一种强矿压巷道支护设计方法
【专利摘要】本发明公开了一种强矿压巷道支护设计方法，该设计方法适当增加锚杆长度以使其深入围岩塑性区范围内，取得更好的支护效果；适当减小锚索长度，可以有效提高支护效果，有利于减弱锚索所承受的应变能和系统动能，进而和锚杆形成较好匹配，减少断裂的趋势。长短结合，能有效地提高围岩的稳定程度，同时，锚索支护作为一种高承载力的支护手段，也能减轻巷旁压力。
【专利说明】一种强矿压巷道支护设计方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及【技术领域】为煤矿安全领域包括其他地下深部作业安全领域，具体涉及一种存在冲击地压危险巷道的支护设计方法。
【背景技术】
[0002]煤矿及其他金属矿巷道支护一般分为组合梁理论、冒落拱理论、组合拱理论和松动圈理论等。
[0003]一般来说在矿区实践当中，都分别采用一种或几种理论结合矿区实际来做支护设计，上述理论都在一定情况下才适用，却很少考虑到强矿压存在的状况。因而需要对强矿压巷道的支护设计做一定的改进。而如“煤矿深部全煤巷道冲击地压解危方法”(申请号/专利号:200910242246)等方法，涉及到了金属网及W型钢带等支护件，但对锚杆、索联合支护涉及较少。
[0004]通过存在强矿压危险的某煤矿实践表明，传统的巷道支护设计存在一定的问题，在掘进巷道采用锚杆-锚索联合支护，但在使用过程中锚索断裂和锚杆退锚的现象十分明显，因而我们提出了针对冲击危险性巷道的改进的支护设计方法。
【发明内容】
[0005]针对强矿压巷道锚杆退锚、锚索断裂的情况，提出了减小锚索长度增加锚杆长度的调整策略。
[0006]适当加大锚杆长度以取得更好的支护效果。建议锚杆长度从2.4m增加到2.Sm,以深入围岩塑性区范围内。
[0007]把锚索长度从7.3m减小到6.5m，可以有效提高支护效果。一方面锚索6.5m，已经布置在巷道顶板的塑性区范围内，另外一方面，适当减小锚索长度，有利于减弱锚索所承受的应变能和系统动能，进而和锚杆形成较好匹配，减少断裂的趋势。长短结合，能有效地提高围岩的稳定程度。同时，锚索支护作为一种高承载力的支护手段，也能减轻巷旁压力。具体参数如下:
[0008]锚杆杆体为直径22 #螺纹钢，杆尾为螺纹M24的高强高预应力让均压锚杆，杆体材料为Q500矿用高强螺纹钢，屈服强度19吨，最大抗拉强度26吨。锚杆间距为700mm，排距800_，运输顺槽每排8根锚杆，材料顺槽每排6根，靠近两帮的两根锚杆与铅垂线呈60°角，其它锚杆与巷顶轮廓线垂直。每根锚杆使用一支K2335和四支Z2360树脂药卷，全长锚固。
[0009]锚索采用I X 19股Φ 22高强度低松弛鸟窝让压锚索。锚索间排距为1000 X 800mm，采用一支K2335和两支Z2360树脂药卷锚固，锚索三花型布置(即:每两排2根I根交错布置)。
[0010]同时需要增加让压托盘、托梁及金属网等附属结构。让压托盘采用300X300X 16_拱形调心托盘；采用网孔为50X50_菱形金属网，规格为2800X900mm ；采用Φ 16mm圆钢焊制的宽度80mm,长2500mm的4孔钢筋托梁。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1不同因素下巷道两帮及顶底板收敛级差分析
[0012]图2巷道长短锚索速度示意图
[0013]图3巷道长短锚索位移示意图
[0014]图4巷道支护断面图
【具体实施方式】
[0015]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例并配合附图，对本发明进一步详细说明。
[0016]首先，从原理上对锚索和锚杆的受力情况进行分析
[0017](一)锚索的调整
[0018]随着拉伸应力的增加，锚索轴力逐渐呈现线性增长，并在端部承受最大轴力。从图1中可以看出，巷道围岩位移量对锚索长度不敏感，因此适当缩小锚索长度在理论上对围岩位移量不造成影响，而只需考虑锚索本身的性质。以下分两种角度来考虑。
[0019](1)从动能角度分析，假设有长短两种锚索，L^L2,因为巷道围岩周边梯度增强和边界放大效应等的影响，锚索沿长度方向形成不同的质点速度。如图2所示。
[0020]此时锚索上的质点Am动能为
1Λ ,
[0021]~Αηιν~
2(I)
[0022]速度曲线为V(I)。因而锚索系统动能为
[0023]K, =~,n\^{) v2{j)dl(2 ；
[0024]则长锚索和短锚索系统动能之比为
Kl m (\l'v2{l)dl 、
[0025]-^ = ^- Tl~--O)
wHl1 ?Κ
L1
[0026]令“ ，则a>I，H^m2则式(3)可写为
K, m {\Ullv2{l)dlλI
_k__ >--->1(4)
[0027]K l' ?h ￡Λ'.ν: [l)dl -:丨:V2 U)dl J 1丨ν2(/>//
[0028]所以有<KLi，即长锚索的系统动能大于短锚索系统动能。所以在同等条件下，长锚索比短锚索承受更大的能量，也更加容易断裂。
[0029](2)从锚索变形能来考虑。假设有长短两种锚索，L1I2，如图3所示，同时也假设锚索为全长锚固，则锚索位移应和围岩位移相同。[0030]此时，锚索上某Λ I长度的应变能为
【权利要求】
1.一种强矿压巷道支护设计方法，其特征在于，所述巷道支护包括锚杆，锚索，所述设计方法适当增加所述锚杆长度，以使其深入围岩塑性区范围内，并且同时，适当减小所述锚索长度以减弱锚索所承受的应变能和系统动能，进而和锚杆形成较好匹配，减少断裂的趋势，所述锚杆和所述锚索的具体参数如下: 锚杆长度为2.8m，锚索长度为6.5m ； 锚杆参数为:杆体为直径22 #螺纹钢，杆尾为螺纹M24的高强高预应力让均压锚杆，杆体材料为Q500矿用高强螺纹钢，屈服强度19吨，最大抗拉强度26吨； 锚索采用I X 19股Φ 22高强度低松弛鸟窝让压锚索； 锚杆间距为700mm，排距800mm，运输顺槽每排8根锚杆，材料顺槽每排6根，靠近两帮的两根锚杆与铅垂线呈60°角，其它锚杆与巷顶轮廓线垂直，每根锚杆使用一支K2335和四支Z2360树脂药卷，全长锚固； 锚索间排距为1000X800mm，采用一支K2335和两支Z2360树脂药卷锚固，锚索三花型布置，即，每两排2根I根交错布置。
2.根据权利要求1所述的一种动压巷道支护设计方法，其特征在于，增设附属结构，所述附属结构包括让压托盘、托梁及金属网。
3.根据权利要求2所述的一种动压巷道支护设计方法，其特征在于，所述让压托盘采用300 X 300 X 16mm拱形调心托盘；所述金属网采用网孔为50 X 50mm菱形金属网，规格为.2800 X 900mm ;所述托梁采用Φ16πιπι圆钢焊制的宽度80mm，长2500mm的4孔钢筋托梁。
【文档编号】E21D21/00GK103742177SQ201310745951
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2013年12月30日 优先权日:2013年12月30日
【发明者】王金安, 谢俊文, 卢熹, 上官科峰, 李鹏波, 杨世杰 申请人:北京科技大学, 华亭煤业集团有限责任公司