锚杆支护原理

1、锚杆支护一、锚杆支护原理1、锚杆的悬吊作用悬吊作用是指用锚杆将软弱的直接顶板吊挂在其上的坚固老顶之 上。如图1所示，或者是用锚杆将因巷道开挖而引起松动的岩块连接 在松动区外的完整坚固岩石上，使松动岩块不至冒落。锚杆的悬吊作用2、锚杆的组合梁理论利用锚杆的拉力将层状岩层组合起来形成组合梁结构进行支护，这就是锚杆组合梁作用。组合梁作用的本质在于通过锚杆的预拉应力 将原视为叠合梁的岩层挤紧，增大岩层间的摩擦力；同时，锚杆本身 也提供一定的抗剪能力，阻止其层间错动。锚杆把数层薄的岩层组合 成类似铆钉加固的组合梁，这时被锚固的岩层便可看成组合梁， 全部 锚固层能保持同步变形，顶板岩层抗弯刚度得以大大提高

2、。锚杆的组合作用3、锚杆锲固作用是指在围岩中存在一组或多组不同产状的不连续面的情况下， 由 于锚杆穿过这些不连续面，防止或减少了围岩沿不连续面的移动。 如 图3。6p顶板线6 b 锚杆的楔固作用6 p6 p6 b6 pcos2a + 6bsin 2) 一6 b)sin a cos a节理面顶板线锚杆的楔固作用4、挤压加固拱作用形成以锚杆头和紧固端为顶点的锥形体压缩区。如将锚杆沿拱形 巷道周边按一定间距径向排列，在预应力作用下，每根锚杆周围形成 的锥形体压缩区彼此重叠联结，在围岩中形成一连续压缩带。它不仅 能保持自身的稳定，而且能承受地压，组织上部围岩的松动和变形。显然，对锚杆施加预紧力是形成加

3、固拱的前提。锚杆的挤压加固拱锚杆的挤压加固拱5、锚杆的减跨作用如果把不稳定的顶板岩层看成是支撑在两帮的叠合梁， 由于可视 悬吊在老顶上的锚杆为支点， 安设了锚杆就相当于在该处打了点柱增 加了支点而减少了顶板的跨度， 从而降低了顶板岩层的弯曲应力和挠 度，维持了顶板与岩石的稳定性，使岩石不易变形和破坏。这就是锚 杆的“减跨”作用，它实际上来源于锚杆的悬吊作用。上述几种锚杆支护作用并非是孤立存在的， 实际上是相互补充的 综合作用， 只不过在不同地质条件下， 某种支护作用占的地位不同而二、锚杆支护作用机理分析巷道开掘以后， 由于受掘进工作面迎头及两帮的支撑， 顶板下沉 和变形很小。此时安装锚杆，其主

4、要作用是控制顶板浅部岩层的离层、 滑动。锚杆安装越及时，预应力越大，则锚固范围内岩层的整体刚度 越高，岩层处于压缩状态， 岩层间不发生离层和弯曲变形等有害变形， 岩层的完整性和整体强度得到保持。相反，如果锚杆没有预应力， 则只有当岩层产生一定变形时锚杆 才有载荷， 显然不能控制在这以前顶板岩层的离层和错动， 导致顶板 从浅部向深部逐渐离层、破坏，失去完整性与稳定性。预应力太小也 不能起到有效约束顶板离层的作用。 如果锚杆安装不及时， 较大范围 内的岩层已产生离层、滑动，岩层承载能力丧失很大，再打锚杆，支 护效果效果会受到明显影响。 综上所述，提出锚杆支护机理的要点为：(1) 锚杆支护主要作用在

5、于控制锚固区围岩的离层、滑动、裂隙 张开、新裂纹产生等扩容变形与破坏，尽量使围岩处于受压状态，抑 制围岩弯曲变形、 拉伸与剪切破坏的出现， 最大限度地保持锚固区围 岩的完整性，提高锚固区围岩的整体强度和稳定性。(2) 在锚固区内形成刚度较大的次生承载结构，阻止锚固区外岩层产生离层，同时改善围岩深部的应力分布状态(3) 为了实现上述支护效果，锚杆支护系统的刚度十分重要，特 别是锚杆预应力起着决定性作用。 根据巷道围岩条件确定合理的锚杆 预应力是支护设计的关键。 当然，较高的预应力要求锚杆具有较高的 强度。(4) 锚杆预应力的大小对支护效果非常重要，锚杆预应力的扩散 同样重要。单根锚杆预应力的作用

6、范围是很有限的，必须通过托板、 钢带和金属网等构件将锚杆预应力扩散到离锚杆更远的围岩中。 特别 是对于巷道表面， 即使施加很小的支护力， 也会明显抑制围岩的变形 与破坏，保持顶板的完整。因此，钢带、金属网等护表构件在预应力 支护系统中发挥重要的作用。(5) 鉴于锚杆支护的上述作用，锚杆支护应尽量一次支护就能 有效控制围岩变形与破坏，避免二次支护和巷道维修。三、锚索支护作用机理分析锚索作为锚杆的一种， 从加固拱理论上讲， 它能使更大直径的巷 道围岩成为一个整体，使其具有更强的承载能力；从悬吊理论上讲， 它更有把握围岩悬吊于稳定的老顶中， 确保巷道支护的可靠性。锚索与锚杆相比， 具有锚固深度大、

7、可施加较大的预紧力等诸多 优点，是困难巷道工程支护加固不可缺少的重要手段。 锚索的作用主要有两方面：其一是将锚杆支护形成的次生承载结构与深部围岩相 连，提高次生承载结构的稳定性， 同时充分调动深部围岩的承载能力， 使更大范围内的岩体共同承载； 其二是锚索施加较大的预紧力， 可挤 紧和压密岩层中的层理、 节理裂隙等不连续面， 增加不连续面之间的 抗剪力，从而提高围岩的整体强度。20mm勺等强螺纹钢锚杆的锚固力130KN抗拉载荷156KN锚 索15.24mm的锚索锚固力不低于200KN最低抗断载荷为260KM 所以，锚索无论从锚固力及材料的破断力上讲， 都远远优于螺纹钢锚 杆。四、锚杆支护技术管理

8、规定第3条 锚杆的锚固方式1、端 锚：树脂锚固段长度350mm。2、加长锚：树脂锚固段长度700mm。3、全 锚：树脂锚固段长度锚深的80% ;水泥锚固段长度为锚深的 100%。一般情况下应采用加长锚；皿V类煤巷顶板和深部全岩巷道严禁 使用端锚。6、锚杆布置一般要沿巷道轴线方向的岩面上成菱形排列。锚杆 间排距一般在6001200mm。要在作业规程中明确规定。顶板靠巷 道两帮的锚杆，必须向巷道两帮倾斜，锚固端距各自邻近帮距离不小 于0.5m并与钢带连接；巷道两帮肩角锚杆距顶板不大于400mm ,倾斜角度根据顶板倾角调整，保证锚固端在顶板岩石中；巷道两帮最 下一排锚杆距巷道底板不大于300mm（回

9、采顺槽起底掘进，煤层底板 为坚硬岩石时，最下一排锚杆锚至煤层底板岩石，距巷道底板不大于 600mm）,并向下倾斜，与水平线呈10 0。夹角，锚固端位于底板 岩石中。肩角锚杆一般比正常使用锚杆长 200mm。第8条煤巷锚杆支护质量监测和检查验收1、煤巷锚杆支护质量监测锚杆锚固力检测1201南综掘机存放硐室断面图单位：mm比例：1:50说明：1、銅=11.2 mi,S= 9.3m2、 采用 W钢带（4200X250X5mm配菱形网、20X L2500mi全螺纹钢等强锚杆支护顶板；两帮采用 20 x L2500mm全螺纹钢等强锚杆配W钢带及菱形网支护。3、锚杆排距为0.8米。4、 正常施工时每隔2.

10、1m在巷道顶板偏上帮200 mm施工1根锚索，锚索打在两顶板钢带中间， 严禁打在顶板钢带上。锚索距迎头最大不超过 30米。锚杆必须按规定做拉力实验。在井下做锚固力实验时，必须有安全措施。试验数量，巷道每成巷 30-50m 或每 300 根（含 300 根 以下）抽样一组（5根）进行检查。巷道内的锚索每 20根抽检2 根,锚索锚固力用张拉油缸进行检测。巷道交岔点和峒室的锚索视其 支护状况确定是否需要检测，由分管矿长或分管副总确定。锚固力 合格条件：被检查所有锚杆均应符合要求。 其中有 1 根不合格，继续 抽样检查，若再不符合要求， 由矿分管矿长组织分析锚杆质量不合格 原因，并采取补充加强支护措施

11、进行处理。拉拔试验后，应及时重新拧紧螺母；如果锚杆失效应及时补打锚杆。螺纹钢锚杆扭矩检测 对当班新打锚杆和迎头 10 米范围内锚杆，必须进行扭矩检测。每小班抽样一组（ 5 个）做螺母扭矩的检验，使用扭矩扳手，每个螺 母拧紧力矩应不小于400N m,埋深大于600米的深部巷道锚杆预紧 力5T。如果其中一个扭矩不合格，将扭矩不足的螺母重新拧紧；有 2 个以上不合格，应将所有螺母重新拧紧一遍，螺母还应每月检查一 次，对松动的螺母要拧紧。 使用新型锚杆时，扭矩及初锚力符合设计 要求。螺纹钢锚杆检测 每月随机抽样一组（ 5 根）锚杆送检，一组不合格再抽样一组； 若再不合格，分析原因，并按规定对有关责任单

12、位和人员进行处罚。 锚杆安装质量检查螺纹钢锚杆外露长度符合规定。 锚索外露长度不大于 200mm 。 锚杆角度：巷道各部位锚杆角度要符合设计要求。锚固剂安装位置监测每条锚杆安装时， 在未上托盘之前， 必须进行锚固剂位置检查， 并填写在班质量检查记录中。矿旬检、月检时也必须对锚固剂位置进行抽查。每次抽查不少于 5 根2、检查验收有关规定锚杆安装班次、人员要有明显标记，并记录于工程档案中。工区实行班验收制度，矿实行旬检查、月验收制度。检查验收结果纳 入巷道工程档案管理，进行巷道工程质量和巷道保修制考核。锚杆支护巷道须配齐 20 或 30 吨锚杆拉力计，并根据所使锚杆种类配 齐拉杆。同时，还应根据锚

13、杆直径，配齐锚杆扭矩搬手。 煤巷锚 杆支护巷道顶、帮基本支护形式、锚杆类型、锚杆直径、锚杆长度、 锚固力、锚固形式等要符合附表 1 要求，否则该巷道工程质量视为不 合格。凡因无质量标准化检查工具造成锚固力、 锚杆扭矩无法检查 的，锚固力和锚杆安设质量视为不合格。 使用不合格锚杆支护材料 的巷道工程，其巷道工程质量视为不合格。分管矿长、副总及专业管理人员必须按规定对锚杆锚固力等进行抽测， 并填表备查。第三节 锚喷支护第9 条 锚喷支护设计1、锚喷支护形式有四种：锚喷支护； 锚网喷支护；喷锚喷、锚网喷支护；喷锚 梁喷、锚网喷支护。2、锚喷支护适用范围：锚喷支护适用于服务年限 5 年以下石灰岩、砂岩

14、等坚硬完整岩 层巷道。 锚网喷支护适用于服务年限 5 年以下稳定及较稳定岩层 巷道。锚喷二次支护（高强锚杆一次支护）适用于服务年限5年以 上，埋深600米以上的开拓、准备巷道支护。喷锚梁喷、锚网喷 支护适用于处于松软、破碎带或应力集中区的二次锚网喷巷道支护。3、锚喷支护主要参数选择锚杆设计锚固力服务年限 5 年以下一般巷道，设计锚固力不低于 70KN ；服务年限 5 年以下主要巷道，设计锚固力不低于 100KN ；服务年限 5 年以上主要巷道，设计锚固力不低于 130KN 。锚杆长度不低于 1.6m 。喷锚喷、锚网喷支护巷道要实行加长 锚或全锚。喷射混凝土强度服务年限 5 年以上的锚喷巷道，

15、喷射混凝土强度应为 C18 以上； 服务年限 5 年以下的应为 C13 以上。特殊地点的锚喷巷道，喷射混 凝土强度必须在 C18 以上。（利用自然陶粒专利技术喷射混凝土强度 不小于此规定）。喷射混凝土厚度。服务年限 5 年以上的主要巷道，喷砼厚度一般不大于 150 毫米， 5 年以下的不大于 120 毫米，一般巷道不大于 100 毫米。第 10 条 喷浆材料的技术要求1、水泥：喷射砼所用水泥质量要符合标准要求，每批出厂要有 合格证，过期失效水泥禁止使用， 水泥标号不低于 425 #。2、砂子:采用河砂作配料，下井前要过筛，颗粒粗细要均匀，含 泥量按重量计算不大于 3%。3、石子:采用瓜子石作骨

16、料，颗粒直径为510mm。4、速凝剂：质量符合标准要求，每批有出厂合格证，过期失效速凝剂禁止使用，其配比为水泥重量的 24%。5、喷射混凝土配比：喷射砂浆的配比一般为 1：2；喷射砼配比 一般为 1：2：2。6、利用电厂粉煤灰喷浆时：粉煤灰组成：炉底灰80%，烟道灰20%。质量要求：粉煤灰严格按要求掺匀，不得有超过10mm的颗粒和脏杂物，其含泥量不得超过 3%。配比。初喷：水泥：粉煤灰：石子=1: 2 : 1.5 ;复喷：水泥:粉煤灰：石子=1: 2 : 2速凝剂用量为水泥用量的 24%。水灰比为0.40.5。7、利用自然陶粒喷浆时：自然陶粒：煤矸石自燃形成的具有陶粒特性的产物称为自燃氧 化的

17、煤矸石陶粒。经过锤式破碎机破碎，粒度15mm。配比。自燃氧化的煤矸石混合料：水泥=4: 1。速凝剂用量为水泥用量的 24%。水灰比为 0.40.65。第 11 条 锚喷支护工艺要求及有关规定1 、采用锚喷支护巷道必须按光爆要求施工，确保眼痕率不少于50%，超挖尺寸不大于150mm，欠挖不超过质量标准规定。2、锚喷二次支护工艺要求初期支护。采用初喷作临时支护。 初喷厚度不小于30mm，初 凝 20 分钟后进行打、 安锚杆及扒装。 锚杆间排距一般为 1.01.6m。一次支护。 按作业规程规定的距离和喷浆厚度完成第一次喷浆 支护。第一次支护必须进行拉线喷浆，在拱顶、拱肩、拱基处拉线， 不少于 5 条

18、，使巷道成形光滑、平整、无急角。一次喷浆厚度达不到 要求，严禁进行二次支护。 在一次喷浆支护时，要将里层锚杆栓铁丝 引出喷层之外， 作为布置外层锚杆的标志， 并用作二次支护时栓金属 网。二次支护。一般在距迎头 50100米范围内进行（具体距离 由各矿根据巷道矿压显现规律在作业规程中规定） 二次支护的锚杆要 按里层锚杆所留标志五花布置。 安装二次锚杆时用托盘把网压紧， 并 用预留的铁丝栓网。网与网之间每隔 200mm 扭接一处，然后喷浆盖 网。二次喷浆厚度为20 40mm，要起到防锈作用。两帮最下边的一排锚杆，距底板距离不大于200mm，必须呈10 30打入。两帮喷浆必须有玄100mm的基础（设

19、计有水沟一侧除外）。永久水沟的施工迎头掘进时，应把水沟一并打眼放炮带出。在一次支护段， 要把水沟荒断面掘出。 永久水沟施工要在二次支护后进行。 靠巷帮 一侧必须补打一排锚杆， 金属网要压入最下一排锚杆， 然后浇注水沟 混凝土。3、高强锚杆锚喷一次支护工艺要求初期支护。采用初喷作临时支护。 初喷厚度不小于30mm，初 凝 20 分钟后进行打、安锚杆及扒装。锚杆支护参数设计在规程中明 确规定。锚网支护。 按作业规程规定的锚杆支护参数跟迎头进行一次锚 网支护。喷浆。一般在距迎头 50100米范围内进行（具体距离由各 矿根据巷道矿压显现规律在作业规程中规定） ，喷浆厚度达到规程设 计要求。4、采用人工

20、上料喷射机喷射混凝土、砂浆时，必须采用潮料， 并使用除尘机对上料口、余气口除尘。5、对松软、破碎岩层或应力集中区锚喷巷道要预先存放备用棚 料，其具体规格、型号、数量和存放地点在作业规程中明确规定。第12条锚喷支护巷道工程质量监测及质量验收规定1、锚杆锚固力监测按煤巷锚杆支护锚固力监测有关规定执行。2、喷射混凝土强度检测喷射混凝土巷道对喷体应做厚度和强度检查，并有检查和实验记录。检测方法。采用点荷载试验法。用混凝土取样钻机在已喷好的 经28天养护的巷道中，直接钻取直径 30mm，长度大于直径1.1倍 的混凝土芯样，用点荷载仪测试其点荷载强度，然后确定混凝土强度。喷射混凝土芯样数量应符合下表中的规

21、定表七喷射混凝土试块芯样数量序号工程分类工程量检查点数备注1服务年限5年以上巷道每30米及以下不少于11.每个检查点取砼芯样5个，取样要均匀分布。2芯样要在养护28天的巷 道喷体上钻取。3材料或配合比变更时应 另行取样。2服务年限5年以下巷道每50米及以下不少于13峒室1000m5以上不少于5喷射混凝土强度质量评判:根据5个测点强度值，计算算术平均值，作为该巷道混凝土强 度代表值；当这5个测点强度中的最大值或最小值与中间值之差， 超过中间值的15 %时，其强度不应作为评定的依据。巷道工程喷 射混凝土强度合格的条件。喷射混凝土抗压强度平均值不低于标准 值；检测点喷射混凝土抗压强度中的最小值不低于

22、标准值的85 %时,其喷射砼强度为合格。3、锚喷支护巷道的检查验收程序及检查制度与煤巷锚杆支护巷道相同4、服务年限5年以上，埋深600米以上主要巷道，不按规定进 行喷锚喷、锚网喷支护的，工程质量视为不合格。第四节锚索加固支护第13条锚索的适用条件。1、当皿、W、V类煤层巷道或深部主要巷道采用锚杆支护不能有 效阻止顶板下沉、两帮移近等巷道变形时。V类煤层巷道顶板使用直 径17.8mm及以上的锚索。2、大断面峒室和跨度大于 6米交岔点，V类煤层巷道顶板使用 直径17.8mm及以上的注浆锚索。第14条锚索支护方式及支护参数的确定1、煤层巷道直接顶比较完整时、拱型锚喷巷道、大断面峒室及 交岔点加固，应

23、采用点式锚索支护；当巷道直接顶裂隙比较发育且上 部为复合顶时，宜采用锚索行架支护。2、锚索参数的确定原则：最小锚固长度。水泥（砂）浆锚固3.5m，树脂锚固 羽.5m。锚索长度。顶板锚索长度范围为 5.510.5m，两帮锚索长度 范围为35m。锚索间、排距：S4/2 （L锚索孔长度，单位m , S 锚索 间排距，单位m ）。锚索锚固力。预应力锚索单根设计锚固力应大于200KN。第15条锚索支护材料1、矿用锚索钢绞线、索具和其它附件应符合中华人民共和国煤 炭行业标准MT/T 942-2005要求，并应按规定申办索具及整套锚索 的国家Ma标志。2、锚索：一般选用高强度、低松驰（H级）粘结式1 X7钢绞线,其技术参数如下:直径：15.24mm，每米重量：1.102kg/m，级别：270K，强 度:1860N/mm 2截面积：140.00mm 2，延伸率：3.5%，最低破断负荷260KN , 执行标准：ASTMA416-90G直径：17.8mm，每米重量：1.5kg/m，级别：270K，强 度:1860N/mm 2截面积：191.00mm2，延伸率：邈5%，最低破断负荷 353KN , 执行标准：ASTMA416