上组煤钢带网强度验算Word文档格式.docx
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（二）两帮锚杆支护参数计算
巷道两帮潜在松塌区宽度M
式中：
h—巷道掘进高度，取2.2m
φ—煤层内摩擦角，取25°
计算得M=0.8m
锚杆长度L=M+L1+L2
L1—帮锚杆伸出潜在松塌区的额定锚固长度，取0.4m
L2—帮锚杆外露长度，取0.15m
L=1.35m
可取锚杆长度为1.5m。
2、锚杆直径
D=13.6mm
取锚杆直径为18mm。
Q—锚杆锚固力，设计为0.05MN；
K—安全系数，一般取1.5~2，取值为2。
γ—支护煤岩体的容重，由于巷道两帮为半煤岩巷道，从安全角度考虑，取值为0.025MN/m3。
a=1.1m，即锚杆的间排距应小于1.1m。
可取锚杆的排距为1m，间距为0.9m。
（三）锚索补强支护参数计算
1、锚索长度
L=k（L1+L2+L3）
L1—锚索外露长度，取0.3m
L2—潜在的不稳定岩层高度，取1.5m
L3—锚索锚固长度，取1.5m
K—安全系数，取值1.5。
L=4.95m。
取锚索长度为5.5m
2、锚索直径
因为钻孔直径为28mm，考虑“三径”匹配，索体直径与钻孔直径的差值控制在4~10mm之间有利于树脂药卷锚固效果的发挥，所以选择直径为17.8mm的锚索。
3、间排距、
单根锚索所悬吊的潜在不稳定岩层的重力应小于锚索的拉断载荷。
直径为17.8mm的锚索破断载荷为443kN。
则单根锚索所悬吊的潜在不稳定岩层的重力应<
443kN。
设单根锚索所悬吊顶板的面积为S
则单根锚索所悬吊的潜在不稳定岩层的重力
F=F岩层=10γ岩层hS=10×
2.5×
1.5S=37.5S<
443kN
所以S<
11.8m2
则单根锚索所支护的顶板面积应小于11.8m2。
当锚索支护排距为3m，单根锚索支护顶板面积为11.4m2<
11.8m2，符合。
故顶板锚索支护排距为3m，采用单锚索布置。
方法二
采用自然平衡拱理论作为锚杆支护设计方法和依据。
（一）巷道围岩破坏指数计算
C—煤帮松塌破坏深度m；
K—巷道周边挤压应力集中系数一般取3.0；
1—顶板岩层平均容重25KN/m3；
查表得
H—巷道埋深，取350m；
B—固定（残余）压力影响系数，一般取1-1.2，取1.2；
F1—煤体单向抗压强度14-20MPa，取20MPa；
KC—煤体完整性系数1.0；
—煤层倾角（°
）,取4°
；
h—巷道掘进高度，取2.2m；
—煤体内摩擦角16-40°
，取25°
。
计算可得：
C=0.8m。
（二）顶板潜在的冒落拱高度
b—顶板潜在的冒落拱高度m；
C—巷道两帮松塌破坏深度，取0.8m；
a—巷道顶板有效跨度之半，取1.9m；
Ky—直接顶煤岩类型系数，取0.6；
Fz—直接顶普氏坚固性系数，取5。
b=0.9m。
（三）顶板锚杆长度计算
L—垂直锚杆长度m；
L1—锚杆外露长度，0.15m；
L2—锚杆有效长度，1.5m；
L3—锚杆锚固长度，0.4m。
经验公式
L=N×
（1.1＋B÷
10）=1.8m
N—与稳定性有关的系数，取1.20；
B—巷道宽度，取3.8m。
结合实际，取锚杆长度为2200mm。
（四）顶板锚杆直径计算
d—锚杆直径mm；
Q—设计锚固力，80kN；
—抗拉强度，取285MPa
考虑锚杆屈服变形后势必造成顶板离层严重，取
=285Mpa，计算d=18.7mm。
—锚杆长度2000mm。
根据实际情况，确定锚杆长度直径为20mm。
（五）顶板锚杆间排距
根据矿区生产地质条件和巷道支护经验，我矿一般顶板锚杆间距小于900mm，取为850mm，排距的确定按下式计算：
d——锚杆排距m；
m——每排锚杆的数量，取5；
n——每根锚杆的屈服载荷66KN；
K——安全系数，2；
——顶板岩石容重,25KN；
A——巷道掘进跨度，3.8m；
L——锚杆长度2.2m
L0——锚杆外露长度0.15m。
所以间距取0.85m，排距取0.8m为合适。
（六）煤帮锚杆长度
煤帮锚杆的作用主要是控制因剪切而造成的两帮煤体松动与挤出，煤帮锚杆必须穿过潜在的剪切松塌，其长度必须满足下式要求：
L≥L0＋L3＋C＝1.35m
L——煤帮锚杆长度m；
L0——煤帮锚杆外露长度0.15m；
L3——煤帮锚杆在潜在松塌区之外的锚固长度0.4m。
根据实际选取长度为1.5m的煤帮锚杆。
（七）煤帮锚杆间排距
煤帮锚杆的间距取为0.9m，煤帮锚杆的排距按下式计算：
D—煤帮锚杆间距m；
F—每根锚杆的锚固力设计值，50KN；
h—煤帮高度，2.2m；
K—安全系数，2.5
d—间距，0.9m
Qs—煤帮侧压值。
Qs=KU×
C×
r×
[h×
sina+b×
cos（a/2）×
tg（45-φ/2）]=43kN/m
QS—两煤帮侧压值，kN/m；
KU—采动影响系数，取1~5，取5；
C—巷道两帮松塌破坏深度，0.8m；
r—煤体容重，15kN/m3
h—巷道掘进高度，2.2m。
a—煤层倾角，4°
b——顶板潜在的冒落拱高度，0.9m；
φ—煤体内摩擦角，25°
结合实际考虑取1m。
通过以上计算可知，从降低锚杆、锚索支护强度上不可行。
二、锚网支护附件强度降低可行性分析
上组煤目前在掘巷道顶、帮支护所用钢带为φ16mm圆钢制成的钢筋梯子梁，金属网采用12#铁丝编制成的菱形金属网。
常用钢筋梯子梁规格及力学参数见下表1，铁丝的规格及力学参数见表2。
表1钢筋梯子梁规格及力学参数
钢筋直径/mm
截面积/mm2
屈服载荷/kN
拉断载荷/kN
10
157.1
37.7
59.7
12
226.2
54.3
86
14
307.9
73.9
117
16
402.1
96.5
152.8
表2铁丝规格及力学参数
型号
直径/mm
截面积/mm2
拉断载荷/N
12#
2.6
5.3
1860
14#
2
3.1
1100
16#
1.6
2.1
740
18#
1.2
420
以011005-9#顺槽为例：
巷道顶板支护所用锚杆规格为：
φ20×
1800mm的螺纹钢锚杆，锚杆支护间排距为850×
1000mm。
巷道两帮支护所用锚杆规格为：
φ16×
1600mm的胀套锚杆，锚杆支护间排距为900×
（一）顶板钢带降低型号可行性分析
顶板潜在的冒落拱高度：
C—巷道两帮松塌破坏深度；
计算得C=0.8m
巷道每根顶钢带所承受载荷为：
L×
D×
b×
R=3.8m×
1m×
0.9m×
25kN/m3=85.5kN。
L—巷道跨度，3.8m；
D—锚杆支护排距，1m；
b—顶板潜在的冒落拱高度，取0.9m；
R—岩体平均容重，25kN/m3。
则顶板钢带的屈服载荷小于85.5kN时，钢带发生不可恢复变形；
钢带的破断载荷小于85.5kN时，钢带拉断。
从变形角度考虑选用φ16mm的钢带合理；
如果从节约支护成本考虑允许一定的变形，则只准将钢带型号降低到φ14mm，并配合矿压监测，对巷道围岩支护情况及时分析。
（二）顶板铁丝网降低型号可行性分析
巷道宽度为3.8m，支护排距为1m。
巷道每排顶板铁丝网所能承受的最大垂直载荷为：
f—铁丝网铁丝的破断力，kN；
d—巷道支护排距，1m。
12#铁丝的破断力为1.86kN，则其编制成的铁丝网按巷道宽为3.8m，排距为1m，所能承受垂直载荷为：
F=189kN。
14#铁丝的破断力为1.1kN，则其编制成的铁丝网按巷道宽为3.8m，排距为1m，所能承受垂直载荷为：
F=112kN。
16#铁丝的破断力为0.74kN，则其编制成的铁丝网按巷道宽为3.8m，排距为1m，所能承受垂直载荷为：
F=75kN。
而巷道顶板每排锚网所承受载荷为：
因此，顶板锚网所用铁丝标号需≤14#。
（三）两帮钢带降低型号可行性分析
巷道两帮侧压值为：
巷道两帮潜在松塌区宽度C
式中：
r—煤体容重，15kN/m3；
h—巷道掘进高度，2.2m；
b—顶板潜在的冒落拱高度，0.9m；
巷道帮锚杆支护排距为1m。
B×
Qs=43kN。
B—巷道帮锚杆支护排距，1m；
Qs—两煤帮侧压值，43kN/m。
则帮部钢带的屈服载荷小于43kN时，钢带发生不可恢复变形；
钢带的破断载荷小于43kN时，钢带拉断。
从变形角度考虑必须选用φ12mm及以上的钢带。
（四）两帮铁丝网降低型号可行性分析
巷道高度为2.2m，帮锚杆支护排距为1m。
巷道帮部每排铁丝网所能承受的最大水平载荷为：
L—巷道高度，2.2m；
12#铁丝的破断力为1.86kN，则其编制成的铁丝网按巷道高为2.2m，排距为1m，所能承受水平载荷为：
F=115.7kN。
14#铁丝的破断力为1.1kN，则其编制成的铁丝网按巷道高为2.2m，排距为1m，所能承受水载荷为：
F=68kN。
16#铁丝的破断力为0.74kN，则其编制成的铁丝网按巷道高为2.2m，排距为1m，所能承受水平载荷为：
F=46kN。
而巷道两帮侧压值为：
Qs=43kN/m。
因此，从安全角度考虑，帮锚网选取铁丝型号最低应为14#。
三、结论
为了达到增收节支的目的，从降低锚杆、锚索支护强度上不可行，只可以降低钢带和锚网的强度。
①可将顶板钢带型号由φ16mm的圆钢降低到φ14mm；
②可将顶板锚网所用铁丝标号由12#降低为14#；
③可将两帮钢带型号由φ16mm的圆钢降低到φ12mm；
④可将两帮锚网所用铁丝标号由12#降低为14#。
另外，必须配合矿压监测，对巷道围岩支护情况及时分析。
对锚网、钢带降低其强度后：
原巷道每米支护所需锚网、钢带的成本为：
钢带13.4×
（3.4+1.8×
2）=93.8元。
φ16mm钢带每米13.4元。
锚网27/10×
2）=18.9元。
1.2×
10m铁丝网12#的每卷27元。
改变锚网、钢带强度后巷道每米支护所需锚网、钢带的成本为：
钢带11.9×
3.4+10.1×
1.8×
2=76.8元。
φ14mm钢带每米11.9元，φ1,2mm钢带每米10.1元。
锚网16/10×
2）=11.2元。
10m铁丝网14#的每卷16元。
则每米巷道可节省：
（93.8+18.9）-（76.8+11.2）=24.7元。
则按照目前该巷道的平均进尺5m，年工作天数330天计，一年可节省40755元。
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