锚杆支护理论计算方法

1、1 锚杆支护参数的确定 一、锚杆长度 L L 壬1+L+L2+L+L3 =0.1+1.5+0.3=1.9m 式中： L L 锚杆总长度，m; L1锚杆外露长度（包括钢带+托板+螺母厚度），取0.1m; L2L2锚杆有效长度或软弱岩层厚度，m; L3L3锚入岩（煤）层内深度（锚固长度），按经验 L3L3 300mm。 （一）锚杆外露长度L1 L1=（0.10.15）m,钢带+托板+螺母厚度+（0.020.03） （二）锚入岩（煤）层内深度（锚固长度）L3 1. 经验取值法 在锚杆喷射混凝土支护技术规范GBJ86-85“第三节锚杆支护设计”中、铿.3.3条第四款规定： 第 3.3.33.3.3 条

2、端头锚固型锚杆的设计应遵守下列规定： 一、杆体材料宜用20锭硅钢筋或3号钢钢筋； 二、杆体直径按表3.3.3选用； 三、树脂锚固剂的固化时间不应大于10分钟，快硬水泥的终凝时间不应大于12分钟； 2 四、树脂锚杆锚头的锚固长度宜为200250毫米，快硬水泥卷锚杆锚头的锚固长度 宜为300400毫米; 五、托板可用3号钢,厚度不宜小于6毫米,尺寸不宜小于150X150毫米； 六、锚头的设计锚固力不应低于50千牛顿； 七、服务年限大于5年的工程，应在杆体与孔壁间注满水泥砂浆。 一般取300mm400mm 2. 理论估算法 在锚杆喷射混凝土支护技术规范GBJ86-85“第三节锚杆支 护设计”中规定:

3、 第3.3.11条局部锚杆或锚索应锚入稳定岩体。水泥砂浆锚杆 或预应力锚索的水泥砂浆胶结式内锚头锚入稳定岩体的长度满足下列公式: 公式（3.3.11-1）、（3.3.11-2）见图形所示。 d2锚杆孔直径（cm）;，应同时 l2-kdft 4fcs (3.3.11-1) lklk- -d d 4d4d2f fcr (3.3.11-2) 式中la 锚杆杆体或锚索体锚入稳定岩体的长度（cm）; d1 锚杆钢筋直径走私或锚索体直径（cm）; 3 fst锚杆钢筋或锚索体的设计抗拉强度（N/cm2）; fcs水泥砂浆与钢筋或水泥砂浆与锚索的设计粘结强度 （N/cm2）;圆钢为2.5MPa，螺纹钢为5MP

4、a。 fcr水泥砂浆与孔壁岩石的设计粘结强度（N/cm2）；砂浆与石灰岩粘结强度为2.5MPa，砂浆与粘土岩粘结强度为1.8MPa, K安全系数，取1.2。 （三）锚杆有效长度或软弱岩层厚度L2 1. 根据“悬吊理论”确定2 L2=KH 式中：K-安全系数，一般取2; H-软弱岩层厚度，m; 2. 根据“普氏白然平衡供理论”确定L2 顶板锚杆有效长度L2顶 R_ 当f与时，L2顶=b=K-1 2f 旦Htan45- 当fv3时，L2顶=b1=:-2 f顶 式中：K-安全系数，一般取1.52; b或b1-（普氏免压拱高）围岩松动圈冒落高度，m; B-巷道开掘宽度，此处取B=5.3m; f-巷道顶

5、板的岩石普氏坚固性系数，（煤取2.5）; H-巷道掘进高度，取3.3m; 4 f顶顶板岩石普氏系数；（煤取2.5）; -两帮围岩的似内摩擦角，取&页反算; =arctan=arctan（f顶）=arctan（2.5）=68.2 帮锚杆有效长度L2帮的确定 |_2帮=c=Htan45一竺i-3 I2） =0.64m 或 =1.27m 式中：c-帮破碎深度（m）; H-巷道掘进高度，取3.3m; 您-两帮围岩的内摩擦角，取40 ; :=arctan（f） B-巷道开掘宽度，5.3m; f岩石普氏系数；（煤取2.5）; 将以上LI、L2、L3的值代入式得： L顶LI+L2顶+L3 L帮LI+

6、L2帮+L3 3. 根据“组合拱理论”计算2 组合拱理论设计锚杆的支护参数，一般适用于围岩破碎，巷道断面 为拱顶的巷道 L2帮= B-1 B1 -4 5 I、两帮煤体受挤压深度C 八，KHB C=(cos-1)htan(45-) 1000fcKc22 =(2.8X24X100X1/(1000X2.5X1)Cos1.5-1) 冷.3xtan(45-68.2/2) =2.05（m） 式中：K白然平衡拱角应力集中系数，与巷道断面形状有 关；矩形断面，取2.8 r-上覆岩层平均容重（KN/m3）,取24KN/m3; H-巷道埋深（m）,取100m; B-固定支撑力压力系数，按实体煤取1; fc-煤层普

7、氏系数，取2.5; Kc-煤体完整性系数（取0.9-1.0），取1; a-煤层倾角，取3； h-巷道掘进高度m,取3.3m; 甲-煤体内摩擦角，可按fc反算，取68.2 =arctanf顶 =arctan(2.5)=68.2 n、潜在冒落高度b b=(：C)COSC(2 Kyfy =(2.65+1.26)cos3/(0.45冷)=2.89(m) 6 式中：a顶板有效跨度之半（m）,取2.65m; C两帮煤体受挤压深度(m),由式计算得1.05m; Ky直接顶煤岩类型性系数；取0.45 当岩石f=3-4时，取0.45; f=4-6时，取0.6; f=6-9时，取0.75; Fy直接顶普氏系数，取

8、3; a煤层倾角，取5； m、两煤帮侧压值Qs a即 Qs=KnC，煤h*sin。+bcosxtan(45；) =2.8冷X1.26X133.3冷in3+2.89xcos1.5 xtg(45-68.2/2) =185(kN/m2) 式中：K K-白然平衡拱角应力集中系数，与巷道断面形状有 关；矩形断面，取2.8; n n-采动影响系数(取2-5)，取3 C C-两帮煤体受挤压深度(m),由式计算得1.26m; r r 煤-煤体容重(KN/m3),取24KN/m3； h h-巷道掘进高度m,取3.3m; a a-煤层倾角，取3; b b-潜在冒落高度，由式计算得2.89m; 中-煤体内摩擦角，可

9、按fc反算得68.2 7 1 1- -2帮=C=C L L2顶=b=b 将以上Li、L2、L3的值代入式得: L L顶壬1+L+L2顶+L+L3 L L帮壬1+L+L2帮+L+L3 4. 根据“组合梁原理”计算2 组合梁理论只适合层状顶板锚杆支护的设计，对于巷道的帮、底不适用，组合梁厚度越大，梁的最大应变值越小。组合梁充分考虑了锚杆对离层和滑动的约束作用，原理上对锚杆作用分析的比较全面，但是它存在以下明显缺点。 a.组合梁有效组合厚度很难确定。b.没有考虑水平应力对组合梁 强度、稳定性及锚杆荷载的作用。其实，在水平应力较大的巷道中,水平应力是顶板破坏、失稳的主要原因 L2F.935B匚 式中：

10、K1K1-与施工方法有关的安全系数。掘进机掘进2-3; 爆破法掘进3-5;巷道受动压影响5-6 P P-组合梁白重均布载荷(MPa),取0.06MPa; 中-与组合梁层数有关的系数 组合层数：123习 值：1.00.750.70.65 B-巷道跨度(m),取5.3m; 招-最上一层岩层抗拉计算强度（MPa）,可取试验强 8 度的0.3-0.4倍，（没有参数）？ oX-原岩水平应力 9 二x=H=H 1-: ox=Nz=0.4X24X10-9X100X103 =0.000960MPa 式中：侧压力系数，一般为0.25-0.4, v上覆岩层平均容重，取24KN/m3; Z巷道埋深（m）,取100m

11、; 将以上LI、L2、L3的值代入式得： LLI+L2+L3 5. 按经验公式计算锚杆长度L（加固拱理论） L=NL=N（1.1+B/101.1+B/10） =1.03.5 55 2.0 0.17， 0.2 2500 -2700 II 1.53.5 4555 L02.0 0.2 F.25 2500- -2700 in 。,6L5 3545 0,51.0 0.25- -030 2300- 2500 IV 0J0后 3035 00.5 0.30- -035 2200- -2400 V 0.050.1 2030 0.030.1 0.35- -0.45 2000- -2300 围岩结构面的粘结力和内摩

12、擦系数表3.1.7-2 结构面分级 结构面类型 结构面特征 摩擦系数 粘结力（兆帕） 1 般结构面 结构商不贯通,起伏粗糙,无充填物 0.6 0.1 2 -般结构而 结构面贯近性差，起伏平滑，部分有充填物质 0.045l -0.6 0.06 0.1 3 一般结构 面 结构面贯通性较差，碎屑充填厚度小于起起伏差 0.35 0.45 0.03 0.。6 4 一般结构 面 平直，有薄层粘性夹泥 0.25 0.35 0- 0.02 5 一般结构面 结构面贯通性好，平直光滑，有粘性夹泥，夹泥较厚，呈塑流性状 0.17 0,25 0 第3.3.8条设计局部锚杆时，拱腰以上的锚杆对危石的抗力 可按下列公式验

13、算水泥砂浆锚杆 KGnAsfst(3.3.8-1) 预应力锚索或预应力锚杆 KG由P(3.3.8-2) 或KG勺Ay-con(3.3.8-3) 18 式中G锚杆或锚索承受的危石重量（牛顿）； As单根锚杆杆体的截面积（厘米2）; Ay单根预应力锚索或预应力锚杆杆体截面积（厘米2） n锚杆、预应力锚索或预应力锚杆的根数； fst水泥砂浆锚杆钢筋设计抗拉强度（牛顿/厘米2）; P单根预应力锚索或预应力锚杆的预张拉力值（牛顿）; ocon预应力锚索或预应力锚杆张拉控制应力（牛顿/厘米）; K安全系数,取2。 第3.3.9条拱腰以下及边墙局部锚杆的抗力可按下列公式验 算： 水泥砂浆锚杆 KG1MG2+

14、nAsfsv+CA（3.3.9-1） 预应力锚索或预应力锚杆 KG11818& & 注1 1：在（舞士1 1）1010环境温度条件下德定*注2,2,挽拌应在蜥固剂凝胶之前完成。 5技术要求 5.1 原材料 锚固剂所用原材料应符合有关国家标准和行业标准要求。 5.2 外观 树脂锚固剂应装填饱满，质地柔软，颜色均匀，树脂胶泥不分层 沉淀，封口严密，无渗漏，各型号锚固剂的标识应符合表1的规定 5.3 直径、长度偏差 锚固剂直径偏差为0.5mm;长度偏差为10mm 5.4树脂胶泥稠度 定; P压力表读数（MPa）; S锚杆拉力计千斤顶活塞面积（ mm2）。 MT 中华人民共和国煤炭行业

15、标准 MT146.12002 25 环境温度为（22土）C时，不小于16mm。 5.5 凝胶时间 应符合表1的规定。 5.6 抗压强度 环境温度为（22土）C、龄期24h条件下，用于端锚的锚固剂其抗压强度应不小于60MPa,用于全锚的锚固剂其抗压强度应不小于40MPa。 5.7 锚固力 应符合表3的规定 MT146.12002 表3锚固力规定值kN 类型 CKa CK K Z M 龄期/min 3 10 15 30 螺纹钢杆体 OSA 335MPa （|） 22mm 125 （|） 20mm 105 （|） 18mm 85 （|） 16mm 75 圆钢杆体 OS涔35MPa （|） 22mm

16、90 （|） 20mm 70 （|） 18mm 60 （|） 16mm 50 5.8有效期 5.8.1 环境温度为2025C室内存放时，不小于3个月 5.8.2 80C热稳定性试验，不小于16h。 26 58 抗拔力 锚固长度 125mm,模拟孔直径 2 号 mm,配套杆体为直径 20mtn、屈服强度 500MPa 的无纵肋螺纹钢样体,嶙期 2h 条件下，抗搓方应不小于 100kN。 5.9 锚固力 在表 3 燃定的龄期，锚固力应不小于与之配套杆体规定屈服力的 E 倍 表 3 规定龄期单位为分钟 类型 g g CKbCKb K K z 规定龄期 b 10 15 3D 煤矿锚杆支护技术规范（新）

17、 ICS73.100.10 D97 备案号：269212010MT 2009- 12-11发布 2010- 07-01实施 中华人民共和国煤炭行业标准 MT/T11042009 煤巷锚杆支护技术规范 Technicalspecificationsforboltsupportingincoalroadway 国家安全生产监督管理总局发布 4.3.1一般要求 设计选用的煤巷锚杆支护材料应符合国家标准和相关行业标准，并具 有产品合格证。锚杆（锚索）杆体及其附件、其它组合构件等的力学性能应相互匹配。 27 4.3.2锚杆、托板、螺母 4.3.2.1金属杆体、托板、螺母应符合MT146.22002的规定。 4.3.2.2树脂锚杆玻璃纤维增强塑料杆体应符合有关标准