锚杆支护设计

冀中能源峰峰集团万年矿

上13261溜子道煤巷锚网索支护设计说明书

审 批 ：

主管矿长 总工程师 开掘副总 生产技术部（调度） 生产技术部（技术） 审 核 地 质 组 设 计： 月 日 月 日 月 日 月 日 月 日 月 日 月 日 月 日

上13261溜子道煤巷锚网索支护设计说明书

一、地质概述

1、巷道位置及范围

上13261溜子道东邻13261工作面采空区;南邻F9号断层;西以上261工作面为界;北以三水平轨道上山和上车场保护煤柱线为界。本工作面四面均有采掘。工作面标高-245~-255，本工作面对应地面位置在庄宴村东北，主要是坡地。地面标高248~261，2#煤层平均埋深500m。

2、地质状况

本区煤层基本稳定，2#煤厚度为3.6~5.4m，平均4.5m； 煤层产状：倾向63°～88°,倾角7°～23°，平均15°，煤质牌号为无烟煤，质硬，其单向抗压强度15～25MPa之间，平均18.5MPa。伪顶厚平均0.3m，岩性为炭质页岩，松软，破碎易垮落。直接顶为粉砂岩，局部直接顶相变为细粒砂岩或砂页岩互层，其厚度为2.0~8.0m，平均4.0m；其抗压强度为23.6~48.3MPa，平均45.3MPa，根据原煤炭部下发《地质条件分类细则》确定本区顶板为三类顶板。老顶为中、细粒砂岩组成，灰白色，以石英、长石为主，裂隙发育，钙质胶结；厚4.0~20m，平均14.0m，岩石坚硬。底板为粉砂岩，厚约3.0m，其抗压强度27.4～55.3MPa，平均46.2MPa。

二、巷道断面设计

1、上13261工作面运料巷采用锚网梁+锚索支护，巷道设计断面为准矩形。

2、巷道断面规格：净宽×净高=4.4m×2.7m。

三、锚杆（索）支护参数设计

1、围岩稳定性分类

根据对该区围岩分析，参照《MT1104-2009煤巷锚杆支护技术规范》(国家安全生产监督管理总局)，对围岩进行分类。

煤层单轴抗压强度σ煤=15～25MPA之间，平均18.5Mpa 直接顶单轴抗压强度σ直接顶=23.6～48.3MPa，平均45.3Mpa 底板抗压强度σ底板=27.4～55.3 Mpa，平均46.2 Mpa。 巷道埋深（平均）h=500m

2、锚杆（索）支护设计

参照《煤巷锚杆支护技术》一书中组合梁及悬吊理论计算是比较合理的。 （1）、顶锚杆长度 L=L1+L2（加长锚）+L3

式中：L1—锚索外露长度，取0.05m L2—锚固有效组厚度

L3—锚杆锚固段长度，1根锚固剂长0.6m L2=1.935B[K1p/φ（σ1+σ2）]1/2

式中：K1—与施工方法有关的安全系数，取1.5 B—巷道跨度4.4m

P—组合梁上均布载荷 P=rL=25×4=100KPa=0.1MPa r—上覆岩层容重取25KN/m3 L—顶锚杆长度选取值2.4m φ—与组合梁层数有关的系数取0.7 σ1—组合梁最上一层抗拉强度取3.5MPa σ2—原岩水平应力，

σ2=λrZ=0.3×25×500=3750kpa=3.75MPa λ—侧压力系数0.3 r—上覆岩层容重取25KN/m3 Z—巷道埋深（平均）h=500m L2 =1.935×4.4 [1.5×0.1/0.7（3.5+3.75）] =1.46

L=0.05+1.46+0.6=2.1 根据以往施工经验，和该区使用锚杆（锚索）情况，结合本区直接顶厚度为4m，为保证施工安全，选锚索长度4m。

（2）、顶锚杆（锚索）锚固力

根据《MT1104-2009煤巷锚杆支护技术规范》锚杆锚固力100KN。 （3）顶锚索间距 D≤51.55m1（σ1/KP）1/2 式中：m1————组合梁最下一层岩层厚度0.3m σ1——最下一层岩层抗拉计算强度1KPa K——安全系数取10 P——本层自重均布载荷 P=rm1=25×0.3=7.5KPa D≤51.55×0.3×[1（/10×7.5）]=1.7m 根据巷道规格，顶锚杆间距D取0.7m，顶部打7根锚杆（锚索）。 （4）顶锚杆（锚索）排距 L0=Nn/（2KraL）

式中：n--每排锚索根数，7根

K--安全系数，取2.5 a--巷道掘进宽度一半2.2 L--锚索长2.4m L0=100×7/（2×2.5×25×2.2×2.4）=1.06m 根据类比工程，并考虑安全方面， L0=1.0m （5）角锚杆与水平夹角

1/

21/2

角锚杆与水平夹角θ应满足下式要求： Lcosθ≥0.2+L1 式中：L1--角锚杆进入煤壁的距离0.5m cosθ≥0.7/2.4=0.292 θ≤73°取θ=60°

（6）顶锚杆材质及直径

顶锚杆设计锚固力为100KN，故选用高强度带纵筋螺纹钢锚杆，材质为20MnSi，直径20mm，杆前端螺纹滚丝而成，其屈服载荷为104.7KN，极限载荷为160KN。

（7）锚固剂

锚固剂充填长度L锚=nφ

2卷

L卷/（φ

2孔-d2）

L锚：锚固剂出厂长度600mm 式中：n--锚固剂卷数

φ卷--树脂锚固剂直径28mm L卷--树脂锚固剂长度600mm φ孔--锚杆孔直径30mm d--锚杆直径20mm n=600×（302-202）/（282×600）=0.64 故取n=1卷 ,考虑锚杆快速安装，选用CK2860树脂锚固剂和Z2860树脂锚固剂各1卷，校核其锚固力。

P锚=3.14φ孔σ L锚K 式中：φ孔--锚杆孔直径28mm=0.030m σ1--锚固剂与孔壁粘结强度，取1.6MPa=1600Kpa L锚--锚固剂长600mm K--药卷长度充填系数1.6 P锚=3.14×0.03×1600×0.6×1.6=144.7＞100KN满足要求 （8）帮锚杆长度

两帮潜在松塌区宽度L1=htg（45-φ/2） 式中：h—巷道掘进高度，3.0m φ--煤体内摩擦角56.3°

L1--=3.0×tg（45-56.3°/2）=0.9m 故帮锚杆长度为L=L1+L2+L3

式中：L1--两帮潜在松塌区宽度取0.9m L2--帮锚杆锚固长度0.6m L3外露长度取0.05m L=0.9+0.6+0.05=1.55m；根据类比工程经验锚杆长度取2.0m。 （9）帮锚杆间距 D≤1/2L=1/2×2.2=1.1m

3

1根据类比工程经验锚杆间距取0.7m。

（10）帮锚杆锚固力：A3钢帮锚杆设计锚固力60KN （11）帮锚杆材质及直径

帮锚杆设计锚固力60KN，故选直径18mm，A3钢锚杆，其极限载荷66KN，杆前端螺纹滚丝而成。

（12）帮锚杆锚固剂

帮锚杆锚固剂选用Z2860树脂锚固剂1卷，校核其锚固力。 P锚=3.14×φ孔σL锚K 式中：φ孔——锚杆孔直径，φ孔=32mm=0.032m σ1——锚固剂与孔壁之间的粘结度，1000Kpa

L锚——锚固剂长度0.6m K—药卷长度充填系数1.0 P锚=3.14×0.032×1000×0.6×1.0=60.2KN＞60KN满足要求。 （13）锚索加强支护

根据锚索支护机理，其参数设计参照锚杆悬吊理论进行计算

①根据工程类比法，依经验选取锚索支护参数，顶锚索长度暂定8m，掘进时每前进10米打顶板探眼，视揭露煤层顶板情况调整锚索长度，使锚索能够锚固到老顶中1.5m以上。顶锚索在巷道中间顺巷道方向布置两排，排距2m，间距1.4m，迈步交替布置，每根锚索使用2块260×200托盘（U箍材料制作）。加强对顶板离层监测，根据监测数据适当调整锚索间排距。

帮锚索距顶600mm，排距1.4m、间距5.0m，长度4m，每根锚索使用1块260×200托盘（U箍材料制作）。

②锚索材料及锚固剂

顶锚索采用直径Ф21.6ｍm低松弛钢绞线，其破断载荷为480KN。顶锚索设计初锚固力200KN，锚固剂选用CK2860树脂药卷1卷，Z2860树脂药卷2卷。

（14）其它支护材料

每根锚杆均配备一个260×200托盘（U箍材料制作），角锚杆配用角托盘；W钢带采用BHW-280-3.00型；顶板两帮铺设金属菱网，网与网搭接100mm，联网间距200mm。

1五、巷道监测

煤巷锚杆支护从支护机理和参数计算上有其特性，必须进行巷道监测，通过信息反馈优化支护参数，并为以后煤巷锚杆支护提供依据。

1、每隔30m安设一顶板离层指示仪，锚索测力计，锚杆测力计，顶板位移计，两帮位移计，离层指示仪要安设在巷道顶板中央，其安设必须及时，距工作面迎头不超过30米。巷道开口、透口、断层等特殊地点加设监测仪器。

2、单位技术员要认真观测5组监测仪器数据变化。新安设监测仪器，一周之内每天观测一次，7天后如果稳定每3天观测一次，留有记录经主管副总审批，密切注意观察顶板及两帮围岩移动情况，当顶板位移达到30mm时，必须通知技术科、安监科、调度室现场调查，采取缩小锚杆排距、加使棚子等加强支护办法，当顶板位移达到50mm时，必须停止掘进，由外向里进行架棚支护，以里巷道不得有人。

3、巷道每打设50根锚杆必须进行一组（3根）锚杆拉拔试验。拉拔加载至锚杆设计锚固力的90%。有一根不合格时再抽检一组，若第一组抽检有两根（含两根）以上或第二组抽检仍达不到上述要求，要立即停止作业，查明原因及时采取措施。

4、抽样一组（3个）螺母，采用扭矩扳手对螺母扭矩进行检查，每个螺母的扭紧力矩应不小于150Nm，若其中一个不符合要求，将扭矩不足的螺母拧紧即可，超过两个时，须将本班安装的螺母全部拧紧一遍。

六、安全技术措施

1、工作面迎头必须采取临时支护措施，采用打设内注式液压点柱配木板梁进行临时支护，顶上铺金属菱形网。

2、顶板锚杆要露头即锚，快速安装；上部3根帮锚杆距头不超过2排打设,剩余帮锚杆滞后前头不超过5排打设。锚索滞后前头不超过5米。

3、锚杆孔直径保证“三径匹配”。

4、本设计确定必须用锚杆钻机打设锚杆眼，必须采用锚杆机上紧锚杆螺母，即锚杆快速安装工艺。

5、巷道见断层，必须经安监科、调度室、技术科现场调查研究，采取加强支护或改变支护方式。

6、不同树脂药卷安装时，要先装超快药卷，再装中速药卷。

7、工作面后方要备有一定数量的支架材料和抢险材料。

8、锚索要固定人员打设，保证锚索张拉预紧力达到200KN以上，现场要有记录，标明施工人员、验收人员等内容。

9、当遇断层较大或顶板破碎，或煤层在巷道上方，或巷道为全岩、半煤岩等特殊条件，经安监科、调度室、技术科现场调查研究后制定支护方案。

10、其它由施工单位制定详细的安全技术措施。

11、其他执行《MT1104-2009煤巷锚杆支护技术规范》(国家安全生产监督管理总局)。

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