1、錨桿支護設計第1頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三第三節 錨桿支護設計一、工程類比法二、理論計算法三、數值模擬法四、錨桿支護設計系統五、錨桿支護設計實例第2頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三一、工程類比法由于錨噴支護作用機理理研究尚不完善，錨噴支護設計理論也不成熟。因此，錨噴設計中通常采用用工程類比法。我國多數錨桿支護設計規范都明確規定，錨桿支護設計算應以工程類比法為主，在必要時量測法及解析法為輔。 工程類比法是建立在已有工程支護設計的成功經驗基礎之上，在圍巖條件、施工條件等各種影響因素基本一致的情況下，根據工程師的經驗和判斷能力，選定待建工

2、程錨桿支護類型及參數。第3頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三錨桿支護參數1. 錨固力2. 錨桿長度和直徑3. 錨桿間距和排距第4頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三第5頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三3. 錨桿的間排距錨桿的間排距要根據頂板條件決定。一般間排距取0.6m、0.7m、0.8m、1.0m。頂板條件良好，少數情況下可采用1.1m和1.2m。按照選定的排距錨桿布置可采用正方形、長方形、五花形等型式，巷幫錨桿可參照頂板錨桿，適當放寬間、排距。第6頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三第7頁

3、，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三第8頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三錨桿噴射混凝土支護技術規范第9頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三第10頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三圍巖類別松動圈支護方法備注小I穩定300二次支護無穩定期圍巖松動圈分類表第11頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三第12頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三第13頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三煤巷錨桿支護第14頁，共139頁，2022年，5月2

4、0日，23點49分，星期三第15頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三第16頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三二、理論計算法（一）按懸吊作用計算（二）按擠壓加固拱理論計算（三）組合梁理論計算第17頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三（一） 按懸吊理論確定支護參數 1）錨桿長度錨桿長度的計算公式L1錨桿外露長度，一般L1=0.10.15。端頭錨固型錨桿，L1=墊板厚度+螺母厚度+（0.03-0.05）；全長錨固錨桿，還要加穹形球體厚度。L2 錨桿有效長度。L3 錨桿錨固段長度，一般端錨L3=0.30.4m，由拉拔實驗確定；當

5、圍巖松軟時還要加大。 對于全長錨固錨桿，錨桿的有效長度則為L2+L3。第18頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三 當直接頂需要懸吊而它們的范圍易于劃定時，L2應大于或等于它們的厚度。 當巷道圍巖存在松動破碎帶時，L2應大于巷道松動破碎區高度hi，hi可按下式確定：有效長度L2的確定方法：式中，RMR 為CSIR地質力學分級巖體總評分； B 為巷道跨度。 第19頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三有效長度L2的確定方法： 一般還可按L2=KH進行計算，H為軟弱巖層厚度（或冒落拱厚度），m； K為考慮軟弱巖層變化的安全系數，一般取1.52。 軟弱巖層

6、H的確定是根據地質資料，實測或經驗估計，冒落拱高度是按下式估算，即第20頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三2）錨桿桿體直徑 式中， d為錨桿桿體直徑，； Q為錨固力，由拉拔實驗確定，KN； t為桿體材料抗拉強度，MPa。 錨桿桿體直徑根據桿體承載力與錨固力等強度原則確定，即第21頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三3）錨桿間、排距 錨桿的間距，排距計算，通常間、排距相等，取為a，并根據錨桿的錨固力應等于或大于被懸吊巖石的重量的原則確定，即： 式中，巖石重度，KN/m3;K錨桿安全系數，1.524）適用懸吊作用使用層狀巖、平頂巷道的錨桿支護。第2

7、2頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三煤柱寬度3m的煤巷錨桿支護（懸吊作用）第23頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三煤柱寬度3m的煤巷錨桿支護（懸吊作用）1巷道兩幫破壞深度C的確定2巷道頂板破壞高度b的確定3. 頂板載荷確定4. 巷幫載荷確定5. 頂板錨桿支護參數的設計6. 幫錨桿支護參數的設計第24頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三K，應力集中系數， K= KsKaKs，與巷道斷面形狀有關的應力集中系數，按下頁表選取。Ka，受臨近工作面采空區的影響系數，有下式確定。第25頁，共139頁，2022年，5月20日，23點

8、49分，星期三第26頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三X煤柱實際寬度，對于兩側為實體煤的順槽，取X為100m。rm老頂單向抗壓強度，MPa；h采高，m；hi直接頂厚度，m；cc被巷道切割的煤層單向抗壓強度，MPa；第27頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三巷道上覆巖層的平均容重，kNm3；H巷道理深，m；煤層傾角，；hc，被巷道切割的煤層厚度，m；l巷道切割煤層（巖層）的最大寬度(圖2-3-13）煤層波松比，用實測值，在無實測值情況下，按下頁表確定；煤層內摩擦角()，可由下式確定：第28頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期

9、三第29頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三2巷道頂板破壞高度b的確定對于頂板為均質巖層，b值由下式確定a懸臂巖層的半跨距，其計算方法如圖2-3-14所示，m；C巷道兩幫破壞深度，m；側壓系數，Ky頂板巖石完整性系數，可由下式確定。第30頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三第31頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三第32頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三對于拱形巷道，b值由下式確定式中h0巷道高度，m。第33頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三對于頂板巖層為非均質的情況，應

10、分層計算頂板破壞深度。先用式(2-3-4)計算頂板最下一層的b值，得b1。如果b1小于該巖層的厚度，則破壞范圍只出現在該層，即bb1。如果b1值大于該巖層的厚度，說明破壞范圍還要深入到上一巖層。這時，應把拋物線拱在兩巖層層面處的寬度作新的(a十C)值，井代入到式(2-3-4)，計算第二個巖層的b值，得b2，然后再行判斷。此過程反復進行，直到第n個巖層的bn值小于該巖層厚度，則頂板巖層的破壞深度b為ti巖層厚度，m第34頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三3. 頂板載荷集度Qr的確定頂板載荷集度，KN/m用于傾斜錨桿設計的頂板載荷集度，KN/m第35頁，共139頁，202

11、2年，5月20日，23點49分，星期三4巷幫載荷的確定巷道兩幫均為煤層時巷幫載荷集度兩幫既有煤層又有巖層時的巷幫載荷集度ht巷道切割巖層的總厚度，m。第36頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三5頂板錨桿支護參數的設計當頂板破壞高度b0.2m時，頂板無須支護;當頂板破壞高度，0.2b1.6m時； 當b1.6m時，應采用帶傾斜錨桿的支護系統(圖2-3-15) 。第37頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三第38頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三當頂板破壞高度，0.2b1.6m時a錨桿長度lbr錨桿外露長度與錨固段長度之和，一般

12、取 0.40.5m。b錨桿桿體直徑：根據設計錨固力選取c錨桿排距第39頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三d. 每排錨桿個數將每排錨桿個數N取整數N，然后在計算Dr如果Dr1.2，取Dr1.2；如果Dr1.2，從排距系列重取與之最近的排距。第40頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三e. 錨桿支護形式的確定當Ky 0.751，單體錨桿支護；當Ky 0.60.75)，當b =0.8m，錨桿鋼筋梁或桁架。當Ky 0.450.6)，當b =0.8m，錨桿鋼筋梁網。當Ky 0.45，當b =0.8m，錨桿W鋼帶網。第41頁，共139頁，2022年，5月20

13、日，23點49分，星期三當Ky 0.45，必須縮小錨桿間距、排距。錨桿個數Dr和N取相應系列的整數。當Dr0.6m，取Dr0.6m。第42頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三當b1.6m時，采用帶傾斜錨桿的支護系統a傾斜錨桿長度lbibs傾斜錨桿在破壞范圍的長度，m。當lbi2m時，取lbi 2m。b鋼帶排距：Dr鋼帶排距，m；K1安全系數，取1.21.5；Pri傾斜錨桿拉拔力，kN；傾斜錨桿安裝角（與鉛垂方向），一般取3045度。第43頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三c. 頂板錨桿錨桿長度lbrh0巷道中高，m。錨桿間距：t巖層組合高度，t

14、 0.35ab1/2r巖層內摩擦角，度。每排錨桿個數第44頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三d. 錨桿支護形式的確定當Ky 0.61，錨桿+W鋼帶；當Ky 0.450.6)，全長錨固錨桿W鋼帶網當Ky 0.45，全長錨固錨桿W鋼帶網，并縮小間距、排距。第45頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三當Ky 0.45，必須縮小錨桿間距、排距。錨桿個數Dr和N取相應系列的整數。當Dr0.6m，取Dr0.6m。第46頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三6巷幫錨桿支護參數的設計巷幫破壞寬度C0.3m時，巷幫可不支護。當巷幫破壞寬度，0

15、.3C1.5m時；當巷幫破壞寬度，C 1.5m時。第47頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三 當巷幫破壞寬度，0.3C1.5m時a錨桿長度 lbs = C+b每排錨桿個數Ps幫錨桿拉拔力，kN。第48頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三當巷幫破壞寬度，C 1.5m時采用帶傾斜錨桿的支護系統（圖2-3-15）。a傾斜錨桿長度lbsi傾斜錨桿安裝角（同水平方向夾角），度。Dso傾斜錨桿孔口到頂板的距離，一般取Dso=0.3m， =30。第49頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三第50頁，共139頁，2022年，5月20日，23

16、點49分，星期三當巷幫破壞寬度，C 1.5m時b鋼帶排距：Dr鋼帶排距，m；K1安全系數，取1.21.5；Prs傾斜錨桿拉拔力，kN；第51頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三當巷幫破壞寬度，C 1.5m時c. 巷幫中部錨桿： 長度：傾斜錨桿長度。 每排錨桿個數式中，hc被巷道切割的煤層厚度，m。第52頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三當巷幫破壞寬度，C 1.5m時d. 當C 1.3m時，巷幫支護應該加網。第53頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三 不要求錨桿伸入堅固巖層中。這樣錨桿長度和間距之間必須滿足某種關系，才能形

17、成一定厚度的擠壓加固拱，以支承地壓，按照擠壓加固拱理論，加固拱厚礎與錨桿長度和間距之間的關系可按下式b加固拱厚度，m；L錨桿的有效長度，m；錨桿在松散體中的控制角，度；a錨桿的間距。 根據上式，如果按常用錨桿18002200和間、排距500800，則加固拱厚度將為12001400，相當于34層料石碹拱的厚度。 （二） 按擠壓加固拱理論計算錨桿參數第54頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三第55頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三組合拱作用計算錨桿參數由錨桿預應力形成的承壓拱穩定性，可按照結構力學理論由拱座處巖石的最大抗壓強度、巖拱的抗剪能力及巖拱

18、保持其承載拱形狀的變形等三個方面校核，并確定錨桿參數； 也可按照固體力學理論由彈塑性解試算錨桿參數。第56頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三根據錨桿組合拱作用，巷道圍巖內的錨桿將在破裂區內形成一個防止破裂區擴展到承壓拱，可以承受破裂區上部巖石的徑向荷載。第57頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三組合拱作用計算錨桿參數1. 噴射混凝土的最大支護力2. 金屬網的最大支護力3. 錨桿的最大支護力4. 巖石承壓拱的最大支護力5. 錨噴總支護力6. 承壓拱計算實例第58頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三Rabcewicz, 當原

19、巖水平應力分量與垂直應力分量之比小于1時，巷道可能的破壞形式是在兩幫形成楔體剪切滑移。如果以圓形斷面巷道中心為原點作極坐標系，坐標系的垂直軸為極軸，并將楔形滑體的滑動跡面線用極徑的矢端軌跡)K表示，則當極角沿反時針旋轉到剪切破壞角時，極徑矢端與巷道邊界的交點A就是滑動跡線的一個起點，它的另一個起點A可以按照對稱性在巷道邊界的另一側找到，圖49-6所示。對于半徑ri的圓形巷道，兩幫楔形滑體的滑移跡線方程式為；第59頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三噴層與圍巖剪切破壞原理第60頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三1. 噴射混凝土的最大支護力第61頁

20、，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三 由圖49-6的幾何關系不難得到楔形滑體在巷道邊界出露的寬度b：為了阻止楔形滑體的滑動，混凝土噴層應有足夠抗剪強度Tc，如果假定它們在噴射混凝土噴層中是均勻分布的，考慮到滑體平衡條件，可以得到噴射混凝土最大支護力(承載力)：第62頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三2. 金屬網的最大支護力按照混凝土噴層抗剪作用分析的同樣步驟，以得到金屬網的最大支護力第63頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三3. 錨桿的最大支護力對于全長錨固式錨桿，如果考慮抗剪切情況，錨桿應該體供的最大支護力是：0巖石滑移

21、線的最大傾角，根據滑移線方程求，當= ri + t 時，第64頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三t-承壓拱厚度，m。 需要指出，對于端頭錨固式描桿，Tbf應該取拉拔試驗得到的錨固力與錨桿桿體抗拉斷力中數值較小者。第65頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三4. 巖石承壓拱的最大支護力根據對楔形滑體的平衡分析，得到在錨噴加固條件下巖石頭承壓拱的最大支護力第66頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三此時，巖石承載拱滑移跡線長度a近似表達式為第67頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三5. 錨噴總支護力錨噴支

22、護的最大總支外力就是支護系統對巷道圍巖施加的徑向約束力和支護系統包括圍巖承壓拱的承載能力，它們都分別用最大支護力表示，可以近似的得到第68頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三6. 承壓拱計算實例巷道半徑5.33m，埋深122m。原巖應力P0為3.13MPa，側壓系數為1。巖體彈性模量為1.38GPa，泊松比0.2，容重0.02MN/m3, S=0，內摩擦角30度；巖石抗壓強度69MPa。錨桿長度3m，直徑0.025m，彈模207GPa，Q0.143m/MN，Tbf 0.285MN，Sc Sl1.52m，Uio0.025m。第69頁，共139頁，2022年，5月20日，2

23、3點49分，星期三1）錨桿與巖石的最大支護力（1）承壓拱厚度 t2.49 m；（2）滑移跡線最大傾角068.06度（3）錨桿最大支護力Psbmax 0.0701第70頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三1）錨桿與巖石的最大支護力（4）第71頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三6. 承壓拱計算實例2）支護系統提供的最大支護力3）錨桿剛度與變形第72頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三6. 承壓拱計算實例4）支護系統受到的圍巖壓力5）安全系數第73頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三第74頁，共139頁

24、，2022年，5月20日，23點49分，星期三三、數值模擬分析法1）應用廣泛。2）求解過程：建模，求解大規模的方程。影響因素：問題，介質，精度，邊界條件和初始條件，參數選取，軟件。第75頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三3）數值模擬軟件：（1）有限元軟件：ANSYS, MARC（2）離散元軟件：UDEC, 3DEC（3）有限差分軟件：FLAC 3D. “大變形”問題第76頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三四、系統設計法系統設計法的6步驟：（一）地質力學評估（圍巖應力狀態、巖體力學參數）；（二）初始設計（以數值模擬為主，輔以工程類比和理論計算）

25、；（三）穩定性分析；（四）施工；（五）監測（錨桿受力、頂板位移）；（六）信息反饋與修改。第77頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三（一）地質力學評估內容：地應力狀態和圍巖力學性質1）地應力狀況：大小，方向，梯度。測量方法：測量結果：大部分礦區以水平應力為主。應力大小估算：（1）埋深小于500m時，最大及最小水平主應力第78頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三（一）地質力學評估應力大小估算：（2）埋深大于500m時，原巖主應力的影響：巷道軸向與最大主應力的關系。第79頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三2）巷道狀況調查以及圍

26、巖力學參數確定頂底板巖層數目和厚度；巖層節理、裂隙間距；分層厚度；巖層的彈模、泊松比、單軸抗壓強度、抗拉強度、粘聚力、內摩擦角煤層厚度、傾角；煤層單軸抗壓強度；巷道埋深；地質構造；水文地質；煤柱寬度、幾何形狀及尺寸。第80頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三3）圍巖類別的判定。第81頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三（二）錨桿支護初始設計在巷道圍巖地質力學評估的基礎上，以數值模擬為主，輔以工程類比和理論計算。考慮到的因素：（1）巷道布置方向；（2）煤柱尺寸； （3）鉆孔直徑； （4）錨固形式； （5）錨桿直徑；（6）錨桿強度；（7）錨桿長度；

27、（8）錨固劑型號（樹脂卷型號）；（9）錨桿間距0.61.4m；（10）錨桿排距0.61.2m；（11）托盤、鋼梁、護網；（12）錨索。第82頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三（1）巷道布置方向：范圍0-90夾角越小，受力越小，位移越小，巷道越穩定。（2）煤柱尺寸；無煤柱、小煤柱（35m）、中等煤柱、寬煤柱最小，小，大，原巖應力。（3）鉆孔直徑，43、33、28mm（4）錨固形式；全長錨固端頭錨固（5）錨桿直徑，16、18、20、22、24mm第83頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三（6）錨桿強度；圓鋼，螺紋鋼，高強錨桿，預應力（7）錨桿長度；

28、1.4、1.6、1.8、2.0、2.2、2.4、2.6m（8）錨固劑型號（樹脂卷型號），直徑：一般比鉆孔直徑小2-3mm。長度：按需要錨固的長度確定（9）錨桿間距：0.61.4m：0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.4第84頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三（10）錨桿排距：0.61.2m；I：；II：；III-V：0.6-1（11）托盤、鋼梁、護網（12）錨索，長度小于12m。 頂板破壞深度超過2.4m； 頂板層理、節理發育，且高水平主應力時； 巷道斷面較大，巷道寬度大于4m，且高度大于3m。第85頁，共139頁，2022年，5月20日，23

29、點49分，星期三方案優選原則：巷道圍巖變形量小，塑性區小，方案經濟便宜。第86頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三（三）初始選定方案的巷道穩定性系統校核兩幫穩定性頂板穩定性侯超炯，煤巷錨桿支護P3137第87頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三（四）現場施工工序：主要工序：打錨桿眼、攪拌樹脂藥卷、上緊螺母；輔助工序：鋪網/噴射混凝土、安設鋼帶或鋼梁等待藥卷固化等。鉆孔錨桿鉆機。快速安裝鉆機上緊螺母。第88頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三（五）現場監測監測內容：（1）巷道表面位移；（2）巷道圍巖深部位移；（3）全長錨固錨

30、桿的受力分布；（4）端部錨桿的荷載大小；（5）錨桿錨固區內、外離層值。第89頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三（六）信息反饋與修改根據監測結果及時對初始設計分析；錨桿支護效果好，按初始方案施工；效果不好，修改設計施工監測信息反饋錨桿支護效果好.第90頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三第五節 錨桿支護設計實例一、小松動圈設計實例二、按懸吊作用計算錨桿支護實例三、大松動圈支護設計實例四、錨桿桁架支護設計實例第91頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三一、小松動圈設計實例 雞西礦務局東海煤礦 (一)工程概況東海礦二水平暗斜井，

31、埋深208m，巷道全長912m。該暗斜井斷面為半圓拱型，巷道跨度為3.4m，掘進斷面9.05m 2。巷道穿過巖石為砂巖、砂頁巖和中砂巖，巖石的平均單軸抗壓強度為42.41MPa。原設計依據傳統工程類比法確定錨噴支護，錨桿為1.6m長的管縫式錨桿，間排距為0.8m0.8m，噴厚為120mm。第92頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三一、小松動圈設計實例(二)支護參數設計在同類巷道(同水平、同巖性)中實測圍巖松動圈厚度值Lp3640cm，為小松動圈圍巖，依據圍巖松動圈巷道支護理論采用單一噴射混凝土支護。噴射混凝土支護厚度設計按上述兩種可能破壞方式進行計算，按上述公式進行計算

32、取其大者，其噴射混凝土支護厚度按防讓圍巖風化確定為100mm。第93頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三第94頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三噴射混凝土厚度計算采用噴射混凝土支護危石時，噴層厚度太薄會產生圖4-14(b)所示的“沖切型”破壞，噴層與巖面問的粘結力太小會出現圖4-14(c)所示的“撕開型”破壞。因此，噴層的厚度可按以下方法確定：（一）按“沖切型”破壞驗算噴層厚度式中 b噴層厚度，m； G危石重量，一般由工程調查確定，N； S危石與噴射混凝土接觸面的周長，m； Rg噴射混凝土的抗剪計算強度，由施工破壞驗算噴層，一般可取Rs(4-6

33、)105Pa第95頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三噴射混凝土厚度計算（二）按“撕開型”破壞驗算噴層厚度式中 b噴層厚度，m； G危石重量，一般由工程調查確定，N； K0巖體抗拉彈性抗力系數，Pa； E噴射混凝土的彈性模量，Pa； S危石與噴射混凝土接觸面的周長，m； Rn設計噴射混凝上的粘結強度、由試驗確定，一般可取0.2MPa。 當按照上述公式計算出噴射混凝土的厚度小于50mm時，則為滿足防止圍巖風化的要求，對于噴射混凝土一般噴厚應大于50mm，考慮到地下工程的特殊性一般采用噴層厚度為80100mm。第96頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期

34、三一、小松動圈設計實例(三)支護效果該暗斜井1986年施工，使用期間完好，由于按小松動圈圍巖支護，取消了原來的錨桿支護，同時降低了噴層厚度。據統計，僅節約錨桿支護一項，就使巷道成本降低了13，按當時價格計算每米節約191元，支護工作量減少了55，每百米巷道節省了1.9l萬元。第97頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三二、綜放順槽錨桿支護設計實例南屯煤礦13104綜放工作面位于一采區中上部。煤層厚度46.7m，平均5.46m，賦存穩定；直接頂為淺灰色粉砂巖，厚度35m，泥質膠結；老頂為灰色中砂巖，厚度68m；直接底為灰黑色粉砂巖，厚度2.97.6m；順槽走向長度1032m

35、。第98頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三綜放順槽錨桿支護設計實例 (一)圍巖松動圈測試實測3上煤層開采前靜態松動圈Lp01.01.1m，采動影響期間的最大松動圈Lpd1.81.9m。根據圍巖松動圈分類表，采前的3上號煤層松動圈III類一般圍巖，采動影響期間為IV類一般不穩定圍巖。根據松動圈支護理論采動巷道支護設計思想，該順槽以采動影響之前的靜態松動圈Lp1.01.1m為依據進行支護設計。第99頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三綜放順槽錨桿支護設計實例(二)錨桿支護參數設計1斷面形狀 根據南屯煤礦綜放工作面回采工藝和設備布置要求，寬度4.2m

36、、高3.6m，凈斷面11.6m2。 2錨桿類型選擇 南屯煤礦13104綜放順槽錨桿支護實踐表明，工作面一側的金屬錨桿在工作面回采時可方便地取出，對采煤機回采工藝幾乎無影響。在順槽中使用金屬錨桿與竹木錨桿相比，錨固力大民錨固可靠。 因此，13l 04下順槽錨網支護使用快硬水泥金屬錨桿桿體直徑16mm，為保證煤層中錨固的可靠性，錨桿錨固長度500mm。第100頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三綜放順槽錨桿支護設計實例 (二)錨桿支護參數設計 3錨桿長度、間排距 按新概念的懸吊理論確定錨桿長度： L=Lp0 + 0.5m(錨固長度) + 0.1m(外露長度) = 1.1+0

37、.5+0.1=1.7m 當頂板煤層厚度與按懸吊所能確定的錨桿長度相當時，如巷道上方頂煤厚度，此時應根據錨固層壓力拱觀點確定錨桿支護參數。 間排距：取頂板間距0.7m、兩幫間距0.90m；排距0.80m。第101頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三綜放順槽錨桿支護設計實例 (二)錨桿支護參數設計 4金屬網、鋼帶 金屬網選用10號鐵絲編織的經緯網，防止煤塊掉落。 鋼帶類型日前主要有兩種類型：一是用鋼板制成的板式，二是用鋼筋焊成的梯子式。前者強度大，承載能力強，后者重且輕，加工安裝較為方便，考慮該巷道圍巖穩定性較好，選用鋼筋梯子式鋼帶類型。 錨桿布置如圖7-10所示。頂板角部

38、錨桿必須外斜至兩幫上方，以防發生切頂破壞。第102頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三第103頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三綜放順槽錨桿支護設計實例(二) 錨桿支護參數設計5. 礦壓觀測掘進期間，進行了錨桿錨固力、松動圈、圍巖變形及托盤受力觀測。觀測表明，錨桿錨固可靠，錨固力達到4t以上；實測松動圈數值與預測值相同；掘進期間觀測兩個月的圍巖變形員僅46mm(因測點在掘進2d之后于掘進機后面安設，事實上變形量應較觀測數值大)，說明在該圍巖條件下“支護圍巖”處于穩定狀態，滿足順槽在采動之前的使用要求，達到了以Lp0為基準的設計目標。第104頁，

39、共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三 采動影響期間，超前工作面2030m架設單體液壓支柱加強支護，觀測到變形增加量20mm小于同等條件下礦用工字鋼架棚支護的變形量4050mm。第105頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三按懸吊作用時計算（不知松動圈深度時）直接頂粉砂巖單軸抗壓強度為30MPa。L2=1.1m時，a = 0.98 m第106頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三三、大松動圈巷道支護淮南潘三煤礦大松動圈復合型軟巖工程實例(一)工程概況西二采區運輸石門，巷道埋深252m，試驗巷道巖性為粘土巖、砂質質粘土巖、細砂巖及煤線

40、。其中粘土巖占50，砂質粘土巖占38，細砂巖及煤線占12。粘土巖單軸抗壓強度15MPa，巖塊浸水213h后用手指輕捏即成碎塊；砂質粘土強度17.23MPa，巖塊浸水27h用手輕碰崩解成碎塊，碎塊用手搓捻成泥，遇水膨脹性極明顯。第107頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三三、大松動圈巷道支護淮南潘三煤礦大松動圈復合型軟巖工程實例(一)工程概況試驗段巷道長度為100m，巷道斷面21.5m 2，三號交岔點斷面為21.545.0m，最大跨度為9.54m。該巷道原設計為普通錨噴支護與U型鋼聯合支護，錨桿支護參數：直徑為16mm，長度為1.6m的快硬水泥錨桿，間排距為0.7m0.7

41、m，噴射混凝土厚度為100mm；拱形25U型鋼可縮金屬支架設計為2架m，支護成本較高。第108頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三 （二）試驗巷道支護參數設計1. 圍巖松動圈的測定 ，V類圍巖。2. 支護參數的確定(1)支護形式與斷面形狀的選擇：以錨桿為主體構件的錨噴網支護形成的組合拱，具方較高的承載能力和很好的可縮性，能及時封閉同巖進行全方位支護，能夠滿足軟巖支護的要求。因此試驗巷道采用錨噴網支護方式，又由于軟巖松動圈厚度值較大，故決定采用缺圓拱形巷道斷面。第109頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三 （二）試驗巷道支護參數設計2. 支護參數的

42、確定(1)支護形式與斷面形狀的選擇。(2)支護參數的計算：錨桿是支護的主要構件，根據巷道服務年限長，支護對象是V類較軟圍巖，選用該礦現用的管縫式錨桿。錨稈布置用組合拱理論計算確定，選取間排距為0.5m，組合拱厚度為1.2m，則錨桿長度為1.8m。第110頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三錨桿沿巷道全斷面封閉布置，以形成封閉組合拱，詳見圖6-5。噴層與鋼筋網只起局部支護作用。噴射混凝土主要用于封閉圍巖表層，防止圍巖風化與潮解；鋼筋網可提高噴層抗彎和抗大變形的能力。根據大松動圈較軟圍巖地壓大、錨噴變形大、圍巖應力調整期長的特點，錨噴網支護必須采用二次復噴支護的方法。第11

43、1頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三第112頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三二次復噴支護噴層總厚為120mm，共分三次噴射。為了鉆鑿頂部錨桿孔的施工安全，開巷后立即噴30mm混凝土，然后在初噴面上打錨桿孔、掛網，網距初噴面不大于30mm，安設好錨桿后再噴50mm混凝土完成第一次支護；然后根據監測變形情況確定復噴時間后再復噴40mm，達到設計的永久支護噴厚120mm。第113頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三鋼筋選用直徑6.0mm圓鋼，點焊成1625mm1125mm的網片，網格為125mm125mm。(3)支護能力估

44、算：用拉麥公式計算組合拱的支護強度，與29U型鋼可縮支護對比，相對安全系數為2.8。經驗算組合拱支護能力大大超過29U型鋼支架的支護能力。(4)試驗巷道斷面施工圖如圖6-5所示。第114頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三拉麥公式：式中，Q2為錨固體強度，取14 MPa; R為巷道凈斷面半徑，為2.9 m; b為組合拱厚度，1.2 m 。P=3.50MPat取0.5 m的組合拱承載能力P0.5用下式計算P0.5=2RPt = 31.87 KN與U型鋼支架對比的相對安全系數nP為29U型鋼全封閉可縮性支架在巷道軸向長度0.5 m的承受能力，為11.26kN。可知，采用錨網

45、噴聯合支護結構的承載能力是29U型鋼支架承載能力的2.8倍，所以這種支護方式在技術上是可行的。第115頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三(5)支護施工的工藝順序：光面爆破清除浮巖沖洗巖面初噴(20mm) 打錨稈 鋪鋼筋網安錨桿、壓網復噴(50mm)完成第一次支護，埋點進行巷道變形的觀測。通過收斂變形觀測和松動圈的測試確定，巷道在3個月后變形基本趨于穩定，巷道只局部有噴層裂隙發生，符合預設支護的要求，放在3個月后對局部損壞地點進行第二次復噴到設計厚度。第116頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三(三)施工質量監測施工中及施工后多次抽測錨桿的錨固力

46、和噴層強度，采用錨桿拉力計抽測的結果表明錨桿的鋪固力均達40kN以上，符合質量要求。采用PQT-1型噴混凝土強度檢測儀檢測噴混凝土的強度高于C15，施工質量達到設計要求。第117頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三第118頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三(四)收斂變形觀測及二次支護時間的確定收斂變形監測均在巷道掘出后兩天內安裝，并開始觀測。變形的測試結果如圖6-6。由圖6-6可以看出，試驗巷逐步趨于穩定，巷道頂板圍巖應力調整期約為90d，即二次支護應在90d后進行。圖6-6曲線表明底板圍巖在180d左右才能穩定下來。底板圍巖應力調整期長的原因

47、：一是施工時有水長期浸泡，圍巖強度降低，巖石遇水膨脹；二是底板為平底，受力條件較差，因而底鼓變形量較大，變形速度下降遲緩。這說明軟巖巷道施工應充分重視對巷道積水的處理，對底板采用管縫式錨桿、必須對錨桿中空實施灌注水泥砂漿。第119頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三(五)技術經濟效益 試驗段巷道原設計采用錨噴加U型鋼棚聯合支擴，單位工程造價達11048元m，工業件試驗采用鉗噴網支護，單位工程造價7257元m；降低工程成本3791元m，降低約34.3，節約鋼材1.4tm。不僅如此，原支護形式施工巷道平均速度為5060m月，而錨噴網支護平均月成巷速度120m月，成巷速度提高

48、100以上，降低了工人的勞動強度，提高來安全性。第120頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三四、錨桿桁架支護設計實例（一）工程概況（二）桁架支護設計（三）支護效果第121頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三一、試驗巷道22514運輸順槽地質條件郭二莊煤礦二坑五采區皮帶坡北翼22514高檔普采工作面運輸巷。工作面走向長550m，傾斜長107m，埋深320m。該工作面位于邑城背斜中部，受擠壓作用形成一些隱狀正斷層。煤層柱狀見圖2-6-5。煤層厚平均1.4m，傾角14；煤質松軟，幫鼓、底鼓較嚴重。約0.3m厚炭質頁巖偽頂，含植物化石較多，松散易碎。直接

49、頂為復合結構，中間夾有煤線，平均厚度1.4m。老頂為中細砂巖，較堅硬，平均厚度約16.4m。直接底為砂質泥巖，厚約2.5m。煤層頂板屑弱含水層。試驗巷道圍巖穩定性類別見表2-6-6第122頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三第123頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三N直接頂厚度和采高的比值；巷道圍巖類別：IIIX護巷煤柱的寬度，m；H埋深，m；D頂板完整性系數，以直接頂垮落步距表示，m。第124頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三二、錨桿桁架支護設計巷道斷面形狀為斜矩形，中高2100mm，寬3000mm，掘進斷面6.3m2。錨桿桁架布置見圖2-6-6。頂板選用樹脂錨固劑金屬桿體錨桿，兩幫選用竹錨桿。第125頁，共139頁，2022年，5月20日，23點49分，星期三第126頁，共139頁，2