【正文】 錨桿支護(hù)設(shè)計(jì) 手冊 (討論稿 ) 開灤技術(shù)中心 20xx 年 9 月 錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)手冊目錄 第一章 概述┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 1— 3 第二章 錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 3— 17 第一節(jié) 錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)工程類比法┄┄┄┄┄┄┄ 3— 11 第二節(jié) 錨桿支護(hù)理論分析設(shè)計(jì)方法┄┄┄┄┄┄ 11— 15 基于懸吊理論的錨桿參數(shù)及設(shè)計(jì)計(jì)算方法┄┄┄ 11— 12 基于組合梁理論的錨桿參數(shù)計(jì)算方法┄┄┄┄┄ 12— 14 基于加固拱理 論錨桿參數(shù)計(jì)算方法┄┄┄┄┄┄ 14— 15 第三節(jié) 錨桿支護(hù)數(shù)值模擬計(jì)算方法 ┄┄┄┄┄┄ 15— 17 第三章 煤巷錨桿支護(hù)預(yù)緊力設(shè)計(jì) ┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 17— 21 第四章 錨桿支護(hù)參數(shù)選擇確定原則 ┄┄┄┄┄┄┄┄ 21— 30 錨桿幾何參數(shù)┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 21— 22 錨桿力學(xué)參數(shù)┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 22— 23 錨固參數(shù)的選擇確定┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 23— 25 錨桿布置參數(shù)┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 25— 27 錨桿組 合構(gòu)件與網(wǎng)的參數(shù)┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 27— 28 錨索參數(shù)┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 28— 30 第五章 錨桿支護(hù)形式及材料 ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 30— 39 錨桿支護(hù)形式┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 30— 32 錨桿支護(hù)材料┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 32— 39 第六章 工程質(zhì)量檢測與礦壓監(jiān)測 ┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 39— 49 錨桿支護(hù)工程質(zhì)量檢測┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 40— 42 錨桿支護(hù)礦壓監(jiān)測┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 42— 49 錨桿 支護(hù)設(shè)計(jì)手冊 第一章 概述 開灤集團(tuán)公司自 20世紀(jì) 70年代末 80年代初開始推廣煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)至今，已有 30年的歷史?，F(xiàn)在，錨桿支護(hù)已成為采準(zhǔn)巷道的主要支護(hù)形式之一，近幾年，全公司每年的煤巷錨桿支護(hù)量都在 8 萬米以上，占全部掘進(jìn)巷道的半數(shù)以上。煤巷錨桿支護(hù)的推廣應(yīng)用，明顯地改善了采準(zhǔn)巷道的維護(hù)狀況，提高了圍巖的穩(wěn)定性。錨桿支護(hù)對于提高巷道斷面利用率，簡化回采工作面端頭支護(hù)工藝，降低支護(hù)成本，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，特別是對于保證回采工作面快速推進(jìn)，實(shí)現(xiàn)工作面高產(chǎn)高效，從而提高礦井經(jīng)濟(jì)效益都發(fā)揮了明顯作用。理論 研究和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)均證明，錨桿支護(hù)作為巷道的先進(jìn)支護(hù)方式，有著架棚不可比擬的諸多優(yōu)越性，對于從根本上解決深井、大地壓巷道的支護(hù)問題，錨桿支護(hù)更是代表了巷道支護(hù)技術(shù)的發(fā)展方向，世界各國和國內(nèi)各大型煤礦都把錨桿支護(hù)作為巷道的主要支護(hù)形式，許多礦區(qū)的錨桿支護(hù)率都達(dá)到了 100%，取得了巨大的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)效益。 開灤集團(tuán)公司在采準(zhǔn)巷道錨桿支護(hù)工作推廣過程中，在面臨各種復(fù)雜、困難地質(zhì)條件和井深、礦壓顯現(xiàn)大等不利情況下，勇于實(shí)踐和創(chuàng)新，取得了大批科研成果，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。使得這項(xiàng)技術(shù)的推廣不斷向深度和廣度發(fā)展。和任何新生事物 的發(fā)展都要經(jīng)過艱難、曲折一樣，錨桿支護(hù)在其發(fā)展過程中也不是一帆風(fēng)順的。特別是當(dāng)錨桿支護(hù)巷道出現(xiàn)一些冒頂、垮落乃至傷人事故時(shí)，往往會(huì)出現(xiàn)一些對錨桿支護(hù)安全可靠性的懷疑情緒，使得錨桿支護(hù)的推廣受到阻礙。應(yīng)當(dāng)指出的是，錨桿支護(hù)作為煤礦所有新技術(shù)推廣中“最具革命性”的技術(shù)進(jìn)步，雖然已被無數(shù)的事實(shí)證明它是先進(jìn)的，代表未來支護(hù)發(fā)展方向的，但直到現(xiàn)在，人們對錨桿支護(hù)的理論研究和各種實(shí)踐活動(dòng)仍未停止，其原因就在于煤礦各種條件的復(fù)雜性和人們對客觀世界的認(rèn)識(shí)還需要進(jìn)一步深化，而只有當(dāng)人們的主觀認(rèn)識(shí)和客觀條件相統(tǒng)一時(shí)，我們才能從 必然王國走向自由王國?；仡櫤头治黾瘓F(tuán)公司歷次錨桿支護(hù)巷道事故發(fā)生的原因，按照今天我們所確立的錨桿支護(hù)技術(shù)的新理念，可以看出，絕大部分的錨桿事故都不是必然要發(fā)生的，而是帶有相當(dāng)偶然性。這些偶然性的事故出現(xiàn)，證明了我們在錨桿支護(hù)推廣工作中還需要重點(diǎn)解決以下問題：第一：錨桿支護(hù)理念需要更新。特別是面對開灤大多屬于深部開采的現(xiàn)狀，必須用先進(jìn)的支護(hù)理念來指導(dǎo)工程實(shí)踐，才能取得預(yù)期效果。第二：要科學(xué)設(shè)計(jì)錨桿支護(hù)。這是關(guān)系到錨桿支護(hù)工程的質(zhì)量優(yōu)劣、是否安全可靠及經(jīng)濟(jì)是否合理的重要問題。第三：要規(guī)范各類錨桿產(chǎn)品的加工，采用 先進(jìn)工藝，確保錨桿及配套產(chǎn)品的質(zhì)量。第四：要嚴(yán)格培訓(xùn)各級(jí)技術(shù)人員，特別是現(xiàn)場主管技術(shù)人員和管理人員，確保按設(shè)計(jì)施工，確保施工質(zhì)量。第五：要建立健全錨桿巷道的質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和錨桿巷道的礦壓監(jiān)測體系。 當(dāng)前，集團(tuán)公司的采準(zhǔn)巷道錨桿支護(hù)的推廣工作，已進(jìn)入發(fā)展的關(guān)鍵階段，雖然從總量上看，數(shù)量不小，但發(fā)展不平衡，有些礦基本上處于空白狀態(tài)，有些礦由于各種原因，錨桿支護(hù)呈現(xiàn)萎縮停滯現(xiàn)象。隨著采深的不斷加大，礦壓顯現(xiàn)更為強(qiáng)烈，已經(jīng)推廣使用 10多年的錨桿支護(hù)系統(tǒng)表現(xiàn)出了種種不適應(yīng)情況，比如巷道變形量大，需要套修，錨桿、錨索拉斷 現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，錨桿支護(hù)的巷道穩(wěn)定性和安全性受到挑戰(zhàn)，解決這些問題，需要我們更新觀念，與時(shí)俱進(jìn)，學(xué)習(xí)借鑒國內(nèi)外先進(jìn)支護(hù)理念和技術(shù)，結(jié)合開灤實(shí)際創(chuàng)造性地開展工作，扎扎實(shí)實(shí)地做好各方面的基礎(chǔ)性工作，只有這樣，才能使集團(tuán)公司的錨桿支護(hù)健康快速地發(fā)展，促進(jìn)企業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和礦井整體技術(shù)面貌和經(jīng)濟(jì)效益的提高。 本設(shè)計(jì)手冊是在結(jié)合開灤實(shí)際，全面總結(jié)開灤在推廣煤巷錨桿支護(hù)工作中正反兩個(gè)方面的經(jīng)驗(yàn)，廣泛吸收和借鑒國內(nèi)外先進(jìn)支護(hù)理念和技術(shù)的基礎(chǔ)上編制的。編制該手冊的目的是為從事錨桿支護(hù)的技術(shù)人員提供一個(gè)可供參考的、涉及錨桿支護(hù)設(shè) 計(jì)、施工、監(jiān)測以及錨桿產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)等方面的文件，希望以此達(dá)到規(guī)范設(shè)計(jì)和施工，促進(jìn)集團(tuán)公司錨桿支護(hù)技術(shù)發(fā)展，確保安全生產(chǎn)的目的。 第二章 錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法 巷道支護(hù)的目的就在于使巷道在服務(wù)期間保持穩(wěn)定。而支護(hù)設(shè)計(jì)的目的就是在保持巷道穩(wěn)定的前提下確定更經(jīng)濟(jì)合理的支護(hù)形式與參數(shù)。因此，錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)是關(guān)系到錨桿支護(hù)巷道工程質(zhì)量優(yōu)劣、是否安全可靠及經(jīng)濟(jì)是否合理的基礎(chǔ)。應(yīng)當(dāng)指出的是，尋求一種絕對合理能適應(yīng)絕大多數(shù)巷道支護(hù)應(yīng)用的錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法，多年來一直是專家、學(xué)者追求的目標(biāo)，但是，由于礦井條件復(fù)雜多變，不確定因素多 ，加之當(dāng)前研究手段的制約，至今尚未有一種設(shè)計(jì)方法“放之四海而皆準(zhǔn)”。根據(jù)不同理論所建立的錨桿支護(hù)計(jì)算和設(shè)計(jì)方法，均存在一定的局限性，因此，設(shè)計(jì)者在進(jìn)行特定條件下的錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，首先需要對設(shè)計(jì)對象進(jìn)行深入全面的了解，然后可根據(jù)相應(yīng)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。需要強(qiáng)調(diào)指出的是，錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的設(shè)計(jì)過程，應(yīng)遵循地質(zhì)力學(xué)評估→初步設(shè)計(jì)→監(jiān)測與信息反饋→修改完善設(shè)計(jì)的原則。通過這樣一個(gè)過程，才能最終確定比較科學(xué)、合理的錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)。 目前，國內(nèi)外錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法主要?dú)w納為三大類：（也有分為四大類）即： 工程類比法、理論計(jì)算法、數(shù)值模擬法、（監(jiān)測法）。 第一節(jié) 錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)工程類比法 直接類比法 工程類比法在煤巷錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)中應(yīng)用比較廣泛。這種方法是根據(jù)已開掘的，成功應(yīng)用錨桿支護(hù)巷道的地質(zhì)與生產(chǎn)條件與待開掘的巷道條件進(jìn)行對比，在各種條件基本相同的情況下，參照已掘巷道的支護(hù)形式與參數(shù)，來設(shè)計(jì)待掘巷道的各種支護(hù)參數(shù)。 采用工程類比法進(jìn)行錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，要求相比的兩條巷道的條件要基本相似，不能有較大的差異。比較的內(nèi)容要全面、細(xì)致、可靠，不僅要抓住主要因素，而且不能忽略細(xì)節(jié)，工程類比的內(nèi)容主要有以下 幾個(gè)方面： （ 1）圍巖物理力學(xué)性質(zhì)。 圍巖物理力學(xué)性質(zhì)包括巷道頂?shù)装?、煤層賦存狀態(tài)、物理力學(xué)參數(shù)。巷道頂?shù)装鍛?yīng)取巷道寬度 1~ 倍范圍巖層進(jìn)行比較。物理性質(zhì)包括巖性、礦物成份、密度、孔隙率、水理性質(zhì)等內(nèi)容。力學(xué)性質(zhì)包括抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、彈性模量等，其中，巖層的單軸抗壓強(qiáng)度是最常用的力學(xué)指標(biāo)。 （ 2）圍巖結(jié)構(gòu)特征 。指煤巖體內(nèi)節(jié)理、層理、裂隙等不連續(xù)面的空間結(jié)構(gòu)特征。 （ 3）地質(zhì)構(gòu)造。 地質(zhì)構(gòu)造對煤巖體的完整性和穩(wěn)定性有明顯的影響，對巷道支護(hù)形式與參數(shù)的選取起關(guān)鍵性作用。因此，必須搞清。 （ 4）地應(yīng)力。 地應(yīng)力大 小與方向是影響巷道變形與破壞的重要因素之一，地應(yīng)力一般分為垂直應(yīng)力和水平應(yīng)力。地應(yīng)力對比參數(shù)一般應(yīng)包括垂直主應(yīng)力的大小方向，最大水平主應(yīng)力的大小方向，最小水平主應(yīng)力的大小方向，以及最大水平主應(yīng)力與巷道軸線的夾角。 （ 5）巷道特征與使用條件。 包括巷道斷面形狀、尺寸等。 （ 6）開采深度。 隨著開采深度的增加，地應(yīng)力在增加。采深是巷道支護(hù)必須考慮的重要因素。 （ 7）煤柱尺寸。 煤柱尺寸的大小對礦壓顯現(xiàn)的大小及巷道維護(hù)的難易有著重要影響。 （ 8）采動(dòng)影響特征。 采動(dòng)影響狀況包括：采動(dòng)空間關(guān)系、采動(dòng)時(shí)間關(guān)系、采動(dòng)次數(shù)等。采 動(dòng)對采準(zhǔn)巷道圍巖變形與破壞影響很大，類比時(shí)應(yīng)作為一個(gè)重要考慮因素。 經(jīng)驗(yàn)公式 經(jīng)驗(yàn)公式是在大量支護(hù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，得出的指導(dǎo)支護(hù)設(shè)計(jì)，計(jì)算錨桿相關(guān)參數(shù)的簡單公式。采用經(jīng)驗(yàn)公式來選擇和確定錨桿相關(guān)參數(shù)，在目前的錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)中應(yīng)用相當(dāng)普遍，它簡便易行，但也存在著明顯的缺陷和弊端：一是經(jīng)驗(yàn)公式只能提供錨桿支護(hù)的主要參數(shù)（錨桿長度、直徑、間排距等），而其他重要參數(shù)，如錨桿桿體結(jié)構(gòu)、預(yù)緊力、錨固長度、托板結(jié)構(gòu)與尺寸等，很難在經(jīng)驗(yàn)公式中全面反映。二是經(jīng)驗(yàn)公式一般只考慮巷道寬度、高度、巖石軟硬程度、結(jié)構(gòu)面分布，而影 響巷道變形和破壞的因素還有很多，經(jīng)驗(yàn)公式都不能全面、客觀地反映。因此，經(jīng)驗(yàn)公式提供的支護(hù)參數(shù)一般只能作為參考，不能不顧巷道的具體條件生搬硬套。在此介紹一些應(yīng)用較多、效果較好的經(jīng)驗(yàn)公式，供設(shè)計(jì)者參考： （ 1）錨桿長度的選取與計(jì)算 ① Hoek 與 Brown等提出確定錨桿長度的一般經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則： 最小錨桿長度 =[錨桿間距的兩倍、三倍不連續(xù)面平均間距所確定的不穩(wěn)定巖塊寬度，巷道跨度之半 ]。 ② Lang 與 Bischoog認(rèn)為： 錨桿長度與錨桿間排距之比應(yīng)為 ~，錨桿長度 L與巷道寬度的函數(shù)關(guān)系為： L=B2/3 ③ Schach 等人提出確定錨桿長度的經(jīng)驗(yàn)公式為： L=+(非預(yù)應(yīng)力錨桿 ) L=+(1+)1/2(預(yù)應(yīng)力錨桿 ) ④日本的經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為： 錨桿長度與巷道寬度或高度的 ，如果再加長錨桿，支護(hù)效果將不會(huì)明顯變化。 ⑤我國學(xué)者提出錨桿長度的經(jīng)驗(yàn)公式 對于巖巷錨噴支護(hù)巷道： L=N(+W/10) 對于煤巷： L=N(+W/10) 式中： W— 巷道或峒室跨度 m L— 錨桿總長度 m N— 圍巖影響系數(shù)（按表 1選?。? 表 1 圍巖類別影響系數(shù)取值 圍巖類別 Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ 圍巖影響系數(shù)N ⑥其他經(jīng)驗(yàn)公式 頂板錨桿長度： L=2+幫錨桿長度： L=2+式中： B— 巷道寬度 m； H— 巷道高度 m； K— 由圍巖性質(zhì)等有關(guān)的系數(shù)，一般取 3~5。 （ 2）錨桿間排距選取與計(jì)算 ① Hoek 與 Brown等人提出： 最大錨桿間距 =[錨桿長度之半、 倍不連續(xù)間距確定的不穩(wěn)定巖塊寬度 ]。 ② Lang 與 Bischoog認(rèn)為： 錨桿間排距與錨桿長度之比為 2/3~5/6 比較合理。 ③ Schach 等從拱形巷道頂部能夠形成有效的壓力拱出發(fā)認(rèn)為： 錨桿長度 與錨桿間距的比值應(yīng)接近 2。 ④新奧法對錨桿間距提出的準(zhǔn)則 : 硬巖，錨桿間距取 ~ 中硬巖石，錨桿間距取 松軟破碎巖體，錨桿間距取 ~ ⑤我國學(xué)者提出錨桿間距經(jīng)驗(yàn)公式為： 對于巖巷錨噴支護(hù)：錨桿間距 M≤ 對于煤巷錨桿支護(hù)：錨桿間距 M≤ 以圍巖穩(wěn)定性分類為基礎(chǔ)的錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)建議 （ 1）我國《緩傾斜、傾斜煤層回采巷道圍巖穩(wěn)定性分類方案》 。 經(jīng)過多年的應(yīng)用和不斷完善，已經(jīng)發(fā)展成為包括緩傾斜、傾斜、急傾斜煤層及不同煤層厚度的所有回采巷道的分類。煤巷圍巖穩(wěn)定性分為五 個(gè)類別：Ⅰ類非常穩(wěn)定，Ⅱ類穩(wěn)定，Ⅲ類中等穩(wěn)定，Ⅳ類不穩(wěn)定，Ⅴ類及極不穩(wěn)定。在圍巖穩(wěn)定性分類的基礎(chǔ)上，結(jié)合已有的支護(hù)設(shè)計(jì)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提出了巷道錨桿支護(hù)基本形式和主要參數(shù)選擇的建議，見表 2。 表 2 巷道頂板錨桿支護(hù)形式與主要支護(hù)參數(shù)選擇 巷道類別 巷道圍巖穩(wěn)定狀況 基本支護(hù)形式 主要支護(hù)參數(shù) Ⅰ 非常穩(wěn)定 整體砂巖、石灰?guī)r類巖層：不支護(hù) 其他巖層：單體錨桿 端錨：桿體直徑：≥ 16mm 錨桿長度： ~ 間排距： ~ 設(shè)計(jì)錨固力：≥ 64KN Ⅱ 穩(wěn)定 頂板較完整：單體錨桿 頂板較破碎：錨桿 +網(wǎng) 端錨：桿體直徑： 16~18mm 錨桿長度： ~ 間排距： ~ 設(shè)計(jì)錨固力： 64~80KN Ⅲ 中等穩(wěn)定 頂板較完整 :錨桿 +鋼筋梁，或桁架 頂板較破碎： 錨桿 +w剛帶（或鋼筋梁） +網(wǎng)，或增加錨索 桁架 +網(wǎng)，或增加錨索 端錨：桿體直徑： 16~18mm 錨桿長度： ~ 間排距： ~ 設(shè)計(jì)錨固力： 64~80KN 端錨或全