿的間距與排距相等，即：式中、—錨桿的間距、排距；—錨桿桿體直徑，選擇直徑的錨桿，mm；—錨桿桿體材料的抗剪強(qiáng)度，查材料的強(qiáng)度檢驗(yàn)報(bào)告可得，MPa；—安全系數(shù)，一般取3～6，MPa；—組合梁巖層平均重力密度，KN/m3；—巷道寬度，m。3、錨桿的錨固力錨桿的錨固力應(yīng)該不小于桿體屈服載荷。式中—錨桿錨固力，KN；—錨桿直徑，m；—錨桿桿體的屈服強(qiáng)度，MPa。4、錨索的長(zhǎng)度式中—錨索長(zhǎng)度，m；—錨索外露頂板長(zhǎng)度，m；—錨索的有效長(zhǎng)度，組合梁的厚度，m；—錨索的錨固長(zhǎng)度，一般取1.5～2m；5、錨索的間排距錨索的間距應(yīng)根據(jù)錨桿的間距確定，每2～3根錨桿應(yīng)布置1根錨索。錨索的排距按下式計(jì)算：式中、—錨索間距、排距，m；—錨索承載力，查材料強(qiáng)度檢驗(yàn)報(bào)告可得，KN；—安全系數(shù)，一般取2～5；—組合梁巖層厚度，m；—組合梁巖層的平均重力密度，KN/m3；6、錨索的錨固力錨索的錨固力應(yīng)不小于錨索的承載力，即：式中：—錨索錨固力，KN；—錨索承載力，KN。第四部分一般放頂煤巷道支護(hù)設(shè)計(jì)一般放頂煤巷道（煤層厚度小于10米）沿煤層底板掘進(jìn)，頂煤厚度3～6米，這類巷道應(yīng)采用錨桿、錨索聯(lián)合支護(hù)方式，應(yīng)采用加固拱理論和懸吊理論進(jìn)行設(shè)計(jì)。加固拱理論強(qiáng)調(diào)錨桿的群體作用，該理論認(rèn)為：頂板安裝錨桿后，在錨桿的有效長(zhǎng)度范圍形成了錐形體壓縮區(qū)，只要錨桿間距足夠小，各個(gè)錨桿形成的錐形體壓縮區(qū)彼此重疊聯(lián)結(jié)，便在圍巖中形成了一個(gè)厚度為m的均勻連續(xù)壓縮帶，它不僅能保持自身的穩(wěn)定，而且能承受地壓，阻止上部圍巖的松動(dòng)和變形。錨索錨固在穩(wěn)定的巖石頂板上，對(duì)壓縮帶起減跨作用，并對(duì)頂煤起懸吊作用。加固拱理論、懸吊理論力學(xué)模型如圖4.圖4加固拱理論、懸吊理論力學(xué)模型1、錨桿長(zhǎng)度及間排距式中—錨桿長(zhǎng)度，m；—錨桿外露頂板長(zhǎng)度，m；—錨桿的有效長(zhǎng)度，m；—錨桿的錨固長(zhǎng)度，螺紋鋼錨桿一般取0.6～1m，麻花頭錨桿一般取0.3～0.4m；加固拱厚度、錨桿長(zhǎng)度與錨桿間排距有以下近似關(guān)系：式中—加固拱厚度，一般取0.8～1.2m；—錨桿的控制角，煤體的硬度越大，控制角也越大，一般取30～45°；—錨桿的間距，與排距近似相等，一般取0.7～1m；2、錨桿的直徑選擇直徑的錨桿。3、錨桿的錨固力錨桿的錨固力應(yīng)該不小于桿體屈服載荷。式中—錨桿錨固力，KN；—錨桿直徑，m；—錨桿桿體的屈服強(qiáng)度，MPa。4、錨索的長(zhǎng)度式中—錨索長(zhǎng)度，m；—錨索外露頂板長(zhǎng)度，m；—錨索的有效長(zhǎng)度，不小于頂板煤層的厚度，m；—錨索的錨固長(zhǎng)度，一般取1.5～2m；5、錨索的間排距錨索的間距應(yīng)根據(jù)錨桿的間距確定，每2～3根錨桿應(yīng)布置1根錨索。錨索的排距按下式計(jì)算：式中、—錨索間距、排距，m；—錨索承載力，查材料強(qiáng)度檢驗(yàn)報(bào)告可得，KN；—安全系數(shù)，一般取2～5；—頂板煤層厚度，，m；—頂板煤層的平均重力密度，KN/m3；6、錨索的錨固力錨索的錨固力應(yīng)不小于錨索的承載力，即：式中：—錨索錨固力，KN；—錨索承載力，KN。第五部分特厚放頂煤巷道支護(hù)設(shè)計(jì)特厚放頂煤巷道（煤層厚度大于10米）沿煤層底板掘進(jìn)，頂煤厚度一般大于6米，這類巷道應(yīng)采用錨桿、錨索聯(lián)合支護(hù)方式，應(yīng)采用加固拱理論和自然平衡拱理論進(jìn)行設(shè)計(jì)。加固拱理論強(qiáng)調(diào)錨桿的群體作用，該理論認(rèn)為：頂板安裝錨桿后，在錨桿的有效長(zhǎng)度范圍形成了錐形體壓縮區(qū)，只要錨桿間距足夠小，各個(gè)錨桿形成的錐形體壓縮區(qū)彼此重疊聯(lián)結(jié)，便在圍巖中形成了一個(gè)厚度為m的均勻連續(xù)壓縮帶，它不僅能保持自身的穩(wěn)定，而且能承受地壓，阻止上部圍巖的松動(dòng)和變形。錨索對(duì)組合梁起減跨作用，對(duì)自然平衡拱下部的煤層起懸吊作用，把巷道頂板自然平衡拱下部易冒落的煤層懸吊在上部穩(wěn)定的煤層中。加固拱理論、自然平衡拱理論力學(xué)模型如圖5。圖5加固拱理論、自然平衡拱理論力學(xué)模型。1、錨桿長(zhǎng)度及間排距式中—錨桿長(zhǎng)度，m；—錨桿外露頂板長(zhǎng)度，m；—錨桿的有效長(zhǎng)度，m；—錨桿的錨固長(zhǎng)度，螺紋鋼錨桿一般取0.6～1m，麻花頭錨桿一般取0.3～0.4m；加固拱厚度、錨桿長(zhǎng)度與錨桿間排距有以下近似關(guān)系：式中—加固拱厚度，一般取0.8～1.2m；—錨桿的控制角，煤體的硬度越大，控制角也越大，一般取30～45°；—錨桿的間距，與排距近似相等，一般取0.7～1m；2、錨桿的直徑選擇直徑的錨桿。3、錨桿的錨固力錨桿的錨固力應(yīng)該不小于桿體屈服載荷。式中—錨桿錨固力，KN；—錨桿直徑，m；—錨桿桿體的屈服強(qiáng)度，MPa。4、冒落拱高式中：—自然平衡拱高度，m；—巷道掘進(jìn)寬度，m；—巷道掘進(jìn)高度，m；—兩幫煤的內(nèi)摩擦角，查采礦工程設(shè)計(jì)手冊(cè)表1—4—37和表1—4—40。5、錨索長(zhǎng)度式中—錨索長(zhǎng)度，m；—錨索外露頂板長(zhǎng)度，m；—錨索的有效長(zhǎng)度，不小于自然平衡拱的高度，m；—錨索的錨固長(zhǎng)度，一般取1.5～2m；6、錨索的間排距錨索的間距應(yīng)根據(jù)錨桿的間距確定，每2～3根錨桿應(yīng)布置1根錨索。錨索的排距按下式計(jì)算：式中—錨索的排距，m；—錨索承載力，查材料強(qiáng)度檢驗(yàn)報(bào)告可得，KN；—安全系數(shù)，一般取2～5；—自然平衡拱高度，m；—冒落拱煤層平均重力密度，KN/m3；7、錨索的錨固力錨索的錨固力應(yīng)不小于錨索的承載力，即：式中：—錨索錨固力，KN；—錨索承載力，KN。第六部分極近距離煤層巷道支護(hù)設(shè)計(jì)層間距小于4米的巷道應(yīng)采用錨桿、11#工字鋼棚聯(lián)合支護(hù)方式，應(yīng)采用組合梁理論和簡(jiǎn)支梁理論進(jìn)行支護(hù)設(shè)計(jì)。錨桿的作用是將層狀巖層組合起來形成組合梁結(jié)構(gòu)，11#工字鋼梁起簡(jiǎn)支梁作用，對(duì)巖層起支撐作用。組合梁理論、簡(jiǎn)支梁理論力學(xué)模型如圖6。圖6組合梁理論、簡(jiǎn)支梁理論力學(xué)模型1、錨桿長(zhǎng)度式中—錨桿長(zhǎng)度，m；—錨桿外露頂板長(zhǎng)度，m；—錨桿的有效長(zhǎng)度，m；—錨桿的錨固長(zhǎng)度，螺紋鋼錨桿一般取0.6～1m，麻花頭錨桿一般取0.3～0.4m；還必須滿足小于巖層的厚度。式中—安全系數(shù)，一般取3～5；—組合梁巖層平均重力密度，KN/m3；—組合梁最下一層巖石的抗拉強(qiáng)度MPa；2、錨桿間排距及桿體直徑假設(shè)錨桿的間距與排距相等，即：式中、—錨桿的間距、排距；—錨桿桿體直徑，選擇直徑的錨桿，mm；—錨桿桿體材料的抗剪強(qiáng)度，查材料的強(qiáng)度檢驗(yàn)報(bào)告可得，MPa；—安全系數(shù)，一般取3～6，MPa；—組合梁巖層平均重力密度，KN/m3；—巷道寬度，m。3、錨桿的錨固力錨桿的錨固力應(yīng)該不小于桿體屈服載荷。式中—錨桿錨固力，KN；—錨桿直徑，m；—錨桿桿體的屈服強(qiáng)度，MPa。4、11#工字鋼的棚距工作鋼梁最大彎矩按下式計(jì)算：式中：—工字鋼梁上的最大彎矩，kN·m；—均布載荷,kN/m；—巷道上部盡寬，m。式中：—組合梁巖層平均重力密度，KN/m3；—11#工字鋼棚距，m。所以有：工字鋼彎矩如圖7。圖7工字鋼彎矩工字鋼的最大彎曲拉應(yīng)力應(yīng)按下式計(jì)算：式中：—最大拉應(yīng)力，KN/m2；—工字鋼的抗彎截面模量，cm2。鋼梁穩(wěn)定應(yīng)滿足條件：式中：—工字鋼梁剛才的屈服強(qiáng)度，查強(qiáng)度檢驗(yàn)報(bào)告可得，KN/m2；—安全系數(shù)，一般取3～5。所以有可求得11#工字鋼的棚距為：第七部分巖石拱形巷道支護(hù)設(shè)計(jì)方法巖石拱形巷道應(yīng)采用錨桿、噴漿聯(lián)合支護(hù)方式，應(yīng)采用加固拱理論。加固拱理論強(qiáng)調(diào)錨桿的群體作用，該理論認(rèn)為：頂板安裝錨桿后，在錨桿的有效長(zhǎng)度范圍形成了錐形體壓縮區(qū)，只要錨桿間距足夠小，各個(gè)錨桿形成的錐形體壓縮區(qū)彼此重疊聯(lián)結(jié)，便在圍巖中形成了一個(gè)厚度為m的均勻連續(xù)壓縮拱，它不僅能保持自身的穩(wěn)定，而且能承受地壓，阻止上部圍巖的松動(dòng)和變形。噴漿的作用：一是防止圍巖風(fēng)化降低強(qiáng)度，二是能夠防止小塊巖石的脫落，三是能改變圍巖的受力狀況，使圍巖的二向應(yīng)力狀態(tài)變?yōu)槿驊?yīng)力狀態(tài)。巖石巷道加固拱理論力學(xué)模型如圖8。圖8巖石巷道加固拱理論力學(xué)模型1、錨桿長(zhǎng)度及間排距式中—錨桿長(zhǎng)度，m；—錨桿外露頂板長(zhǎng)度，m；—錨桿的有效長(zhǎng)度，m；—錨桿的錨固長(zhǎng)度，螺紋鋼錨桿一般取0.6～1m，麻花頭錨桿一般取0.3～0.4m；加固拱厚度、錨桿長(zhǎng)度與錨桿間排距有以下近似關(guān)系：式中—加固拱厚度，一般取0.8～1.2m；—錨桿的控制角，煤體的硬度越大，控制角也越大，一般取30～45°；—錨桿的間距，與排距近似相等，一般取0.7～1m；2、錨桿的直徑選擇直徑的錨桿。3、錨桿的錨固力錨桿的錨固力應(yīng)該不小于桿體屈服載荷。式中—錨桿錨固力，KN；—錨桿直徑，m；—錨桿桿體的屈服強(qiáng)度，MPa。4、噴漿的厚度及強(qiáng)度噴漿的厚度應(yīng)在8～12cm，強(qiáng)度不小于C20。第八部分計(jì)算參數(shù)的修正用理論計(jì)算出的支護(hù)參數(shù)必須根據(jù)煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)規(guī)范》第4.2.9條錨桿支護(hù)基本參數(shù)（表1）和MT146.1—2002錨固力規(guī)定值（表2）進(jìn)行修正。表1錨桿支護(hù)基本參數(shù)序號(hào)參數(shù)名稱單位參數(shù)值1錨桿長(zhǎng)度m1.6～3.02錨桿公稱直徑mm16.0～25.03錨桿排距m0.7～1.54錨桿間距m0.7～1.55錨索有效長(zhǎng)度m4.0～10.06錨索公稱直徑mm15.2～22.0表2錨固力的規(guī)定值錨桿類型錨固力（kN）螺紋鋼桿體σs≥335MPa22mm﹥12520mm﹥10518mm﹥8516mm﹥75圓鋼桿體σs≥235MPa22mm﹥9520mm﹥7018mm﹥6016mm﹥50第九部分支護(hù)設(shè)計(jì)實(shí)例一、巷道概況某回風(fēng)順槽巷道設(shè)計(jì)長(zhǎng)度1250m，巷道巖煤層頂板掘進(jìn)，掘進(jìn)寬度3.2m，掘進(jìn)高度2.7m。煤層頂?shù)装迩闆r及煤層特征情況分別見表3、表4。表3煤層頂?shù)装迩闆r表名稱巖石名稱厚度(m)特征老頂細(xì)砂巖、粉砂巖7.17直接頂1.41層理較發(fā)育、性脆、破碎、易冒落直接底細(xì)紗巖1.25層理較發(fā)育、致密表4煤層特征情況表項(xiàng)目單位指標(biāo)備注煤層平均厚度m3.24煤層傾角°0°52′～2°12′煤層硬度f2～3較穩(wěn)定自燃發(fā)火期月6絕對(duì)瓦斯涌出量m3/min0.24煤塵爆炸指標(biāo)%28.12二、巷道支護(hù)設(shè)計(jì)1、支護(hù)方式及支護(hù)理論的選擇該巷道沿煤層頂板掘進(jìn)，直接頂為炭頁巖，易冒落，平均厚度1.41m，老頂為堅(jiān)硬的細(xì)砂巖和粉砂巖，較穩(wěn)定。采用錨桿、錨索聯(lián)合支護(hù)方式，選用懸吊理論進(jìn)行設(shè)計(jì)。錨桿的作用是將巷道易冒落的炭頁巖直接頂懸吊在上面穩(wěn)定的老頂上，。錨索錨固在深部圍巖里，調(diào)動(dòng)深部圍巖的強(qiáng)度，對(duì)錨桿錨固的巖體起懸吊和保護(hù)作用。另外，由于直接頂較破碎，采用鋼帶和金屬網(wǎng)進(jìn)行護(hù)表，為了防止片幫，采用麻花頭錨桿和混凝土托板護(hù)幫。2、理論計(jì)算（1）錨桿長(zhǎng)度式中—錨桿長(zhǎng)度，m；—錨桿外露頂板長(zhǎng)度，取0.1m；—錨桿的有效長(zhǎng)度，不小于直接頂?shù)暮穸?，?.5m；—錨桿的錨固長(zhǎng)度，取0.6m；把數(shù)據(jù)帶入公司可求得：=2.2m。（2）錨桿錨固力錨桿的錨固力不應(yīng)小于被懸吊不穩(wěn)定巖層的重量，按下式計(jì)算。式中—錨桿錨固力，KN；—安全系數(shù)，取2.5；、—錨桿間排距，取0.8m，取1m；—冒落炭頁巖平均重力密度，查采礦工程設(shè)計(jì)手冊(cè)表1-4-2，取25KN/m3。把數(shù)據(jù)帶入公司可求得：=75KN。（3）錨桿的直徑式中—錨桿直徑，mm；—錨桿桿體的屈服強(qiáng)度，取335MPa。把數(shù)據(jù)帶入公司可求得：=16.8mm。（4）錨索的長(zhǎng)度式中—錨索長(zhǎng)度，m；—錨索外露頂板長(zhǎng)度，取0.3m；—錨索的有效長(zhǎng)度，不小于錨桿錨固巖層的厚度，取2.2m；—錨索的錨固長(zhǎng)度，取1.5m；把數(shù)據(jù)帶入公司可求得：=4m。（5）錨索間排距的確定錨索的間距應(yīng)根據(jù)錨桿的間距確定，該巷道每排布置4根錨桿，所以每排錨索應(yīng)布置2根，間距=1.6m。錨索的排距按下式計(jì)算：式中、—錨索間距、排距，間距=1.6m；—錨索承載力，選用直徑為17.8mm的鋼絞線，查材料強(qiáng)度檢驗(yàn)報(bào)，取360KN；—安全系數(shù)，取2；—錨桿錨固巖層的厚度，取2.1m；—錨桿錨固巖層平均重力密度，取25KN/m3。把數(shù)據(jù)帶入公司可求得：=2.1m。（6）錨索的錨固力錨索的錨固力應(yīng)不小于錨索的承載力，即：式中：—錨索錨固力，KN；—錨索承載力，取360KN。把數(shù)據(jù)帶入公司可求得：≥360KN。3、參數(shù)的修正根據(jù)表1和表2，結(jié)合錨桿、錨索的對(duì)應(yīng)布置關(guān)系，修正支護(hù)計(jì)算參數(shù)結(jié)果如表5。表5計(jì)算參數(shù)修正結(jié)果序號(hào)參數(shù)名稱單位計(jì)算值修正結(jié)果說明1錨桿長(zhǎng)度m2.22.22錨桿間距m0.80.83錨桿排距m114錨桿錨固力kN7585結(jié)合錨桿的直徑，根據(jù)表2修正。5錨桿直徑mm16.818根據(jù)表1修正。6錨索長(zhǎng)度m46根據(jù)表1修正。7錨索間距m1.61.68錨索排距m2.12根據(jù)錨桿的排距修正。9錨索錨固力kN3603604、支護(hù)設(shè)計(jì)布置說明（1）頂板支護(hù)錨桿形式和規(guī)格：桿體采用18#左旋無縱筋螺紋鋼，長(zhǎng)度為2200mm，桿尾螺紋為M20mm。托板：采用拱型高強(qiáng)度托板，托板規(guī)格為100×100×10mm。W形鋼帶規(guī)格：厚度為3mm，寬度為150mm，長(zhǎng)度為3000mm。金屬網(wǎng)規(guī)格：采用金屬網(wǎng)片護(hù)頂，網(wǎng)片規(guī)格為3000×2000mm，網(wǎng)格規(guī)格為100×100mm。網(wǎng)間搭接長(zhǎng)度不小于200mm，用雙股14#鉛絲按不大于300mm的間隔連接牢固。錨固方式：樹脂加長(zhǎng)錨固，采用兩支樹脂藥卷，一支規(guī)格為K2330，另一支規(guī)格為Z2330。錨桿布置：錨桿間距×排距=800×1000mm，每排4根錨桿。錨桿角度：頂板中部的兩根錨桿與頂板成90布置，兩邊的錨桿向幫偏移20布置。錨索：?jiǎn)胃摻g線，直徑為17.8mm，長(zhǎng)度為6000mm，加長(zhǎng)錨固，采用三支樹脂藥卷，一支規(guī)格為K2330，兩支規(guī)格為Z2360。每2排錨桿布置2根錨索，間距×排距=1600×2000mm，尾部配有高強(qiáng)度錨具，配套金屬托板規(guī)格為長(zhǎng)×寬×厚=300×300×16mm。（2）巷幫支護(hù)錨桿形式和規(guī)格：采用18mm麻花頭錨桿，長(zhǎng)度為1700mm，每排布置2根，排距×間距=1000×1000mm，與