煤矿预应力锚杆的实践及应用.doc

预应力锚杆支护的实践及认识 - 4 -预应力锚杆支护的实践与认识 一、概况过去我们对锚杆支护主体了解为“被动”式，即施工锚杆后，使锚杆锚固范围形成“钢铁化”的势态而支撑围岩，这样就考虑到锚杆长度范围内的顶板虽然“钢”性化，但避免不了在锚杆长度以外的顶板发生离层。故在煤层松软、不稳定、顶板易垮落巷道中还未大胆使用锚杆进行支护。例如我矿10煤层属不稳定煤层，局部地段与9下煤层合并，局部分开，直接顶板平均厚度0.701.80米，为灰色泥岩与泥质粉砂岩，具菱铁质条带，坚固性系数为2.52.8，质软，属软岩，易垮落，因此还未使用过锚杆进行支护。二、预应力锚杆的提出在施工安装锚杆过程中，及时给锚杆或其它支护构件以很高的张拉力，并传递到层状顶板，使顶板岩层在水平应力作用下处于横向压缩状态，从而阻止高水平应力对顶板围岩体的破坏，消除或大大减缓弱面离层状态，从而阻止高水平应力对顶板围岩体的破坏，消除或大大减缓弱面离层现象，同时减缓两帮围岩的应力集中和围岩破坏，从根本上维护围岩稳定，这种“刚性化”的压力支撑结构就叫预应力结构。由以上理论可见锚杆支护适用的普遍性和有效性，它的支护效果是刚性支护不可比拟的。三、工程设计基于以上理论，我矿对131211外块段顶抽巷（沿10#煤层顶板掘进）采取锚杆进行支护。锚杆参数设计1、锚杆长度l计算l=l1+l2+l3l1：锚杆外露长度，取0.1ml2：围岩松动圈值：软岩分类见下表围岩类别分类名称围岩松动圈支护机理及方式备注松支动圈1围岩稳定0400mm喷混凝土支护围岩整体性好，不易风化可不支护中松动圈24001000mm锚杆悬吊理论、喷层局部支护刚发生支护有局部破环3一般围岩10001500mm锚杆悬吊理论、喷层局部支护刚发生支护有局部破环大松动圈4一般不稳定围岩15002000mm锚杆组合拱理论，喷层金属网局部支护钢性支架大面积破坏，采用可缩性支架5不稳定围岩20003000mm锚杆组合拱理论、喷层金属网局部支护围岩变形有稳定区6极不稳定围岩3000mm待定围岩变形一般在支护下无稳定期根据上表及平时工程实践，围岩松动圈l2取中松动圈值1500mm可满足要求。l3：锚杆端部锚固长度一般取300400mm，这里取400mm，l0.1+1.5+0.42.0m。增加安全系数l取2.2m。 2、锚杆间排距的确定设计采用等距离布置，每根锚杆所负担的岩体重量为其所承受的荷载，按下式计算：qklp2式中：q锚固力kn，取70kn；岩石容重；k安全系数k1.52，取2；锚杆间排距；lp有效锚固长度1.5m。 70103 = 7010322.61039.81.5 76.44103 0.96m 锚杆间排距均取800mm，能满足要求.3、锚杆直径的确定根据杆体承载力与锚固力等强度确定，按下式计算：d1.13 q锚固力取70kn，qt锚体抗拉强度510mpa(a3钢). d1.13( 70103 510106 )1/2 1.32mm 取d20mm.能满足要求。根据以上计算，锚杆间排距均为800mm，锚杆采用202200mm左旋高强树脂锚杆（每排共计3根），材质为a3钢。由于10煤层顶板岩质松软，裂隙发育，自稳时间短，易风化，遇水膨胀，诸多因素导致顶板易出现浅部放线，近而诱发块状冒落，致使锚杆外端配置松动，失去支护效果，为此采取加设280300mm（宽长）的小钢带，铺设菱形铁丝网措施，解决掉矸现象。由于该巷只作瓦斯抽放用，服务年限短，断面设计为2.42m（宽中高），巷帮没有采取任何支护。四、工程类比及结论此巷施工完毕后（全长440m），经观测，巷道顶板均无垮落、离层现象。而131211里块段顶抽巷采用木棚（18cm圆木，棚距800mm）进行支护（和外块段顶抽巷在同一煤层，地质相同），