锚杆支护理论计算方法.doc

锚杆支护参数的确定锚杆长度L》Ll + L2+L3 ①=0.1+1.5+0.3=1.9m式中：L —锚杆总长度，mL1 --—锚杆外露长度（包括钢带+托板+螺母厚度），取0.1m;L2 --―锚杆有效长度或软弱岩层厚度，mL3—锚入岩（煤）层内深度（锚固长度），按经验L3> 300mm（一） 锚杆外露长度L1L1=（0.1〜0.15）m ,［钢带+托板+螺母厚度+ （0.02〜0.03 ）］（二） 锚入岩（煤）层内深度（锚固长度儿31. 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、第3.3.3条第四款规定：第333条 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锰硅钢筋或3号钢钢筋；二、 杆体直径按表333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；四、 树脂锚杆锚头的锚固长度宜为200-250毫米,快硬水泥卷锚 杆锚头的锚固长度宜为300〜400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 300mn〜400mm2. 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: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，应同时满足下列公式:公式(3.3.11 -1)、（3.3.11-2）见图形所示d1 fstl2 k4fcs(3.3.11 -1)(3.3.11 -2)st锚杆钢筋或锚索体的设计抗拉强度（N/cm）；3 4d2 fcr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；d2—锚杆孔直径（cm；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5MPafcr ――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1.8MPaK――安全系数，取1.2三）锚杆有效长度或软弱岩层厚度 L21. 根据“悬吊理论”确定 L2L2=KH式中：K ---安全系数，一般取2；h ---软弱岩层厚度，m2. 根据“普氏自然平衡供理论”确定 L2顶板锚杆有效长度L2顶当f > 3时，L2顶b K旦 ②-12 fBH tan 45当f V 3时，L2顶b1 - ②f顶-2式中：K ---安全系数，一般取1.5〜2;b或b1 ---（普氏免压拱高）围岩松动圈冒落高度，mB ---巷道开掘宽度，此处取B=5.3mf --- 巷道顶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;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 加反算；arctan（ f顶）二 arctan（2.5）=68.2②-3帮锚杆有效长度L2帮的确定L2帮 c H tan 45=0.64 m或L?帮需B 1 ②-4B 1=1.27 m式中：c ---帮破碎深度（m ；H ---巷道掘进高度，取3.3m;-两帮围岩的内摩擦角，取40°;arctan（f ）B — f ---巷道开掘宽度，5.3m;岩石普氏系数；（煤取2.5）;将以上L1、L2、L3的值代入①式得：L顶》L1+L2顶+LsL帮》L1+L2帮+L33. 根据“组合拱理论”计算 L2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I、两帮煤体受挤压深度CK hbC （ cos 匚 1） h ta n（45 -） ①1000 fcKc 2 2=(2.8 X 24x 100X 1/(1000 X 2.5 X 1) x Cos1.5 -1)X 3.3 x tan(45 -68.2 /2)=2.05(m)式中：K——自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2.8r ---上覆岩层平均容重(KN/m3)，取24KN/m；H --- 巷道埋深(m),取100mB ---固定支撑力压力系数，按实体煤取1；fc ---煤层普氏系数，取2.5 ；Kc ---煤体完整性系数(取0.9-1.0)，取1；---煤层倾角，取3°；h ---巷道掘进高度m取3.3m；---煤体内摩擦角，可按fc反算，取68.2 ° ；arcta n f顶=arcta n(2.5)=68.2 °H、潜在冒落高度bu (a C)(、b — cos() ②Ky fy=(2.65+1.26) X cos3 ° /(0.45 X 3)=2.89(m)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①式计算得1.05m;怡一一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3;――煤层倾角，取5° ;皿、两煤帮侧压值QsQs KnC 煤[h sin b cos^ tan(45 —)] ③=2.8 x 3X 1.26 x 13X [3.3 x sin3 ° +2.89 x cos1.5 °x tg(45-68.2/2)]=185(kN/m2)式中：K ---自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 --- 采动影响系数(取2-5)，取3C --- 两帮煤体受挤压深度(m),由①式计算得1.26 mr 煤--- 煤体容重(KN/m3),取 24 KN/m3;h --- 巷道掘进高度m取3.3 ma --- 煤层倾角，取3°;b ---潜在冒落高度，由②式计算得2.89 m---煤体内摩擦角，可按fc反算得68.2 °L_2 帮=CL2 顶=b将以上L1、L2、L3的值代入①式得：Li，L1 + L2 顶+L3L帮》L1+L2帮+L34. 根据“组合梁原理”计算 L2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L2 1.935B式中:K1--- 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5-6P ---组合梁自重均布载荷（MPa）,取0.06MPa;与组合梁层数有关的系数组合层数：1 2 3值：1.0 0.75 0.7 0.65B --- 巷道跨度（m）,取5.3m;（T1 ---最上一层岩层抗拉计算强度（MPa），可取试验强度的0.3-0.4倍，（没有参数）？（T X --- 原岩水平应力x H H1(T x二入 rz =0.4 X 24 X 10-9 x 100X 103=0.000960MPa式中：入一侧压力系数，一般为0.25-0.4,3 ――上覆岩层平均容重，取 24KN/m;Z—巷道埋深(m),取100m将以上L1、L2、L3的值代入①式得：L》L1+L2+L35. 按经验公式计算锚杆长度 L(加固拱理论)L = N (1.1+B/10 ) ①=1.0 X (1.1+ 5.3/10)=1.63 (m ;式中：l—锚杆长度(m ；N—围岩稳定影响系数，V类围岩取系数1.2 ;B—巷道跨度(m),取5.3m。

二、锚杆间、排距(一)经验公式根据《锚杆喷射混凝土支护技术规范》 GBJ86- 85规定：第3.3.7条 系统锚杆的布置应遵守下列规定:一、 在隧洞横断面上，锚杆应与岩体主结构面成较大角度布置；当主结构面不明显时,可与隧洞周边轮廓垂直布置；二、 在岩面上，锚杆宜成菱形排列；三、 锚杆间距不宜大于锚杆长度的二分之一 ；IV>V类围岩中的锚杆间距宜为0.5〜1.0米并不得大于1.25米D<1/2L ①D< 0.5 x 2200=1100mm(二)根据锚杆支护的原理计算锚杆间 /排距1. 根据“悬吊理论”计算锚杆间、排距2. 锚杆间距D<1/2L锚杆排距当复合顶板厚度小于1.15 m,即在巷道上方1.15m范围内有关键 层存在条件下，关键层下面复合顶岩层可悬吊在稳定的关键层岩层 上，支护设计按悬吊理论计算，且不需锚索补强(4)锚杆的有效长度 L2大于或等于关键层下位复合顶板厚度，锚杆的间排距则有：排距，mKb或D °.泌QKL2Q —锚杆设计锚固力，105 KN/根K —安全系数，一般取1.5〜2;L2—软弱岩层厚度或冒落拱高度b,取 m ;H —软弱岩层厚度或冒落拱高度b,取 m ;h 2B式中B——巷道开挖宽度,岩石坚固性系数，取3。

Y —被悬吊岩石的容重，取24 KN/m3;d — 锚杆最小直径，mm3. 根据“组合拱理论”计算锚杆间、排距（顶）锚杆间排距L Nn Nn0 2k aL2 2k ab式中：Lo --- 锚杆间、排距，mN --- 锚杆设计锚固力，105 KN/根n ---每排锚杆根数，根；K --- 安全系数，一般取2〜3;Y --- 被悬吊岩石的容重，取 24KN/m；a --- 1/2 巷道掘进宽度，mL2 ---锚杆有效长度（顶锚杆取b冒落拱高度），取1.31 m（帮）锚杆间排距NhKQsLo式中：D --- 锚杆间、排距，mN --- 锚杆设计锚固力，105 KN/根h --- 巷道掘进高度，mK --- 安全系数，一般取2〜3;Y --- 被悬吊岩石的容重，取 24KN/m；a --- 1/2 巷道掘进宽度，mLo ---帮锚杆排拒（同顶锚杆排拒），取m;4. 根据“组合梁原理”计算锚杆间、排距D 1.63mi―12KP式中：D --- 锚杆间、排距，mm --- 最上一层岩石厚度， m ；（T i ---最上一层岩石抗拉强度（MPa），可取实验强度的0.3 〜0.4 倍；K --- 安全系数，一般取2〜3;P --- 本层自重均布载荷，P=mX rIMPar1 --- 最下面一层岩层的容重，取 24kN/m；经计算选择锚杆间距X排距=900m加900mn符合要求。

三、锚杆直径《方法一》：经验公式110式中:d — 锚杆最小直径，mmL —锚杆长度，mm《方法二》：4Q 1.13t\Q④-23.44 03；0=0.018式中:d — 锚杆最小直径（mr）Q — 锚杆设计锚。