设计技术参数分析
一、锚索设计承载力
钢绞线直径为φ15.24mm时230kN，钢绞线直径为φ17.8mm时320kN，钢绞线直径为φ21.6mm时454kN。
二、锚索设计破断力
钢绞线直径为φ15.24mm时260kN，钢绞线直径为φ17.8mm时355kN，钢绞线直径为φ21.6mm时504kN。
三、锚杆（锚索）支护参数校核
已知：M6、M16煤顶板为粉砂岩：以深灰色，薄层状粉砂岩为主，粉砂状结构，夹粉砂质泥岩，菱铁质细砂岩，细砂岩等，沙纹层理发育，局部显水平层理及斜层理。顺槽巷道毛宽4.7米，高帮3.3米，采用锚网+锚索支护。
1、顶锚杆通过悬吊作用，帮锚杆通过加固帮体作用，达到支护效果的条件，应满足：L≥L1+L2+L3
式中L——锚杆总长度，m；
L1——锚杆外露长度（包括钢带、托板、螺母厚度），0.1m；
L2——有效长度（顶锚杆取围岩松动圈冒落高度b，帮锚杆取帮破碎深度c），m;
L3——锚入岩（煤）层内深度，按树脂锚固剂长度1.2m计算。
其中围岩松动圈冒落高度
式中B、H——巷道掘进荒宽、荒高；巷宽4.7米，巷高3.3米。
——顶板岩石普氏系数；粉砂岩取5
——两帮围岩的似内摩擦角，=。
米
米
L≥L1+L2+L3=0.1+0.66+1.2=1.96米，顶锚杆长度2.2米满足要求
2．锚杆的直径计算
式中：d——锚杆杆体直径，mm;
Q——锚固力，按选取直径大于16mm的树脂锚杆和施工初期职工的锚固工艺掌握程度，按80kN计算；
——杆体抗拉强度，按选取锚杆的技术参数取为490MPa。
故锚杆的计算直径：d=14.35mm＜20mm。
3．锚杆间距、排距计算
根据每根锚杆悬吊岩石载荷大小确定锚杆间排距a，即锚杆悬吊岩石载荷（G=a2L2r）等于锚杆的锚固力Q，即：
式中：a——锚杆间排距，m；
Q——锚杆设计锚固力，50-80KN/根；
L2——锚杆的有效长度即冒落拱高度，取0.7m；
——被悬吊岩层的重力密度，取26KN/m3；
K——安全系数，一般取K=2。
故锚杆的理论计算间排距：a = 1.37m＞0.75m。
经验算，选取顶上采用φ20×2200mm的螺纹钢锚杆，间排距750mm×750mm能满足现场支护要求。
4. 加强锚索长度校核，应满足
式中——锚索总长度，m；
——锚索深入到较稳定岩层的锚固长度，m；
其中：
——安全系数取4；
——锚索直径15.24或17.8.；
——锚索抗拉强度，1426.05N/㎜2；
——锚索与锚固剂的粘合强度，N/㎜2；（10）
——需要悬吊的不稳定岩层厚度，2.2m,取锚杆长度；
——托板及锚具的厚度，0.1m；
——外露张拉长度，0.3m；
5. 悬吊理论校核锚索排距：
L≤nF2/[BHγ-（2F1sinθ）/L1]
式中 L---锚索排距，m；
B---巷道最大冒落宽度，4.7m；
H---巷道最大帽落高度，2.5m；（最大取锚杆长度）
γ---岩体容重，26kN/m3（包括顶煤+直接顶）
L1---锚杆排距,0.8m；
F1---锚杆锚固力,50kN；
F2---锚索极限承载力,φ15.24锚索230kN，φ17.8锚索320KN；
θ---角锚杆与巷道顶板的夹角,75°；
n---锚索排数,取1。
φ15.24锚索：L≤nF2/[BHγ-（2F1sinθ）/L1]=230/[4.7×2.5×26-（2×50sin75°）/0.8]=1.25
Φ17.8锚索：L≤nF2/[BHγ-（2F1sinθ）/L1]=320/[4.7×2.5×26-（2×50sin75°）/0.8]=1.73
综上所述锚索参数需满足如下：锚索材质为1860钢绞线，型号：φ15.24×4800mm，锚索间排距为1250mm×1250mm，φ17.8mm锚索，锚索间排距不大于1730mm×1730mm。目前使用φ17.8mm×6000mm锚索，锚索间排距1200mm×1500mm，满足设计要求。
托盘采用20×200×200mm的钢板托盘;锚固剂型号：MCK2335,每根锚索采用树脂锚固剂端头锚固且锚固剂数量不得少于4节。
6. 加强锚索数目的校核，应满足
式中——锚索数目；
——安全系数2；
——锚索最低破断力，355kN；
——被悬吊岩石的自重，kN；
其中：——巷道掘进荒宽，4.7m；
——锚索间排距，1.5m；
∑——悬吊岩石厚度，2.5m；
∑——悬吊岩石平均容重，26kN/m3。
间距1200mm，每排3根锚索，满足要求。
四、结论
1、根据苍海煤矿顶板岩性为粉砂岩局部泥质页岩，硬度f取4-6，计算得到松动圈高度约为0.7米，锚杆锚固长度选1.2米，外露长度0.1米，因此锚杆最小长度为2米，现场实际锚杆长度2.2米满足要求。
2、锚杆支护做为浅部围岩保护，避免浅部围岩离层或脱落，锚杆间排距根据锚杆悬吊理论，按锚固力最低50KN、松动圈0.7米，既冒落高度0.7米（悬吊岩石厚度），安全系数取2，计算间排距为1.37米，现场实际锚固力（抗拔力）增加，则锚杆间排距增大。目前苍海煤矿顺槽锚杆支护设计间排距为750mm×750mm，满足要求。
3、锚索做为加强支护，在锚杆浅部支护的前提下防止深部围岩离层，则不稳定岩层厚度选2.2米（锚杆长度），计算锚索长度最小4.8米，其中φ15.24mm锚索锚固长度最少为2.17米，要求锚固剂和锚索粘合长度不小于2.17米。现场锚索长度6000米满足要求，锚固剂不得小于4节。
4、在锚索锚固力满足要求的前提下，根据锚索悬吊理论，最大冒落高度取2.5米（根据现场），锚索极限承载力：φ15.24锚索230kN，φ17.8锚索320KN，φ15.24锚索排距要求小于1.25米,φ17.8锚索排距要求小于1.73米；现场使用φ17.8锚索，排距1.5米满足要求。
5、根据悬吊岩石重量和锚索最低破断力计算每排锚索个数不小于2.6，排距取1200mm，每排3根满足要求。
6、以上仅为理论计算，在顶板情况完好的情况下，围岩硬度4-6，巷道毛宽度取4.7米，高度3.3米，如果帮部偏帮或其他因素导致巷道宽度和巷高增加，则巷道松动圈b值会增大，所需锚杆锚索长度理论之也会增大，锚索锚杆悬吊重量会增大，从而间排距理论值要求减小。
7、如果巷道遇构造，则围岩整体硬度降低，f值降低（2-4），则松动圈b值会增大1-2倍，要求锚杆、锚索理论长度增加，浅部围岩基本松散，造成锚杆支护完全失效，需采取被动架棚支护，防止浅部围岩完全掉落，增强浅部围岩的整体性，提高其抗压强度，但是被动支护承受能力一般不会超过3米围岩，因此同时需施工锚索，防止深部岩石继续离层，才能控制顶板下沉。
8、锚杆锚索设计参数都能满足要求，根据情况可以减小间排距和长度来增加支护强度，锚杆锚索施工质量是支护的重点，一个是预紧力，要求锚盘贴近岩面，受力充分才能起到压力拱作用。二是抗拔力，也是锚固力，涉及锚固长度以及和锚固剂粘合质量，上面验证时锚杆取的是最小50KN,顶锚杆一般不小于80KN（24.3Mpa）,帮锚杆不小于60KN；排距1.5米锚索，根据悬吊岩石重约458.25KN计算，每排3根，当锚杆失效时，每根锚索悬吊重量为152.75kN，因此锚固力不得小于153KN，张拉机压力为46.4Mpa（张拉机为MS-18/180，最大工作压力55MPa,额定张拉力180KN）,当锚杆支护有效，锚杆抗拔力达到50KN时，锚索锚固力不得小于103KN（153KN-50KN），张拉机压力为31.2MPa。
相关参数：
五、螺纹钢对树脂药卷粘结强度（设计手册）
| 锚杆直径 | 锚固长度 | 粘结度 |
| φ22mm | 600mm | 22 MPa |
| φ16mm | 600mm | 22.3 MPa |
| φ16mm | 1000mm | 24.8 MPa |
| 锚索直径（mm） | 抗拉强度（N/mm2） | 抗拉强度（MPa） |
| φ15.24 | 1426.05 | 1860 |
| φ17.80 | 1427.31 | 1860 |
| φ21.60 | 1376.11 | 1770 |
| 岩性 | 容重（kN/m3） |
| 砂岩 | 21.58-26.59 |
| 页岩 | 22.56-25.70 |
| 煤 | 11.77-13.72 |
规格
| mm | 破断负荷 kN | 屈服负荷 kN | 伸长率% L0≥500 | 1000h 松弛率≤ | 强度 Mpa |
| φ15.24 | 2.6-269.4 | ≥234.6 | 4-5.5 | 2.5 | 1860 |
| φ17.80 | ≥360 | ≥335 | 5 | 2.5 | 1860 |
| φ21.60 | ≥520 | ≥484 | 5 | 2.5 | 1770 |
| 规格 | 屈服强度 MPa | 抗拉强度 MPa | 伸长率% | 尾部螺纹承载强度 MPa |
| φ20×2000mm （螺纹钢） | ≥335 | ≥490 | ≥16 | ≥杆体极限强度85% |
| φ18×1800mm （圆钢） | ≥225 | ≥375～460 | ≥25 | ≥杆体极限强度85% |
锚杆规格
| （螺纹钢） | 承载力（kN） | 锚杆规格 （圆钢） | 承载力（kN） |
| φ22mm | 125 | φ22mm | 90 |
| φ20mm | 105 | φ20mm | 70 |
| φ18mm | 85 | φ18mm | 60 |
| φ16mm | 75 | φ16mm | 50 |
| 型号 | 测力范围 | 穿孔直径 | 精度等级 | 质量 |
| QLMC-300 夜光式记忆型 | 0--300 kN | φ25 | 1.5 | 5kg |
| QLMC-500 夜光式记忆型 | 0--500 kN | φ25 | 2.5 | 5kg |
| 型号 | 适用 锚索 规格 | 适用 锚索 强度 | 静载 | 硬度 | |||
| 极限 拉力 （kN） | 效率 系数 ηa（%） | 总 应变量 εapu(%) | 锚环 | 夹片 | |||
| KM15-1860 | φ15.24mm | 1860、1570 | 251.8 | ≥0.95 | ≥2.5% | HRC33-46 | HRC53-65 |
| KM18-1860 | φ17.80mm | 1860 | 342 | ≥0.95 | ≥2.5% | HRC30-65 | HRC30-65 |
| QLKM22-1770 | φ21.60mm | 1770 | 488.3 | ≥0.95 | ≥2.5% | HRC30-65 | HRC30-65 |
| 型号 | 测量方式 | 测量点数 | 深基点 最大深度 | 浅基点 深度 | 最大量程 | 读值精度 | 安装钻孔 直径 |
| QLDC-1 | 反光彩色显示 与测尺读数 | 2（深、浅） | 7m | 2.5m | 200mm | 1mm | 28mm 42mm |
| 规格（mm） | 标准要求（kN） | 支点距离（mm） | 实测结果（kN） |
| 500×150×80 | ＞62 | 200 | 67.4 |
| 300×180×80 | ＞62 | 200 | 66.4 |
| 规格 | 抗拉强度MPa | 屈服强度MPa | 伸长率% |
| 14# | 410 | 290 | 35 |
| 12# | 315-450 | 225 | 31 |
| 性能 | 指标 |
| 抗压强度 | ＞40MPa |
| 剪切强度 | ＞35MPa |
| 容量 | 1.9-2.2g/cm3 |
| 弹性模量 | ＞1.6×104MPa |
| 粘结强度 | 对混凝土（C20）＞7 MPa，对螺纹钢＞16MPa |
| 贮藏条件 | 20°-25°储存6个月 |
| 稠度 | ＞16mm |
| 型号 | 属性 | 凝胶时间（s） | 等待时间（s） | 备注 |
| CK | 超快 | 8-40 | 10-60 | 在22°±1°C环境温度下 测定抗压强度≥40 MPa |
| K | 快速 | 41-90 | 90-180 | |
| Z | 中速 | 91-180 | 480 |
| 规格（mm） | 支点距离（mm） | 压力（kN） | 挠度（mm） |
| 500×200×100 | 260 | 550 | 4 |
| 350×120×50 | 200 | 196 | 9 |
| 150×150×24 | 90 | 294 | 6 |
| 规格（mm） | 支点距离（mm） | 压力（kN） | 挠度（mm） |
| W型钢带220×4 | 260 | 30 | 15 |
| 波纹钢带220×4 | 260 | 48 | 10 |
| 规格 | 抗拉强度 MPa | 抗剪强度 MPa | 扭矩 N·m | 锚固力 kN |
| φ18×1800mm | ≥244 | ≥75 | ≥40 | ≥58.8 |
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