本發(fā)明涉及礦用錨桿支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其是一種巷道支護(hù)用錨桿的長度確定方法，適用于一般條件下的巷道錨桿支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)。
背景技術(shù)：
錨桿支護(hù)是提高巷道圍巖穩(wěn)定性的有效手段，錨桿置入巖體部分通過桿體與黏結(jié)劑、黏結(jié)劑與巖孔壁間的黏結(jié)力與巖體牢固錨結(jié)，部分長度裸露在巖體外面，擠壓住圍巖或使錨桿從里面拉住圍巖，因此錨桿桿體置入巖體部分的長度將直接影響錨固力大小，進(jìn)而影響支護(hù)的效果。
目前錨桿長度參數(shù)確定的常用方法有工程類比法、理論計(jì)算法及實(shí)例法。
工程類比法是根據(jù)已經(jīng)支護(hù)的類似工程的經(jīng)驗(yàn)，通過工程類比，直接提出長度參數(shù)。它與設(shè)計(jì)者的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)有很大關(guān)系，要求每一個(gè)設(shè)計(jì)人員都具有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)是不切實(shí)際的。設(shè)計(jì)者將特定圍巖條件下的設(shè)計(jì)與相應(yīng)條件下個(gè)別工程的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)聯(lián)系起來進(jìn)行工程類比，而后做出比較合理的設(shè)計(jì)方案，該設(shè)計(jì)方法受設(shè)計(jì)人員的主觀性影響比較大，準(zhǔn)確性較差。
理論計(jì)算法是根據(jù)懸吊理論、承壓拱理論、松動(dòng)圈理論等確定錨桿長度參數(shù)，該設(shè)計(jì)方法繁瑣，影響因素多，很難適應(yīng)不同位置巷道復(fù)雜多變的地質(zhì)特征。
實(shí)例法是根據(jù)巷道的地質(zhì)環(huán)境和現(xiàn)場實(shí)際觀測資料，如地應(yīng)力、頂板巖層位移及錨桿承載特性等參數(shù)，利用巖石力學(xué)原理與數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行巷道支護(hù)的設(shè)計(jì)方法，需要的儀器設(shè)備較多、過程繁瑣、耗時(shí)費(fèi)力，其復(fù)雜性導(dǎo)致該方法不能適應(yīng)煤礦高產(chǎn)高效要求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了克服現(xiàn)有錨桿長度參數(shù)確定中普遍存在的準(zhǔn)確性差且較復(fù)雜的不足，本發(fā)明提供一種巷道支護(hù)用錨桿的長度確定方法，該方法操作簡單，易實(shí)施，準(zhǔn)確性高，錨固效果好，勞動(dòng)強(qiáng)度低，效率高，經(jīng)濟(jì)效益高。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是：
一種巷道支護(hù)用錨桿的長度確定方法，操作步驟如下：
第一步：依據(jù)巷道斷面設(shè)計(jì)尺寸掘進(jìn)巷道，在形成巷道輪廓線之后，根據(jù)巷道斷面形狀，做出巷道輪廓線的外接圓，確定外接圓的半徑r；
第二步：基于塑性力學(xué)和巷道圍巖塑性松動(dòng)圈理論，得出巷道圍巖塑性區(qū)的發(fā)育深度為h，
第三步：做與外接圓同圓心的塑性區(qū)拓展同心圓，其半徑為
第四步：確定錨桿的合理長度l，錨桿的合理長度l＝l1+l2+l3，其中l(wèi)1為錨桿外露長度，根據(jù)松動(dòng)圈理論，錨桿外露長度取0.15m；l2為巷道表面到塑性區(qū)拓展同心圓的距離；l3為錨桿錨入堅(jiān)硬穩(wěn)定圍巖的長度，根據(jù)松動(dòng)圈理論，錨桿錨入堅(jiān)硬穩(wěn)定巖層的長度為0.3m-0.4m，實(shí)際中可按照錨桿錨固長度適當(dāng)調(diào)整，保證錨桿錨固端有效錨固在堅(jiān)硬圍巖中即可；
第五步：在各位置處的錨桿孔中安裝相應(yīng)確定了合理長度的錨桿；隨著巷道不斷向前掘進(jìn)，根據(jù)不同位置巷道的斷面尺寸，形成新的巷道輪廓線，重新進(jìn)行錨桿的合理長度的確定，接著重復(fù)以上步驟，直至整個(gè)巷道支護(hù)完成。
相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的一種巷道支護(hù)用錨桿的長度確定方法，首先，巷道斷面依據(jù)設(shè)計(jì)要求掘進(jìn)成型后，根據(jù)巷道斷面形狀，容易做出巷道輪廓線的外接圓，得到巷道輪廓線的外接圓半徑，為后續(xù)錨桿合理長度的確定提供基礎(chǔ)；其次，根據(jù)巷道所在位置的巖石物理力學(xué)性質(zhì)與應(yīng)力承載條件，利用彈塑性力學(xué)理論推導(dǎo)即可得到巷道圍巖塑性區(qū)的發(fā)育深度h，該方法理論可靠、數(shù)值準(zhǔn)確；再者，依據(jù)上述所確定的塑性區(qū)發(fā)育深度h，可得到巷道表面到塑性區(qū)拓展同心圓的距離l2，疊加錨桿錨入堅(jiān)硬穩(wěn)定圍巖長度l3與錨桿外露長度l1，即可得到錨桿的合理長度l。該方法簡單，容易操作，數(shù)值準(zhǔn)確性高，更加科學(xué)，為錨桿參數(shù)設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)；進(jìn)而，根據(jù)該長度參數(shù)的確定方法，使得錨桿錨固力滿足需要，能夠有效控制巷道圍巖的變形，解決了由于錨桿長度較短帶來的錨固力不足，影響支護(hù)效果，以及錨桿長度過長帶來的錨桿材料浪費(fèi)、黏結(jié)劑浪費(fèi)，鉆孔速度低、鉆孔機(jī)具損耗，支護(hù)速度降低等問題，取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益，使得工人勞動(dòng)強(qiáng)度降低，支護(hù)速度加快，滿足礦井高產(chǎn)高效的要求。
附圖說明
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
圖中，1、巷道輪廓線，2、外接圓，3、塑性松動(dòng)圈，4、錨桿，r：巷道輪廓線的外接圓半徑，h：巷道圍巖塑性區(qū)的發(fā)育深度，r：塑性區(qū)拓展同心圓半徑。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
圖1示出了本發(fā)明一個(gè)較佳的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中箭頭為巷道所處地層中的等效圍巖應(yīng)力。
一種巷道支護(hù)用錨桿的長度確定方法，操作步驟如下：
第一步：依據(jù)巷道斷面設(shè)計(jì)尺寸掘進(jìn)巷道，在形成巷道輪廓線1之后，根據(jù)巷道斷面形狀，做出巷道輪廓線1的外接圓2，確定外接圓2的半徑r；
第二步：基于塑性力學(xué)和巷道圍巖塑性松動(dòng)圈理論，得出巷道圍巖塑性區(qū)的發(fā)育深度為h，巷道圍巖塑性區(qū)的發(fā)育深度h是根據(jù)巷道所在位置巖石的物理力學(xué)性質(zhì)得到的，做與外接圓2同圓心的塑性區(qū)拓展同心圓，其半徑為r＝r+h，此塑性區(qū)拓展同心圓即為圖1中的塑性松動(dòng)圈3；
第三步：確定錨桿4的合理長度，錨桿4的合理長度為巷道表面到塑性區(qū)拓展同心圓的距離，疊加錨桿錨入堅(jiān)硬穩(wěn)定圍巖5的長度以及錨桿4外露的長度。可見，巷道斷面內(nèi)的錨桿4長度是不同的，錨桿4長度在巷道輪廓線1與其外接圓2相接處需要安裝的錨桿4長度最小。不同長度的錨桿在巷道斷面內(nèi)的布局合理，整體支護(hù)效果好，避免了錨桿4長度過長帶來的錨桿材料浪費(fèi)、黏結(jié)劑浪費(fèi)、鉆孔速度低、鉆眼機(jī)具損耗、支護(hù)速度降低等問題，經(jīng)濟(jì)高效。
本發(fā)明是以巷道圍巖塑性松動(dòng)圈為基礎(chǔ)，提出的一種合理錨桿4長度的確定方法。首先根據(jù)巷道斷面形狀，做出巷道輪廓線1的外接圓2，然后依據(jù)圍巖塑性區(qū)發(fā)育深度作該外接圓2的拓展同心圓，巷道表面至塑性區(qū)拓展同心圓的距離，疊加錨桿4錨入堅(jiān)硬穩(wěn)定圍巖5的長度與錨桿外露長度，即得到錨桿(4)合理長度參數(shù)。
上述技術(shù)方案確定錨桿合理長度的過程簡單、操作方便、準(zhǔn)確性較高，節(jié)省了錨桿桿體材料、避免浪費(fèi)，使得鉆孔施工速度加快，工人勞動(dòng)強(qiáng)度降低，提高錨桿對圍巖的控制效能，為煤礦安全生產(chǎn)提供了有利條件。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對本發(fā)明做任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)，對以上實(shí)施例所做出的任何簡單修改和同等變化，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。