技术摘要：
本发明公开了一种深部软弱煤岩大断面巷道预应力锚杆压缩拱布置方法该方法主要针对深部软岩大断面巷道，巷道埋深H为H≥800.0m，煤岩岩性粘结力c为c＝0.6～1.5MPa，内摩擦角φ为φ＝16°～28°。该方法主要用于确定深部不同岩性软岩大断面巷道预应力锚杆形成有效合理承载压  全部
背景技术：
深部大断面软岩巷道在安徽两淮矿区及全国其它矿区普遍存在，针对巷道埋置深 (一般H≥800m)、围岩岩性差(粘结力c＝(0.7～1.0)MPa，内摩擦角φ＝(18°～22°))以及巷 道断面大(S≥16m2)的深部软弱煤岩大断面巷道，围岩松动圈厚度一般满足LP≥3000mm，如 图1，对于LP≥3000mm大松圈厚度深部软弱煤岩，目前广泛采用预应力锚杆(索)等组合支 护，预应力锚杆作用使巷道浅层一定范围软弱煤岩形成压缩拱并使作用范围内软弱煤岩强 度明显提高，压缩拱整体承载并与其它支护共同作用保持围岩稳定。选择合理锚杆长度、锚 杆间排距、锚杆预紧力等预应力锚杆参数，巷道围岩中形成一定厚度相互作用成整体且强 度明显提高压缩拱，对于充分发挥软弱煤岩自承载力保持软弱煤岩变形稳定尤为重要，在 工程中有广泛应用价值。但工程中目前主要依靠经验选择预应力锚杆支护参数，如安徽两 淮矿区针对大断面巷道，普遍采用锚杆长度L≈2800mm的长锚杆、间排距a×b≈800mm× 800mm的宽间距锚杆布置，锚杆预紧力F≈60kN且未考虑岩性变化影响，工程中难以形成有 效的压缩拱或合理承载压缩拱。
技术实现要素：
(一)解决的技术问题 针对现有技术的不足，本发明提供了一种深部软弱煤岩大断面巷道预应力锚杆压 缩拱布置方法，解决了现有的矿区针对大断面巷道，普遍采用锚杆长度L＝2800mm的长锚 杆、间排距a×b≈800mm×800mm的宽间距锚杆布置，锚杆预紧力F≈80kN且未考虑岩性变 化，工程中难以形成有效的压缩拱或合理承载压缩拱的问题。 (二)技术方案 为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种深部软弱煤岩大断面 巷道预应力锚杆压缩拱布置方法，包括以下步骤： (1)确定巷道围岩为软弱煤岩时合理锚杆支护参数取值范围； (2)现场取芯实验室确定巷道围岩力学性质； (3)模拟分析锚杆支护参数合理取值。 优选的，所述步骤(1)中巷道围岩为软弱煤岩时合理锚杆支护参数取值范围的确 定依据工程广泛存在的煤、泥岩等岩石力学参数取值范围，通过理论分析、数值模拟以及现 场实验等手段确定合理锚杆预紧力F、锚杆长度L及锚杆间排距a×b取值范围。 优选的，所述步骤(2)中的巷道围岩取芯实验室确定巷道围岩力学性质的确定包 括现场取芯步骤与实验室确定围岩力学性能参数步骤，所述力学性能参数包括岩石粘结力 c、内摩擦角φ、弹性模量E、泊松比λ以及抗压强度σ。 3 CN 111594238 A 说　明　书 2/3 页 优选的，所述步骤(3)中的模拟分析锚杆支护参数合理取值主要包括依据围岩力 学性质初步选择锚杆支护参数取值范围并采用建立的模型模拟分析不同锚杆预紧力F、不 同锚杆长度L及间排距a×b时围岩附加应力及位移梯度分布，依据围岩附加应力及位移梯 度分布均匀性确定合理锚杆预紧力F、锚杆长度L及锚杆间排距a×b。 优选的，所述力学性能参数围岩粘结力c、内摩擦角φ，按以下要求确定预应力锚 杆合理参数形成有效合理承载的压缩拱： [1]、围岩粘结力c＝(0.6～0.8)MPa、内摩擦角φ＝(16°～19°)的软弱煤岩时，锚 杆间排距a×b＝(500～550)mm，锚杆长度L＝(1500～1800)mm，预紧力F＝(70-80)KN； [2]、围岩粘结力c＝(0.8～1.2)MPa、内摩擦角φ＝(19°～23°)的软弱煤岩时，锚 杆间排距a×b＝(450～500)mm，锚杆长度L＝(1800～2000)mm，预紧力F＝(80～90)KN； [3]、围岩粘结力c＝(1.2～1.5)MPa、内摩擦角φ＝(23°～28°)的软弱煤时，锚杆 间排距a×b＝(500～550)mm，锚杆长度L＝(2000～2200)mm，预紧力F＝(90～100)KN有益效 果 本发明提供了一种深部软弱煤岩大断面巷道预应力锚杆压缩拱布置方法。具备以 下有益效果： 该深部软弱煤岩大断面巷道预应力锚杆压缩拱布置方法，通过针对围岩松动圈厚 度Lp≥3000mm的深部大断面软岩巷道，根据围岩力学性质选择合理锚杆预紧力F、锚杆长度 L、锚杆间排距a×b等预应力锚杆支护参数，保证了预应力锚杆压缩拱有效合理承载，改变 了以往长锚杆、大间距预应力锚杆布置难以形成有效及合理承载压缩拱的缺陷，同时减少 了长锚杆布置带来的钻眼费用及二次支护费用的提高，由于及时形成了有效压缩拱及时给 围岩提供了支护反力保持了围岩稳定，做到了安全高效施工。 附图说明 图1为现有预应力锚杆(索)组合支护示意图； 图2为深部软弱煤岩大断面巷道预应力锚杆目前常用布置方式示意图； 图3本发明深部软弱煤岩大断面巷道预应力锚杆采用的布置方式示意图； 图4为本发明提供的不同粘结力c及内摩擦角φ软弱煤岩应选择的合理锚杆预紧 力F、合理锚杆长度L以及合理锚杆间排距a×b取值范围表； 图5安徽淮北袁一矿南翼回风大巷原巷道锚杆支护参数直墙帮部表面附加压应力 分布图； 图6本发明专利锚杆支护参数直墙帮部表面附加压应力叠加分布图； 图7为本发明锚杆支护参数围岩松动破碎钻孔摄像观测结果图。