[发明专利]一种巷道离层型顶板锚杆支护的设计方法

说明书

本发明公开了一种巷道离层型顶板锚杆支护的设计方法，包括以下步骤：对离层型顶板进行界定，通过岩性及力学模型计算判断出顶板是否会发生离层；离层单独作用下锚杆的荷载计算；锚杆支护参数设计。该方法建立力学模型，得出离层型顶板的锚杆荷载分布规律，并通过系统锚杆荷载求解，对锚杆直径、间排距及锚固长度进行设计。

技术领域

本发明属于煤矿技术领域，涉及一种顶板锚杆支护的设计方法，具体地说，涉及一种巷道离层型顶板锚杆支护的设计方法。

背景技术

锚杆在作用过程中，锚固系统作用机理是极其复杂的，尤其当围岩出现离层时，离层对杆体产生附加的应力，并改变了原有的应力分布，在离层处会出现应力集中，荷载增大的现象，离层对杆体的不利影响会造成安全隐患。目前现有技术中急需一种巷道离层型顶板锚杆支护的设计方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种巷道离层型顶板锚杆支护的设计方法，该方法建立力学模型，得出离层型顶板的锚杆荷载分布规律，并通过系统锚杆荷载求解，对锚杆直径、间排距及锚固长度进行设计。

其具体技术方案为：

一种巷道离层型顶板锚杆支护的设计方法，包括以下步骤：

步骤1、对离层型顶板进行界定，通过岩性及力学模型计算判断出顶板是否会发生离层：

煤矿覆岩所特有的沉积环境形成的层状岩体，岩层层面多为岩体结构中的弱面，岩层层面的拉裂、剪切滑移都易发生离层，离层位置及离层值的确定是锚杆支护设计的基础；

基于关键层理论及组合梁荷载计算公式，判断离层可能发生的位置：

当(q_n+1)₁＜(q_n)₁，(q_n)₁为该组第n层对第1层的载荷，就说明第n+1层岩层对第1层岩层施加不到载荷了，此时认为第n分层与第n+1分层之间是具备发生离层条件的位置。

将顶板岩梁模型简化为简支梁受均布荷载作用，计算岩层的挠度：

式中，E_i为第i个关键岩层的弹性模量；q_i为作用在第i个关键岩层的荷载，根据式(1)求得；L＝B+2B₀，B为巷道宽度，B₀为附加跨度；I_i为惯性矩，I_i＝h_i³/12，h_i为第i个关键岩层的高度；

根据普氏理论，侧壁处与破裂面的夹角为求得附加跨度：

式中，H为巷道高度，为巷帮岩体的内摩擦角。

离层值b应为两个相邻层组之间的挠度差：

b＝w_i-w_i+1 (4)

步骤2、离层单独作用下锚杆的荷载计算

全长锚固锚杆长度L，x为距离巷道表面的距离，x₀为离层发生位置，锚固体直径(即孔径)D，锚杆直径为d，锚杆弹性模量E_b，浆体弹性模量E_g，复合弹性模量锚杆界面剪应力为τ(x)，轴力为P(x)，剪切位移为u(x)。根据岩层移动时拉拔荷载对锚杆的作用机理，建立理论模型，采用二阶段线性剪切滑移模型，对离层作用荷载进行弹塑性分析；

结合式(5)、(6)有：