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煤礦井下支護計算方法

1、按懸吊理論

(1)錨桿長度L，
L=L1+L2+L3
              =50+1000+300=1350mm    
式中：L1——錨桿外露長度
L2——軟弱巖層厚度，可根據(jù)柱狀圖確定 mm
L3——錨桿伸入穩(wěn)定巖層深度   一般不小于300mm
(2)錨固力N：可按錨桿桿體的屈服載荷計算
N=π/4(d2σ屈)
=  0.25×3.14×（0.02）2×335×106=105KN
式中：σ屈——桿體材料的屈服極限Mpa
d——桿體直徑
(3)錨桿間排距
錨桿間距D≤1/2L
D≤0.5×2200=1100mm
錨桿排距L0=Nn/2kra L2
=105×103×13/2×3×24×103×2.1×1=4.51m
式中：n——每排錨桿根數(shù)
N——設計錨固力，KN/根
K——安全系數(shù)，取2-3
r ——上覆巖層平均容重，取24KN/ m3
a——1/2巷道掘進寬度 m


2、按自然平衡拱理論計算
Ⅰ、兩幫煤體受擠壓深度C
C=(（KrHB/1000fcKc）Cos(a/2)-1)h×tg(45-ψ/2)
=（（2.5×24×510×1/1000×2×1.0）Cos（23°/2）-1）×2.65×tg（45°-63°/2）=8.9m
式中：K——自然平衡拱角應力集中系數(shù)，與巷道斷面形狀有關；矩形斷面，取2.8
r ——上覆巖層平均容重，取24KN/ m3
H——巷道埋深m
B——固定支撐力壓力系數(shù)，按實體煤取1
fc——煤層普氏系數(shù)，
Kc——煤體完整性系數(shù)，0.9-1.0
a——煤層傾角
h——巷道掘進高度m
ψ——煤體內(nèi)摩擦角，可按fc反算
Ⅱ、潛在冒落高度b
b=(a+c)Cosa/Kyfr
 =（2.1+8.9）×0.92/0.45×4=5.62m
式中：a——頂板有效跨度之半 m
Ky——直接頂煤巖類型性系數(shù)。當巖石f=3-4時，取0.45 ;f=4-6 時，取0.6; f=6-9時，取0.75。
Fr——直接頂普氏系數(shù)
Ⅲ、兩煤幫側(cè)壓值Qs
Qs=KnCr煤[h×sina+b×cos(a/2)×tg(45-a/2)
  =2.5×2×8.9×1.48[2.65×0.39+5.62×0.98×0.24=155kN/m
式中：n——采動影響系數(shù)，取2-5
r煤——煤體容重，KN/m3
(1)頂錨桿長度L
L=L1+b+L2
=0.05+5.62+0.35=6.02
式中：L1——錨桿外露長度 m
L2——錨固端長度 m
b——潛在冒落拱高度 m
錨桿間距D≤1/2L
錨桿排距LO=Nn/2K·rab
           =105×12/2×2×24×2.1×5.62=
式中：n——頂板每排錨桿根數(shù)
N——每根錨桿錨固力，KN
K——安全系數(shù)，取2-3
r ——上覆巖層平均容重，取24KN/ m3
a——1/2巷道掘進跨度，m


(2)煤幫錨桿
錨桿長度：L=L1+C+L2
                     =0.05+8.9+0.35=9.3
錨桿間距：D=Nh/L0KQs
           =105×2.65/×2×155=
式中：N——設計錨桿錨固力，MPa
K——安全系數(shù)，取2-3
L0——煤幫錨桿排距，同頂板排距
Qs——兩幫側(cè)壓值，KN
3、按組合梁原理計算
(1) 錨桿長度L
L=L1+L2+L3
式中：L1——錨桿外露長度 m
L3——錨固端長度  m
L2——組合梁自撐厚度  m
L2=0.612B[K1P/ψσ1σx]/2
 =0.612×4.2(2×/)
K1——與施工方法有關的安全系數(shù)。掘進機掘進2-3；爆破法掘進3-5；巷道受動壓影響5-6
P——組合梁自重均布載荷 MPa
ψ——與組合梁層數(shù)有關的系數(shù)
組合層數(shù)：1    2      3      ≥4
ψ  值：1.0  0.75    0.7    0.65
B——巷道跨度 m
σ1——最上一層巖層抗拉計算強度，可取試驗強度的0.3-0.4倍  MPa
σx——原巖水平應力，σx=λrz MPa=0.4×24×510=0.00489MPa，
λ—側(cè)壓力系數(shù)，一般為0.25-0.4,
Z—巷道埋深  m
(2)錨桿間距
以上所選錨桿長度，還需驗算組合梁各層間不發(fā)生相對滑動，并保證最下面一層巖層的穩(wěn)定性
D≥1.63m1(σ1/KP)/2
   =1.63×(/8×)/2=
式中：m1——最下面一層巖層的厚度  m
K——安全系數(shù)，取8-10
P——本層自重均布荷載 P=r1m1=24×,MPa  ；
r1——最下面一層巖層的容重，KN/m3
 
錨索支護參數(shù)的確定：
1、 錨固長度La
La≥fst/πfcs d1
=（1870/3.14×10）×17.8=1060mm
設計錨固長度1.4m＞1.06m
         式中：d1—錨索鋼絞線之徑，mm
fst—鋼絞線抗拉強度，Mpa
fcs—錨索與錨固劑的設計粘接強度，按10MPa計算
2、 錨索間排距
         L/S≥2
      S≤L/2=6600/2=3300mm
    設計間排距1.8m＜3.3m
式中：L—錨索孔深度
S—錨索間距
3、 錨索錨固力P
P1≥P≥P1/K或P2/K
P≥400/2=200KN
設計錨固力200KN
          式中：P—設計錨索錨固力  KN
P1—錨固段錨固劑與孔壁的粘結(jié)力  KN
P2—錨固段錨固劑與鋼絞線的粘結(jié)力  KN
K—安全系數(shù)，取2
切眼錨桿支護參數(shù)的確定：
1、頂錨桿
按加固拱原理確定錨桿參數(shù)：
 錨桿長度：L=N×（1.1+B/10）=1.1×(1.1+4.2/10)=1.67m    (N取1.1)
 錨桿直徑:D=L/110=1.67/1.10=15.2mm
 錨桿間排距:a<0.5L=0.5×1670=835mm
根據(jù)以上計算，為提高安全度和支護效果，選取φ20×2200mm左旋無縱筋錨桿，錨桿間排距900×900 mm,每眼使用Z2335藥卷3卷。
2、幫錨桿
兩邦錨桿選用Φ20mm,L=2200mm 左旋無縱筋錨桿，間排距750×700,每眼使用Z2335藥卷3卷（最末一排距底板不超過300 mm）。
三、護網(wǎng)
護網(wǎng)選取直徑4 mm，網(wǎng)格40×40 mm的經(jīng)緯網(wǎng)。
四、錨索
因機、風巷及切眼埋深大，跨度也較大，為確保安全和支護效果，施工時在頂板打錨索加強支護。機巷頂錨索規(guī)格：17.8 mm×7000 mm，間距1.5 m，排距1.5 m,每眼使用Z2335藥卷4卷。
 
 
錨桿支護參數(shù)的確定：
一、按加固拱原理確定錨桿參數(shù)：
1、頂錨桿
(1)錨桿長度：Ｌ= N（1.1+B/10）=1.0×(1.1+4.2/10)=1.52m；根據(jù) 我礦支護經(jīng)驗，錨桿長度?。?2.2m。
式中：L—錨桿長度；
N—圍巖穩(wěn)定影響系數(shù)，取1.0m；
B—巷道跨度。
(2)錨桿直徑：Ｄ=L/110=2.2/110=0.02m，取D=20mm。
(3)錨桿間距：d≤0.5L=0.5×2.2=1.1m，取間排距為900×900mm。
(4)錨桿型號：選用φ20×2200mm的左旋無縱筋錨桿，其錨固力≥100KN/根；配用W鋼帶及φ4mm的鋼網(wǎng)聯(lián)合支護頂板。
2、巷幫錨桿：巷幫支護錨桿選用φ20×2200mm的左旋無縱筋錨桿，并配合φ14mm的鋼筋梯形梁和φ4mm的鋼網(wǎng)聯(lián)合支護。
 
二、按懸吊理論確定錨桿參數(shù)：
1、錨桿長度L，
L=L1+L2+L3
              =50+1200+300=1550mm   
設計錨桿長度L=2200mm
式中：L1——錨桿外露長度
L2——軟弱巖層厚度，可根據(jù)柱狀圖確定 mm
L3——錨桿伸入穩(wěn)定巖層深度   一般不小于300mm
2、錨固力N：可按錨桿桿體的屈服載荷計算
N=π/4(d2σ屈)
=  0.25×3.14×（0.02）2×335×106=105KN
式中：σ屈——桿體材料的屈服極限Mpa
d——桿體直徑
3、錨桿間排距
錨桿間距D≤1/2L
D≤0.5×2200=1100mm
錨桿排距L0=Nn/2kra L2
=105×103×13/2×3×24×103×2.1×1.2=3.76m
設計錨桿間排距為900×900mm
式中：n——每排錨桿根數(shù)
N——設計錨固力，KN/根
K——安全系數(shù)，取2-3
r ——上覆巖層平均容重，取24KN/ m3
a——1/2巷道掘進寬度 m
 
錨索支護參數(shù)的確定：
1、錨固長度La
La≥fst/πfcs d1
=（1870/3.14×10）×17.8=1060mm
設計錨固長度1.4m＞1.06m
式中：d1—錨索鋼絞線直徑，mm
fst—鋼絞線抗拉強度，Mpa
fcs—錨索與錨固劑的設計粘接強度，按10MPa計算
2、錨索間排距
L/S≥2
S≤L/2=6600/2=3300mm
設計排距1.8m＜3.3m
設計間距1.6m＜3.3m
式中：L—錨索孔深度
S—錨索間距
3、錨索錨固力P
P1≥P≥P1/K或P2/K
P≥400/2=200KN
設計錨固力200KN
式中：P—設計錨索錨固力，KN
P1—錨固段錨固劑與孔壁的粘結(jié)力，KN
P2—錨固段錨固劑與鋼絞線的粘結(jié)力，KN
K—安全系數(shù)，取2