[发明专利]煤矿巷道顶板锚索预紧力确定方法

说明书

本发明提供了一种煤矿巷道顶板锚索预紧力确定方法，涉及矿井巷道支护技术领域，具体的步骤包括：A.获取巷道顶板岩层赋存特征参数和顶板的物理力学参数；B.预计巷道顶板允许下沉量Lsubgt;0/subgt;；C.进行锚索性能测试，获取锚索拉力—伸长量关系曲线，得到锚索极限拉拔力Fsubgt;0/subgt;和锚索锁体屈服时伸长量Lsubgt;max/subgt;；D.根据锚索张拉变形与顶板下沉相协调的原理，获取锚索张拉预紧后的允许伸长量即顶板允许下沉量，锚索张拉预紧时的最大伸长量Lsubgt;1/subgt;＝Lsubgt;max/subgt;‑Lsubgt;0/subgt;；E.根据锚索拉力‑伸长量关系曲线，确定锚索张拉预紧达到最大伸长量Lsubgt;1/subgt;时的锚索拉力为锚索预紧力；该方法解决了锚索施工过程中预紧力偏大或偏小不能发挥锚索支护性能的问题。

技术领域

本发明涉及矿井巷道支护技术领域，尤其是一种煤矿巷道顶板锚索预紧力确定的方法。

背景技术

随着煤矿机械化、智能化水平的不断提升，井下巷道掘进断面不断增大，锚索的使用范围越来越广，然而锚索支护设计的过程中，侧重于锚索长度、间排距、布置方式、锚索锚固力等参数的设置，对锚索预紧力考虑存在不足。

锚索预紧力是锚索支护中的关键参数，对支护效果起着关键性的作用。锚索的支护效能是通过改善围岩应力环境、提高围岩自承载能力实现的。当锚索预紧力过低时，锚索支护所形成的有效压应力区小，且孤立分布，无法使锚固范围内岩体快速形成自承载结构，主动支护效果差；锚索预紧力过大时，一方面易造成锚索因过度拉伸而让压变形量不足而破断，另一方面锚索自由段或钢筋线之间承受较大的不均匀载荷而使实际锚索支护能力降低。煤矿中锚索预紧力一般确定为锚索拉断载荷的40％～70％，具有一定的工程价值，但仍不能满足工程实际的需求，因此需要提供一种基于煤矿巷道工程实际的锚索支护预紧力确定方法。

发明内容

为了解决预紧力偏小导致主动支护效果差，预紧力偏大导致锚索支护能力降低的技术问题，充分发挥提高锚索主动支护效果，精确确定锚索预紧力，本发明提供了一种煤矿巷道顶板锚索预紧力确定方法，具体技术方案如下。

煤矿巷道顶板锚索预紧力确定方法，包括：

步骤A.获取巷道顶板岩层赋存特征参数和顶板的物理力学参数；

步骤B.预计巷道顶板允许下沉量L₀；

步骤C.进行锚索性能测试，获取锚索拉力—伸长量关系曲线，得到锚索极限拉拔力F₀，以及锚索锁体屈服时伸长量L_max；

步骤D.根据锚索张拉变形与顶板下沉相协调的原理，确定锚索张拉预紧后的允许伸长量即顶板允许下沉量，计算锚索张拉预紧时的最大伸长量L₁＝L_max-L₀；

步骤E.根据锚索拉力—伸长量关系曲线，确定锚索张拉预紧达到最大伸长量L₁时的锚索拉力为锚索预紧力。

进一步的，巷道顶板岩层赋存特征参数包括直接顶厚度、基本顶厚度、巷道断面形状和巷道尺寸，顶板的物理力学参数包括顶板岩性、单轴抗压强度、容重和弹性模量；巷道顶板岩层赋存特征参数和顶板的物理力学参数通过现场勘测和查阅矿井地质资料的方式获取。

进一步的，巷道顶板允许下沉量L₀通过理论计算或工程类比确定；通过工程类比确定时取顶板离层量阈值为巷道顶板允许下沉量L₀；通过理论计算确定时巷道顶板允许下沉量L₀计算如下：

式中，γ为巷道顶板下部岩层容重；E为巷道顶板下部岩层等效弹性模量；D为巷道宽度；h₀为巷道顶板下部岩层厚度，其中巷道顶板下部岩层为顶板锚杆支护范围内的岩层。