深埋准备巷道支护参数设计
关于M6、M16煤巷道支护锚杆(锚索)支护设计技术参数分析
关于苍海煤矿M6、M16煤巷道支护锚杆（锚索）支护设计技术参数分析 一、锚索设计承载力钢绞线直径为φ15.24mm时230kN ，钢绞线直径为φ17.8mm时320kN ，钢绞线直径为φ21.6mm 时454kN 。
二、锚索设计破断力钢绞线直径为φ15.24mm时260kN ，钢绞线直径为φ17.8mm时355kN ，钢绞线直径为φ21.6mm 时504kN 。
三、锚杆（锚索）支护参数校核已知：M6、M16煤顶板为粉砂岩：以深灰色，薄层状粉砂岩为主，粉砂状结构，夹粉砂质泥岩，菱铁质细砂岩，细砂岩等，沙纹层理发育，局部显水平层理及斜层理。
顺槽巷道毛宽4.7米，高帮3.3米，采用锚网+锚索支护。
1、顶锚杆通过悬吊作用，帮锚杆通过加固帮体作用，达到支护效果的条件，应满足：L ≥L 1+L 2+L 3式中L ——锚杆总长度，m ；L 1——锚杆外露长度（包括钢带、托板、螺母厚度），0.1m ； L 2——有效长度（顶锚杆取围岩松动圈冒落高度b ，帮锚杆取帮破碎深度c ），m;L 3——锚入岩（煤）层内深度，按树脂锚固剂长度1.2m 计算。
其中围岩松动圈冒落高度顶f H B b ⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=︒245tan 2ω式中B 、H ——巷道掘进荒宽、荒高；巷宽4.7米，巷高3.3米。
顶f ——顶板岩石普氏系数；粉砂岩取5ω——两帮围岩的似内摩擦角，ω=()︒=3.57arctan 顶f 。
967.0)34.16tan(245tan =︒=⎪⎭⎫ ⎝⎛-︒=H H c ω米66.05967.035.2245tan 2=+=⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=︒顶f H B b ω米L ≥L1+L2+L3=0.1+0.66+1.2=1.96米，顶锚杆长度2.2米满足要求2．锚杆的直径计算锚杆的直径按杆体的承载力与锚固力等强度原则确定，即d 14.35mm === 式中：d ——锚杆杆体直径，mm;Q ——锚固力，按选取直径大于16mm 的树脂锚杆和施工初期职工的锚固工艺掌握程度，按80kN 计算；t σ——杆体抗拉强度，按选取锚杆的技术参数取为490MPa 。
大采深高矿压巷道支护参数确定
东堪晨 舛技
２１年 期 ０１ 第１
大 采深 高矿 压巷 道 支 护 参 数 确 定
李
摘 要
波， 范炳岐
２ ５３ ） ５ １６
（ 山东舜天矿业有限公司， 山东 淄博
该文通过对舜天煤矿大采深高矿压巷道变形主要原因分析 ， 确定 了合理的支护方式和支护参数， 有效地保证 了矿井的安全生产 ， 取得
一
．一
安全系数 ， 一般取 Ｋ＝ ； ２ 锚杆锚 人稳 定岩层 的深 度 ， 般 按经 验取 一
０ ５ｍ ； ．
锚杆在巷道 中的外露长度 ， 一般取 ０ １ ． ｍ。 贝 ＝ ０ ３ ＋ ． ０ １＝ １２ （ ４ ２× ． ３ ０ ５＋ ． Ｌ ．６ ｍ） （） ２ 锚杆组距、 棵距计算 ， 通常组棵距 相等
一
。
√ ＝
＝５） １（ ．ｍ ９
式 中 ：一锚杆间排距 ， ； ０ １ １ １
２ 支 护 方 案 选 择
根据 ９ 。 煤层 回采巷道顶板状况 ， 先后采用 了工字
钢架棚支护、 杆支护 、 杆锚 索支护 。实践证 明 ， 锚 锚 单 独一种支护方式 ， 效果都不很理想。 根据 ９ 一煤层顶板情况 ， 定巷道 采用矩 形断 面 ； 决
｝收稿 日期 ：０ ０—１ —３ ２１ １ ０
Ｑ一 锚杆设计锚 固力 ， 不小 于 ６ ｋ ／ ； ４Ｎ 根 ｒ 一被悬 吊砂 页岩的重力密度 ， ２ ． ８ Ｎ ｍ 。 取 ５ ４ ｋ ／ 通过 以上计 算 ， 锚杆 问排距 为 １９ ｍ， 由于顶板 ．５ 但 为砂 页岩 为层状结 构 ， 分层厚 度 小 （ 一般 为 ０ １ ０ ２ ． — ． ｍ） 由已掘巷道揭露情 况得知 ， ， 顶板层 理裂 隙较 发育 ， 需加强顶板的支护强度 ， 因此选用 ｌ ６×１０ ｒ 的等 ８０ ｍ ａ 强度螺纹钢锚杆支护 ， 锚杆 间排距均为 ８０ ｍ ０ｒ 。 ａ 为 了加强对 ９ 一煤层 顶板的支护 ， 减小矿 山压力对 锚杆 、 锚索的破坏 ， 锚索受力处采用 Ｕ型槽钢外再覆盖 锚杆盘的方 组合 上紧 ， 以便 在矿 山压力 增 大 时， 留有 ５ｒ ０ ｍ左右的让压空 间 ， ａ 达到较好 的支 护效果 。
支护参数理论校核
5.2.3 支护参数理论校核目前，支护参数理论校核一般采用相对比较成熟的极限平衡理论作为巷道锚网索支护设计理论基础。
1、锚杆参数的校核计算 （1）巷道理论半径的确定 ①当量半径式中：r s —巷道当量半径，m ；S —实际巷道的断面积，20.52m 2=5.7×3.6m ； k x —巷道断面修正系数，取1.2。
计算得r s =3.07。
表5-1 巷道断面修正系数k x②外接圆半径用几何作图法作巷道的外接圆，计算得r y =3.37。
③巷道理论半径比较求得的当量半径和外接圆半径，以其小者作为巷道理论半径，即：{}min , 3.07s y a r r ==（2）极限平衡区深入围岩的深度的确定当不考虑采动影响时巷道周边极限平衡区半径R ，计算公式为：()()()22+cot 1sin /cot i R a H K C P K C λγϕϕϕ=-+⎡⎤⎣⎦式中：γ－上覆煤岩层体积力，取14kN ； H －巷道埋深，按最大值取752m ； P i －支护阻力，无支护状态取0kN ； a —巷道理论半径，取3.07； C －黏结力，6.62MPa ；ϕ－内摩擦角，取36.15°；0.5(/)s x r k S π=K 2－煤岩体力学参数修正系数，取值范围1/3～1/2，一般应用取值1/2.5。
侧压系数()35.0sin 2/sin 1=-=ϕϕλ。
计算得：R =3.62m 。
则可确定极限平衡区深入巷道围岩的深度为： L 2=R -a式中：L 2－极限平衡区深入围岩的深度。
计算得L 2=0.55m ，在采动影响下，极限平衡区深入围岩深度将有所增加，根据回采巷道围岩变形规律，顶板极限平衡区深入围岩深度增加量大于两帮极限平衡区深入围岩深度增加量，顶板与两帮极限平衡区深入围岩的深度L 2d 与L 2b 分别取安全系数2.5和2，因此，L 2d =1.38，L 2b =1.1。
（3）顶锚杆长度顶锚杆长度通常按公式L d =L 1+L 2d +L 3计算： 式中：L d －锚杆长度，m ； L 1－锚杆锚固长度，一般取0.5m ； L 2d －顶板极限平衡区深入围岩的深度；L 3－锚杆外露长度，按照质量标准化要求，一般取0.1m 。
巷道掘进支护设计
巷道掘进支护设计巷道掘进与支护设计一、引言巷道掘进是建设地下工程的关键工序之一，其质量与安全直接影响到地下工程的整体进度与运行安全。
巷道支护设计是巷道掘进中的重要内容，其目的是保障巷道在施工过程中和使用过程中的稳定性与安全性。
本文将从巷道掘进与支护设计的原理、方法和实施过程等方面进行论述。
二、巷道掘进的原理与方法巷道掘进的原理是通过挖掘机械将地下土层逐层开挖，形成所需的巷道空间。
巷道掘进的方法有机械法、爆破法和盾构法等。
机械法是最常用的方法，其以挖掘机械为主要设备，采用由上至下的逐层开挖。
爆破法适用于较硬的岩石地层，通过爆破药剂使地层破碎，然后使用挖掘机械进行后续开挖。
盾构法则是使用盾构机进行巷道掘进，适用于较长距离、大断面的巷道。
三、巷道支护设计的原理与方法巷道支护设计的原理是通过有序的施工过程和合理的支护材料来保证巷道结构的稳定性。
常用的巷道支护材料有钢筋混凝土、预应力混凝土、钢板和钢筋网等。
巷道支护设计的方法有拱形支护法、弯梁支护法和锚杆支护法等。
拱形支护法是通过形成拱形结构来承受巷道的荷载，弯梁支护法则是通过预应力混凝土弯梁来支撑巷道顶部，锚杆支护法则是通过安装锚杆来平衡巷道的内外力。
四、巷道掘进与支护设计的实施过程巷道掘进与支护设计的实施过程需经历前期准备、施工过程和后期检验等环节。
前期准备包括工程勘测、设计方案制定、支护材料的选择和施工方案的编制等。
施工过程主要包括开挖、支护材料的安装、巷道潮湿处理和巷道清理等工序。
后期检验主要包括巷道支护结构的检测和变形监测等，如果存在问题则需进行补救措施。
五、巷道掘进与支护设计的注意事项巷道掘进与支护设计需注意以下事项：合理选择掘进与支护的方法，根据地层情况进行设计方案的制定；选择合适的支护材料并严格按照相关标准进行施工；注意巷道内外的通风与排水问题，保证施工环境的安全与舒适；定期进行巷道支护结构的监测与检验，做好维修与加固工作。
六、结论巷道掘进与支护设计是地下工程中重要的工序，其质量与安全直接关系到工程的整体进度与使用安全。
巷道支护理论计算
各种理论计算方法一、按悬吊理论计算锚杆参数适用于层状岩层，平顶巷道顶板锚杆；距离顶板周边往上1-1.5m 处最好有一层厚度大于2m 的坚固稳定老顶；上述范围没有老顶时，公式仍可套用。
1、锚杆长度计算：L=L 1+L 2+L 3式中 L ——锚杆长度，cm ；L 1——锚杆外露长度，为垫板厚度+螺母厚+0.3mm ；cmL 2——破碎直接顶厚度，一般按经验取0.4m ；L 3——锚杆伸入老顶长度，按经验取≥0.30m ，或按锚固粘结力（πd τL 3）等于锚杆拉断承载力（πd 2σ/4）估算，其中：当f ≥3时，L 2=B，当f ≤2时，式中B ——巷道开掘宽度，m ；f ——岩石坚固系数。
H ——巷道掘进高度，mφ——两帮岩层的似内摩擦角。
D ——为锚杆直径，τ——为锚固剂与锚杆粘结强度，MPaσ——为锚杆抗拉强度，MPa 。
2、锚固力Q ：锚杆锚固力应等于杆体承载力，杆体能承载平均作用范围内岩石的重力。
Q =π(d/2)2σ=kab γL 2式中：σ——锚杆抗拉强度，MPad ——杆体直径k ——安全系数，取1.5-1.8a ——锚杆间距b ——锚杆排距γ——岩体容重L 2——巷道顶板破碎带高度。
3、锚杆间距、排距计算：设计令间距、排距均为a ，则a=（Q/K L 2γ）1/2式中α——锚杆间排距，m ；Q ——锚杆设计锚固力，150KN/根L 2——冒落拱高度，取0.25m ；γ——被悬吊岩石的重力密度，取27KN/m ³；K ——安全系数，一般取1.5-1.8。
4、混凝土喷层厚度t根据锚杆喷射混凝土支护技术规范，喷射混凝土支护厚度，最小不应小于50mm ，时。
2≤f最大不应超过200mm，结合我矿工程地质条件和已有巷道支护情况，喷射混凝土厚度设计为120mm。
煤矿掘进巷道支护设计
煤矿掘进巷道支护设计摘要：工作面的运输巷与回风巷均沿煤层走向布置，切巷沿煤层倾向布置。
运输巷的用途是进风、行人、运煤，回风巷的用途是回风、行人、运料，切眼的用途是安装采煤设备、采煤。
为了保证煤层开采的经济性和安全性，需要对巷道的断面及其支护进行设计。
关键词：煤矿掘进；巷道支护；设计1煤矿巷道概况某煤矿目前的设计生产能力为240万t/a,矿井经过了多年开采，内部已经出现了很多老窑。
该煤矿中很多矿井仍然采用比较传统的采掘方式，已经无法满足高效率的煤矿开采实际需要，亟须对煤矿开采工艺进行技术升级，需要基于快速掘进技术进行煤矿开采。
快速掘进技术对巷道的支护技术提出了更高的要求，需要对煤矿巷道的支护技术方案进行升级改造。
另一方面，当前该煤矿的开采煤层埋藏深度普遍较浅，随着煤矿开采的不断推进，后续开采的煤层深度越来越深。
煤层埋深越深意味着围岩属性越复杂，对巷道支护方案要求也越高。
基于此，有必要对煤矿巷道中快速掘进支护技术进行分析和研究。
本文主要以某煤层中的回风巷道为例进行分析，煤层厚度8.50～16.23m,平均厚度13.68m,煤层倾角4.30°～13.29°,平均倾角9.40°。
回风巷道整体为矩形，高度3.5m,宽度5.2m。
经过地质勘察，发现该煤层巷道的围岩属性比较复杂，存在很多断层、褶曲构造比较多，使得围岩属性比较软弱，容易破碎，这在很大程度上增加了巷道支护的难度。
2煤矿掘进巷道支护设计2.1巷道断面设计根据工作面巷道布置以及煤层赋存情况，设计顺槽均采用矩形断面。
2.1.1皮带顺槽皮带顺槽宽度B可由式(1)计算，即：式(1)中，a为回采机头宽度，取3.0m;b1为回采机头距帮割透尺寸，取0.8m;c为人行道宽度，取0.8m。
将相关数据代入式(1)中，得B=4.6m。
在进行锚杆支护时，端头会裸露一部分在外，大约0.2m，而且巷道在矿山压力的作用下还会发生一定的变形。
因此，巷道的宽度应该适当大一些，取为5m。
煤矿巷道掘进支护设计
煤矿巷道掘进支护设计首先，根据地质条件选择支护方式。
常见的支护方式有喷锚支护、锚杆支护、锚索网支护等。
根据地质条件的不同，选择适合的支护方式可以提高支护效果。
比如在地质条件较差的地区，可以选择喷锚支护，利用高压水泥浆喷涂在巷道壁上形成坚固的支护层；而在地质条件较好的地区，可以选择锚杆支护，通过将锚杆固定在巷道壁上来增强其稳定性。
其次，考虑巷道尺寸确定支护方式的细节设计。
巷道的高度、宽度和坡度等尺寸参数会影响支护设计的具体要求。
通常情况下，巷道的高度和宽度应满足安全规定，并考虑到运输设备和材料输送的需要。
此外，巷道的坡度也需要合理设计，以避免因过大坡度导致的支护问题。
根据巷道尺寸，可以选择相应的支护材料，如可选择砂浆、钢筋和钢板等材料。
然后，考虑支护材料的可行性和经济性。
支护材料的选择要考虑其可行性和经济性，以确保巷道的安全性和效益。
在选择支护材料时，需要考虑材料的强度、耐久性、耐腐蚀性以及施工和维护的便利性等方面。
此外，还需要考虑材料的成本，选择性价比较高的材料，避免支出过多。
最后，需要在设计中考虑运输条件。
掘进巷道进行支护设计时，需要考虑后期运输设备和材料输送的要求。
比如，在巷道设计中预留足够的运输空间和设备安装空间，以便将来运输和设备的顺利进行。
总之，煤矿巷道掘进支护设计是确保巷道稳定和安全的重要一环。
在设计过程中，需要综合考虑地质条件、巷道尺寸、支护材料可行性和经济性以及运输条件等因素，选择合适的支护方式和材料，并合理设计巷道尺寸和支护细节，以确保掘进巷道的安全和可靠。
巷道支护专项设计
图5有无钢带锚杆预应力形成的附加应力场分布
七、锚索的作用
锚索的作用主要有两方面：一是将锚杆支护形成的次生承载结构 与深部围岩相连，提高次生承载结构的稳定性，同时调动深部围岩的 承载能力，使更大范围内的岩体共同承载；二是锚索施加较大预紧力, 提供有效压应力(图6a),与锚杆形成的压应力区形成骨架网络结
顶板位移
(mm)
围岩松 动圈(mm)
巷道开掘后围岩 稳定状态
顶底板岩体结构及岩性描 述
I
非常 稳定
0—10
0—400
围岩稳定，长期 不支护无碎块掉 落现象
II
稳定
10—50
400—
1000
围岩基本稳定， 较长时间不支护 会出现小块掉落
8#煤层顶板以砂泥岩为主， 次为中、细砂岩，中细砂岩 呈不规则条带状分布，稳定 性好。
<10
10-20
20-50
50-100
〉100
开拓、准备巷道围岩稳定性分类指标表2-4
围岩单向抗压强度
6
取巷道宽度2倍范围内的顶板岩层、巷道宽度1倍范围内底 板岩层及两帮岩层岩石单向抗压强度的加权平均值。
围岩应力
不受釆动影响时，巷道的围岩应力等于巷道所在位置的原岩 应力；受采动影响时，巷道围岩应力指标用巷道埋深H乘采动彩 响指数K代替。其中，当巷道不受采动影响或保护煤柱选择合理 时，K=0. 8-1；当巷道受采动影响或保护煤柱选择不合理时，K=3-5o
预应力选择原则是：使锚固区不产生明显离层和拉应力区。比较 合理的锚杆预应力取值范围应达到杆体屈服强度的30-50%。锚杆直径 越大，强度越高，则锚杆预应力越大。
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深埋准备巷道支护参数设计
作者：黄贺军
来源：《中国新技术新产品》2012年第20期
摘要：深部巷道围岩的力学性质发生了明显变化，从而表现出其特有的力学特征现象：浅部表现为普通坚硬的岩石在深部可能表现出大变形、难支护的软岩特征，分析深埋巷道支护难点，针对提高围岩残余强度、充分发挥围岩自承载能力及巷道围岩弱结构控制原则，提出1015轨道大巷掘进支护方案，为类似条件下巷道支护设计提供参考。
关键词：深埋；准备巷道；支护设计
中图分类号：TM402 文献标识码：A
1支护难点分析
根据1015轨道大巷地质条件和前阶段支护效果，该巷道支护主要存在以下技术难题：
（1）巷道埋深大
浅部岩体多数处于弹性应力状态，但进入深部以后多数巷道受"三高"和"一扰动"的作用，使深部巷道围岩的力学性质发生了明显变化，从而表现出其特有的力学特征现象浅部表现为普通坚硬的岩石在深部可能表现出大变形、难支护的软岩特征，即多数深部岩体处于塑性、粘塑性、流变的潜在破坏状态下。
在深部下巷道一旦被开挖，岩体原有的三向平衡应力状态被打破，很快产生碎胀变形破坏，造成巷道周边破碎岩体增多、巷道支护困难等一系列问题，导致灾害事故增多，如大面积来压、冒顶、大变形且长期处于流变状态、冲击地压等，明显不同于浅部岩体表现出来的力学特性，导致深部巷道维护十分困难。
（2）该上山为矿井主要巷道，服务年限相对较长，对变形控制要求高；
（3）巷道高度大，施工控顶难度大，打眼、安装锚杆、锚索等工序操作相对困难，部分地段存在淋水现象，对施工队伍的操作水平、施工质量和现场的管理水平等要求相应较高。
2支护的原则
2.1 提高围岩残余强度的原则
由于深井巷道在低围压、高应力差作用下，围岩普遍处于岩石峰后残余强度阶段，提高围岩残余强度主要有三个技术途径：
（1）提高支护阻力
由于支护阻力是支架对围岩提供的一个围压，使巷道周边围岩从二向应力状态转化为三向应力状态，从而提高围岩的残余强度。
（2）锚杆加固围岩
实验证明，锚杆能利用其锚固力将破碎围岩锚固起来，在锚固剂作用下，将锚杆杆体周围的破碎岩块组合成串，使破碎岩块胶结成钢筋岩柱（见上图1），并且在托锚力的作用下对围岩提供一定的围压，使破裂岩体由原来的二向应力状态转化为三向应力状态，从而恢复和提高了破裂围岩的残余强度，形成具有较高承载能力和可塑性的锚固层。
锚杆锚固力大、密度高、这种加固作用就越明显。
（3）注浆加固。
破碎严重的岩体，单纯依靠锚杆加固不能满足要求时，采用注浆加固能提高松动破碎围岩强度。
注浆方式可采用单独注浆或采用外锚内注的"锚注式"锚杆。
2.2 充分发挥围岩承载能力的原则
充分发挥围岩的承载能力，主要体现在以下几个方面：
（1）二次支护
理论和实践证明，深井巷道采用一次强阻力刚性支架来维护围岩是不适应深井巷道初期变形量大、变形速度快的特点，应采用二次支护原则。
一次支护主要是加固围岩，提高其残余强度，在不产生过度膨胀、剪胀变形的条件下，利用二次支护使围岩应力以变形的形式得到释放。
（2）调动巷道深部围岩
巷道开挖虽然扰动围岩，但其范围是有限的，巷道深部围岩强度比浅部围岩强度明显要高。
因此巷道深部围岩对于深井巷道围岩的控制是一种丰富的可利用资源，有关学者提出了调动深部围岩强度控制深井巷道地压的思想。
通过研究发现，将一定长度的锚索在适当的部位锚入深部围岩，调动深部岩体强度后，能很好地改善围岩的应力状况和围岩的自身性能。
通过锚索使深部岩体有效地承担了浅部围岩的荷载，控制围岩的大变形。
（3）喷射砼
封闭暴露面的主要方法是采用喷层支护，即在巷道围岩暴露后立即向巷道周壁喷射能快速硬化的砂浆或混凝土，以便在巷道周壁上形成保护层，其作用不仅可以减少环境对围岩表面的破坏，防止围岩新暴露面风化吸潮，还可防止个别离层和松动岩块突然冒落，此外，一定厚度的喷层对围岩也起支撑和加固作用，有利于使围岩保持稳定状态。
2.3 巷道围岩弱结构控制的原则
巷道开挖后，两帮及顶底板变形破坏并不是均匀的，而是首先从巷道某一个或者某几个部位开始变形破坏，从而导致整个巷道的支护体失稳，巷道围岩首先从弱结构开始破坏，这些首先破坏的部位称为支护的"关键部位"。
一旦巷道支护体的强度、刚度及可缩量不适应巷道弱结构部位的变形时，就会发生破坏，然后导致其它部位破坏，最终使巷道围岩破坏失稳。
长期以来，巷道支护一直习惯于巷道全断面均匀支护，实践证明这是不合理的，应该针对巷道的弱结构部位进行加强支护，使巷道围岩应力分布趋于均匀，而达到良好的控制效果。
31015轨道大巷支护方案
根据现场测试结果、围岩状况和上述要求，较为理想的支护方案应为"一次锚网喷（让压变形）+二次锚索和锚注（围岩结构强化）"分步加强联合支护方式。
其中在巷道破碎带采用"架棚（让压变形）+二次锚索和锚注（围岩结构强化）"分步加强联合支护方式。
设计支护示意图如下：
（1）一次支护：
（3）巷道注浆
注浆顺序：从底角眼孔开始注浆，尽可能低压注浆，依次向上注浆充填满。
结语
针对1015轨道大巷深埋压力大、服务年限长、巷道高度大等支护难点，结合提高围岩残余强度、充分发挥围岩自承载能力及巷道围岩弱结构控制原则，提出1015轨道大巷掘进时分步加强联合支护方案，为类似条件下巷道支护设计提供参考。
参考文献
[1]何满潮，谢和平，彭苏萍等. 深部开采岩体力学研究[J].岩石力学与工程学报，2006，24（16）：2803-2813.。