煤矿锚杆锚索支护参数设计

1、锚杆长度

锚杆的长度L由锚杆外露长度L1、锚杆有效长度L2及锚杆锚固段长度L3三部分组成，锚杆外露长度(L1)与锚杆锚固段长度（L3）易于确定，关键是锚杆有效长度（L2）的确定。L2可按下述方法确定：

（1）L1=垫板厚度+螺母厚度+（0.02～0.03）m，一般取0.15m；

（2）当巷道围岩存在松动破碎带时，L2应大于围岩松动破碎带h，h可由声测法或采用抛物形压力拱理论估算（f≥3）；

H＝

式中  B——巷道开挖宽度，m；

      f——岩石坚固性系数，取3。

  H＝

故此确定L2的长度≥0.9m；

L2应选择为不小于0.9m；

（3）L3长度确定：

式中L3 ——锚固长度，m；

    dr ——锚固剂直径，23mm；

    D  ——钻孔直径，30mm；

    d  ——锚杆杆体直径，20mm；

    Lr ——锚固剂长度，0.6m。

L3长度为0.635m；

（4）锚杆长度L确定：

L=L1+L2+L3=0.15+0.9+0.635=1.685m。

为了确保顶板安全选用锚杆长度为2.2m。

2、锚杆杆体直径

锚杆杆体直径根据杆体承载力和锚固力等强度原则确定，则σt

式中 d  ——锚杆杆体直径，mm；

     Q  ——锚固力，由拉拔实验确定，kN;

     σt ——杆体材料抗拉强度，MPa.

故此选择锚杆直径为d=20mm。

3.锚杆间、排距

锚杆间距（Sc）和排距（S1）根据每根锚杆悬吊的岩石重量确定，通过锚杆按等距排列，及a=SC=S1,则

式中a——锚杆间距，m；

    K——锚杆安全系数，一般取K=1.5～2；

   Γ——岩体容重，kN/m³

故此锚杆间排距确定为800×1000mm。

3、锚杆支护验证

（1）按照加固拱原理计算锚杆参数设计。

锚杆长度计算公式为：L＝N×(1.1+B÷10)

式中  L——锚杆长度：m；

      N——危岩稳定性影响系数，取1.2；

      B——巷道宽度：5.4m；

L＝N×(1.1+B÷10)＝1.2×(1.1+5.4÷10)＝1.97

通过以上设计计算及支护验算，使用φ20×2200mm的螺纹钢锚杆（左旋无纵肋）可以满足锚杆支护的要求。

4、锚索长度计算

L=La+Lb+Lc+Ld

式中  L ——锚索的总长度，m；

La——锚索深入到稳定岩层的锚固长度，取2m;

Lb——需要悬吊的不稳定岩层厚度，取1.8m;

Lc——上托盘及锚具的厚度，一般为0.1m；

Ld——需要外露的张拉长度，一般取0.2m。

代入相关数值可得锚索最低长度L=4.1m。

5、锚索数目的确定

N=K-W/P断

          式中  N——锚索数目；

           K——安全系数，一般取2；

                P断——锚索的最低破断率，kN；

              W——被悬吊岩层自重，kN;

                 W=B*Σh*Σr*D

式中 B—-巷道掘进宽度，取5.4m;

           Σh——悬吊的岩层厚度，取1.8m；

               Σh——悬吊的岩层的平均容量，24kN；

      D—-锚索排距，取2m;

代入相关数值可得每排锚索最低数目N=1.07

6、锚索排距计算

根据地质钻孔柱状分析，直接顶为砂质泥岩，为防止巷道顶板岩层发生大面积整体垮落，用φ21.6mm、L=6500mm（锚入砂岩2000mm以上）的钢绞线，将锚杆加固的“组合梁”整体悬吊于坚硬岩层中，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，靠近巷帮的角锚杆和锚索一起发挥悬吊作用，在忽略岩体粘结力和内摩擦力的条件下，取垂直方向力的平衡，可用下式计算锚索间距。

          L=nF2/[BHΓ-(2F1sinθ)/L1]

L——锚索排距，m；

B——巷道最大冒落宽度，取值5.4m；

H——巷道冒落高度，按最严重冒落高度取1.8m；

Γ——岩体容重，24kN/m³；

L1——锚杆排距，1.0m；

F1——锚杆锚固力，50kN;

F2——锚索极限承载力，取504kN;

θ——角锚杆与巷道顶板的夹角，75°；

n——锚索排数，取1。

代入数值可得L=3.7m＞2.0m,因此工作面所取排距满足设计要求。

确定顶板、帮部锚杆间排距为800×1000mm，锚杆规格为φ20×2200mm螺纹钢锚杆，托盘规格为150×150×10mm的Q235钢板（配套减摩垫圈、调心球垫），锚固剂为每根锚杆采用1支CK2360树脂锚固剂端头锚固,可以满足锚杆支护的要求。

确定锚索规格为顶板锚索采用φ21.6×6500mm钢绞线，每根锚索使用2卷CK2360的树脂锚固剂端头锚固，锚索采用“三二三”花型布置方式，间排距1200*2000mm,锚索托盘为300×300×15mm的Q235钢板，可以满足锚杆支护的要求。