CN106567721A - 高预应力锚索桁架支护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明具体为一种高预应力锚索桁架支护方法，解决了高预应力桁架锚索缺乏科学的设计和施工方法的问题。高预应力锚索桁架支护方法，包括以下步骤，根据拱高d确定桁架锚索长度、根据煤帮不稳定宽度c确定巷帮锚杆长度、根据锚索在围岩内部的应力分布确定桁架锚索预紧力、根据锚杆直径和钻孔效率确定钻孔直径、根据钻孔直径确定树脂药卷直径，根据所能允许的巷道变形情况确定锚杆间距、根据锚杆排距的经验取值法确定锚杆排距。本发明具有复向施强力、锚固点内移、抗剪性能强、力连续传递性和形成大范围闭锁结构等特点，支护结构合理有效，且施工过程省时省力。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿井下的支护方法，具体为一种高预应力锚索桁架支护方法。
背景技术
高预应力桁架锚索系统的主要特点如下：桁架锚索施加的复向预应力和支护力有利于顶板煤岩体处于多向压应力状态，提高了煤岩体强度和抗变形破坏性能，从而使锚固区中性轴位置下移，降低煤巷顶板挠度并能有效控制巷道断面中部泥岩顶板的离层和破坏。桁架锚索长度大、抗剪性能强，斜穿过煤帮上方附近顶板最大剪应力区且作用范围大，能有效控制顶板剪切破坏。③桁架锚索系统钢绞线上的载荷能连续传递且能方便地施加很高的预拉力，对泥岩顶板的支护力沿整个桁架结构呈“凹槽形”路径大范围合理分布，软弱泥岩顶板受力状态好。桁架锚索系统锚固点位于巷道两肩窝深部不易破坏的三向受压岩体内，不易受巷道上方顶板离层和变形的影响，为发挥高锚固力提供了可靠稳固的承载基础。单体锚索的支护刚度大于锚杆的支护刚度，在顶板变形过程中，单体锚索所承受的载荷急剧上升且易拉断失效。桁架锚索系统锚固点能随顶板弯曲下沉出现适度水平内移，联合控制系统的刚度匹配良好，桁架锚索受力合理增加且形成的闭锁结构可以防止顶板恶性变形和冒顶事故。但是现有高预应力桁架锚索系统缺乏科学的设计和施工方法。
发明内容
本发明为了解决高预应力桁架锚索缺乏科学的设计和施工方法的问题，提供了一种高预应力锚索桁架支护方法。
本发明是采用如下技术方案实现的：高预应力锚索桁架支护方法，包括以下步骤，
（1）根据拱高d确定桁架锚索长度，
，
，
，
，
其中，a为巷道宽度的一半；h为巷道高度；θ为三角块剪切滑移面与煤帮之间的夹角；φ为围岩内摩擦角；λ为侧压系数；
（2）根据煤帮不稳定宽度c确定巷帮锚杆长度，
，
（3）根据锚索在围岩内部的应力分布确定桁架锚索预紧力为120KN；
（4）根据锚杆直径和钻孔效率确定钻孔直径，在锚杆直径为16～22mm的条件下，钻孔直径不应大于33mm；
（5）锚固形式采取端头锚固的树脂加长锚固形式；
（6）对顶板采用杆体直径为18mm左旋无纵筋螺纹钢，对两帮采用杆体直径为18mm左旋无纵筋螺纹钢，顶锚杆长度取2.0m，帮锚杆长度取2.0m；
（7）根据钻孔直径确定树脂药卷直径，树脂药卷直径比钻孔直径小3～5mm，根据锚固长度确定树脂药卷长度；
（8）根据所能允许的巷道变形情况确定顶锚杆间距为1000mm，帮锚杆间距为1200mm，根据锚杆排距的经验取值法确定顶锚杆排距为1000mm，帮锚杆排距1500mm；
钻孔直径过大可能造成锚杆不能有效地刺破锚固药卷，导致锚固力降低；钻孔时间过长，影响成巷速度；锚固系统需要较多的锚固剂，成本增加。全长锚固锚杆全长对围岩都有约束力，因而锚杆不会失效，可使顶板的整体性和安全性得到提高。全长锚固，锚杆沿钻孔的全部长度范围内围岩都受到约束，可限制离层现象的发生，保持顶板围岩的稳定性。但是全长锚固的锚固剂用量大增并使支护成本上升。锚杆越长，钻孔和锚杆本身的材料费用也越高，但从整个支护体系来看，锚杆长度不能过短，太短就使整个锚杆加固的锚固体的厚度太小，抗弯刚度较低，不利于系统的稳定，而且锚杆长度增加后还可能适当加大锚杆间、排距。增加锚杆根数总能降低巷道变形，但也不是锚杆数量越多越好，因为锚杆数量多了，技术上可行，经济上却不合理的，这会使成本增加，掘进速度降低。锚索在围岩内部的应力分布可利用FLAC模拟。直接用锚索搅拌树脂药卷进行锚固，安装工序十分简单，而且采用小孔径，因而施工速度大幅度提高，采用单体锚杆钻机就可以施工，设备少，而且显著降低了工人的劳动强度。
本发明的有益效果如下：本发明利用计算以及现场经验总结实现了高预应力锚索桁架支护设计和施工方法，高预应力锚索桁架主动支护系统因其具有复向施强力、锚固点内移、抗剪性能强、力连续传递性和形成大范围闭锁结构等特点，在大断面巷道、强采动影响、软弱顶板煤巷、高应力巷道、悬顶面积大等复杂地质生产条件的巷道具有特别优良的效果。
具体实施方式
高预应力锚索桁架支护方法，包括以下步骤，
（1）根据拱高d确定桁架锚索长度，
，
，
，
，，
其中，a为巷道宽度的一半；h为巷道高度；θ为三角块剪切滑移面与煤帮之间的夹角；φ为围岩内摩擦角；λ为侧压系数；
（2）根据煤帮不稳定宽度c确定巷帮锚杆长度，
，
（3）根据锚索在围岩内部的应力分布确定桁架锚索预紧力为120KN；
（4）根据锚杆直径和钻孔效率确定钻孔直径，在锚杆直径为16～22mm的条件下，钻孔直径不应大于33mm；
（5）锚固形式采取端头锚固的树脂加长锚固形式；
（6）对顶板采用杆体直径为18mm左旋无纵筋螺纹钢，对两帮采用杆体直径为18mm左旋无纵筋螺纹钢，顶锚杆长度取2.0m，帮锚杆长度取2.0m；
（7）根据钻孔直径确定树脂药卷直径，树脂药卷直径比钻孔直径小3～5mm，根据锚固长度确定树脂药卷长度；
（8）根据所能允许的巷道变形情况确定顶锚杆间距为1000mm，帮锚杆间距为1200mm，根据锚杆排距的经验取值法确定顶锚杆排距为1000mm，帮锚杆排距1500mm；
具体实施过程中，需要对巷道进行地应力测量，然后采用现场地质调查、锚杆拉拔力现场实测和实验室岩石力学测定的方法，对设计巷道围岩的地质力学参数和锚杆的锚固参数等作出估算。用数值计算分析和理论分析法研究锚杆支护机理，形成和优化初始的支护设计方案。结合工程类比法，进一步确定锚杆支护的现场施工参数。对现场实施支护方案过程中锚杆工作状态和巷道围岩稳定性进行监测，评判和修改设计，形成规范化的锚杆支护技术。
实施例1
某运输平巷支护方案：
（1）锚杆支护
顶锚杆为Φ18×2000mm左旋无纵筋螺纹钢高强锚杆，树脂锚固，每根锚杆使用三支锚固剂，一支快速MSCK23/30(红)树脂锚固剂，两支MSZKZ23/30(蓝)中速树脂药卷锚固，锚固长度为900mm。
锚杆角度：靠煤帮的顶板角锚杆与铅垂线的夹角为15～25°，其余顶板锚杆垂直顶板布置。
钢托板规格：110×110×10mm，中孔Φ23mm。
W型钢带：规格3500×220×3mm(长×宽×厚)。
锚杆布置：锚杆排距1000mm，每排布置4根锚杆，靠煤帮的锚杆间距为750mm，其余顶锚杆间距为1000mm。
（2）锚索支护
顶板采用桁架锚索和单体锚索联合支护，即桁架锚索与单体锚索交替布置，桁架锚索的排距为4m，在每两排桁架锚索之间打1根单体锚索，具体的布置采用“2-1-2”方式，即两排桁架锚索中间打上1根单体锚索。
①桁架锚索
采用Φ15.24mm、7丝高强度预应力钢绞线，锚索长度为6.3m，锚索眼深5m，钻孔直径28mm，树脂锚固，采用一支K23/60(红)快速和两支K23/60（蓝）中速树脂药卷，锚固长度为1800mm。桁架锚索系统的底部跨度为2.1m，锚索孔口距支护煤帮1.2m，锚索钻孔与铅垂线的夹角为20°。桁架锚索送入钻孔后，采用专用桁架锚索连接器连接完成并使用配套的锁具锁紧后，过1小时用张拉千斤顶张拉至额定预紧力120KN。
②单体锚索
采用Φ15.24mm、7股高强度预应力钢绞线，锚索眼深6m，锚索长度6.3m，钻孔直径28mm，树脂加长锚固，每根锚索使用三根药卷，一支快速K23/60(红)和两支K23/60(蓝)中速树脂药卷锚固，锚固长度为1800mm，采用与Φ15.24钢绞线相配套的锁具锁紧。单体锚索交替布置在两组桁架锚索中间，且位于巷道中间位置，每排一根。
钢托板规格：采用400×400×16mm（长×宽×厚）和110×110×10mm组合使用，中孔均为φ23mm。
2）巷帮支护
巷道煤帮采用锚杆、W型钢带托盘配合金属网组合支护。
锚杆形式、规格及锚固方式：Φ18×2000mm左旋无纵筋螺纹钢高强锚杆，树脂锚固，每根锚杆使用三支锚固剂，一支快速MSCK23/30(红)树脂锚固剂，两支MSZKZ23/30(蓝)中速树脂药卷锚固，锚固长度为900mm。
锚杆布置：帮锚杆呈三花布置，间排距为1.2m×1.5m（煤帮顶角锚杆距顶板0.1m，煤帮中部锚杆距顶板1.3m）。
钢托板：采用规格为450×280×5mm的W钢带托盘和110×110×10mm（长×宽×厚）的刚垫片组合使用。
金属网规格：采用菱形金属网片，网规格为3.7×1.7m（长×宽），网格为60×60mm。
遇见断层、围岩破碎带、地应力异常等情况，应采取矿方相应的复杂地质条件支护方案进行加强支护。
通过对该平巷围岩变形现场实测分析，得到上部工作面推进过程对轨道平巷采动影响较小；相邻工作面推进过程对轨道平巷的采动影响较大；高预应力锚索桁架支护方法对受采动影响的巷道围岩控制效果显著。
Claims (1)
1.高预应力锚索桁架支护方法，其特征在于：包括以下步骤，
（1）根据拱高d确定桁架锚索长度，
，
，
，
，
其中，a为巷道宽度的一半；h为巷道高度；θ为三角块剪切滑移面与煤帮之间的夹角；φ为围岩内摩擦角；λ为侧压系数；
（2）根据煤帮不稳定宽度c确定巷帮锚杆长度，
，
（3）根据锚索在围岩内部的应力分布确定桁架锚索预紧力为120KN；
（4）根据锚杆直径和钻孔效率确定钻孔直径，在锚杆直径为16～22mm的条件下，钻孔直径不应大于33mm；
（5）锚固形式采取端头锚固的树脂加长锚固形式；
（6）对顶板采用杆体直径为18mm左旋无纵筋螺纹钢，对两帮采用杆体直径为18mm左旋无纵筋螺纹钢，顶锚杆长度取2.0m，帮锚杆长度取2.0m；
（7）根据钻孔直径确定树脂药卷直径，树脂药卷直径比钻孔直径小3～5mm，根据锚固长度确定树脂药卷长度；
（8）根据所能允许的巷道变形情况确定顶锚杆间距为1000mm，帮锚杆间距为1200mm，根据锚杆排距的经验取值法确定顶锚杆排距为1000mm，帮锚杆排距1500mm。
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