复杂条件下巷道主动控制支护技术学习教案

1、会计学1复杂复杂(fz)条件下巷道主动控制支护技术条件下巷道主动控制支护技术第一页，共55页。一、支护研究一、支护研究(ynji)背景背景一、支护研究一、支护研究(ynji)背景背景第1页/共54页第二页，共55页。深井开采矿深井开采矿(ci kung)压特点压特点一、支护研究一、支护研究(ynji)背景背景第2页/共54页第三页，共55页。深井巷道变形深井巷道变形(bin xng)特点特点一、支护一、支护(zh h)研究背景研究背景第3页/共54页第四页，共55页。深部巷道深部巷道(hng do)支护理论支护理论一、支护一、支护(zh h)研究背景研究背景第4页/共54页第五页，共55页。深

2、部巷道支护深部巷道支护(zh h)技术技术一、支护一、支护(zh h)研究背景研究背景第5页/共54页第六页，共55页。二、锚杆支护基本二、锚杆支护基本(jbn)理论与新型锚杆、锚索理论与新型锚杆、锚索 qn层lbh迭组迭组迭迭fnfnnbhEqlfbhnM2342max11123845611、基本理论、基本理论二、锚杆支护基本理论与新型锚杆、锚索二、锚杆支护基本理论与新型锚杆、锚索第6页/共54页第七页，共55页。锚杆、锚索预应力形成锚杆、锚索预应力形成(xngchng)的深厚梁的深厚梁锚杆无预应力或被动棚式情况下的薄壁梁锚杆无预应力或被动棚式情况下的薄壁梁二、锚杆支护基本理论与新型锚杆、锚

3、索二、锚杆支护基本理论与新型锚杆、锚索第7页/共54页第八页，共55页。二、锚杆支护基本理论二、锚杆支护基本理论(lln)与新型锚杆、锚索与新型锚杆、锚索v对扰动围岩进行强度再强化，控制松动圈的扩展。对扰动围岩进行强度再强化，控制松动圈的扩展。v适用条件：拱形巷道适用条件：拱形巷道第8页/共54页第九页，共55页。19451950：机械式锚杆的研究与应用：机械式锚杆的研究与应用19501960：广泛采用机械式锚杆，开始对锚杆进行系统研究：广泛采用机械式锚杆，开始对锚杆进行系统研究19601970：发明了树脂药卷，引发锚杆技术的一次革命：发明了树脂药卷，引发锚杆技术的一次革命19701980：发

4、明管缝式、水力涨管式锚杆，研究新的锚杆设计方法，长锚索产生：发明管缝式、水力涨管式锚杆，研究新的锚杆设计方法，长锚索产生19801990：混合锚头锚杆、组合锚杆、桁架锚杆、各种特种锚杆得到应用，树脂锚固材料：混合锚头锚杆、组合锚杆、桁架锚杆、各种特种锚杆得到应用，树脂锚固材料(cilio)得到改进。得到改进。美国作为世界上第二采煤大国，锚杆支护技术是最先进的，美国锚杆支护技术至今已有一百多年的发展历史，但锚杆支护技术的广泛应用，仅是近五、六十年的时间，现在美国矿井的锚杆支护率为美国作为世界上第二采煤大国，锚杆支护技术是最先进的，美国锚杆支护技术至今已有一百多年的发展历史，但锚杆支护技术的广泛应

5、用，仅是近五、六十年的时间，现在美国矿井的锚杆支护率为100。美国每年锚杆使用量在。美国每年锚杆使用量在8000万套以上，每年有万套以上，每年有2.5万万km的煤巷使用锚杆支护。的煤巷使用锚杆支护。 v锚杆支护技术锚杆支护技术(jsh)发展发展二、锚杆支护二、锚杆支护(zh h)基本理论与新型锚杆、锚索基本理论与新型锚杆、锚索第9页/共54页第十页，共55页。美国在复杂的地质条件下成功使用锚杆的经验是采用高预应力、高强度锚杆，对巷道顶板采取积极主动的支护，极大地提高了巷道围岩的自承载能力和巷道的稳定性，减少了锚杆数量、提高了巷道掘进速度、降低了巷道的支护成本。美国在复杂的地质条件下成功使用锚杆

6、的经验是采用高预应力、高强度锚杆，对巷道顶板采取积极主动的支护，极大地提高了巷道围岩的自承载能力和巷道的稳定性，减少了锚杆数量、提高了巷道掘进速度、降低了巷道的支护成本。美国巷道支护理念：锚杆、锚索是支护结构的主体，为了充分实现锚杆主动支护的效果，通过提高锚杆预应力去主动加固受掘进破岩影响的松动围岩，以提高围岩的自身承载能力，控制松动圈的扩展。现矿井喷射的混凝土，由于受巷道初始成型的影响，混凝土喷层厚度很不均匀，现混凝土喷层主要作用是封闭围岩，防止围岩风化，保证围岩的长期强度。美国巷道支护理念：锚杆、锚索是支护结构的主体，为了充分实现锚杆主动支护的效果，通过提高锚杆预应力去主动加固受掘进破岩影

7、响的松动围岩，以提高围岩的自身承载能力，控制松动圈的扩展。现矿井喷射的混凝土，由于受巷道初始成型的影响，混凝土喷层厚度很不均匀，现混凝土喷层主要作用是封闭围岩，防止围岩风化，保证围岩的长期强度。另外，澳大利亚作为第三大采煤另外，澳大利亚作为第三大采煤(ci mi)国，也几乎全部采用锚网支护。国，也几乎全部采用锚网支护。国外发达国家锚网支护的特点：国外发达国家锚网支护的特点：(1)单体锚杆强度大；单体锚杆强度大；(2)锚杆安装应力大；锚杆安装应力大；(3)间排距大；间排距大；(4)锚网支护效率高，支护效果良好。锚网支护效率高，支护效果良好。v锚杆支护技术锚杆支护技术(jsh)发展发展二、锚杆支护

8、基本二、锚杆支护基本(jbn)理论与新型锚杆、锚索理论与新型锚杆、锚索第10页/共54页第十一页，共55页。 自自50年代以来，锚杆支护技术在我国得到了逐步应用，特别是进入年代以来，锚杆支护技术在我国得到了逐步应用，特别是进入90年代，许多矿井年代，许多矿井改变传统的棚式和砌体支护的理念，开始试用推广锚网支护，大量的实践验证了锚网改变传统的棚式和砌体支护的理念，开始试用推广锚网支护，大量的实践验证了锚网支护安全、高效、经济的优势。支护安全、高效、经济的优势。 同时，在矿井软岩、动压巷道及煤巷中采用锚杆支护也获得了良好的效果。同时，在矿井软岩、动压巷道及煤巷中采用锚杆支护也获得了良好的效果。 原

9、煤炭工业部原煤炭工业部1995年提出：年提出：“煤巷锚杆支护是我国煤矿继综合机械化采煤煤巷锚杆支护是我国煤矿继综合机械化采煤(ci mi)之之后的第二次支护技术革命后的第二次支护技术革命”，并将，并将“煤矿锚杆支护技术煤矿锚杆支护技术”列为煤炭工业列为煤炭工业“九五九五”重点重点科技攻关项目的五个项目之一，在攻关研究的基础上，在煤矿中大力推广煤巷锚杆支科技攻关项目的五个项目之一，在攻关研究的基础上，在煤矿中大力推广煤巷锚杆支护技术。护技术。 但是煤矿锚网支护作为一种主动支护方式，要达到理想的支护效果，在技术细节上尚但是煤矿锚网支护作为一种主动支护方式，要达到理想的支护效果，在技术细节上尚未完全

10、解决。如锚杆组件、锚杆结构、锚杆施工安装机具和锚杆与其它支护结构的耦未完全解决。如锚杆组件、锚杆结构、锚杆施工安装机具和锚杆与其它支护结构的耦合问题等。合问题等。v锚杆支护锚杆支护(zh h)技技术发展术发展二、锚杆支护二、锚杆支护(zh h)基本理论与新型锚杆、锚索基本理论与新型锚杆、锚索第11页/共54页第十二页，共55页。锚杆支护设计主要依靠现场经验，设计理论依据有待完善和补充；锚杆支护设计主要依靠现场经验，设计理论依据有待完善和补充；各类巷道锚杆千篇一律；很多设计单位只是笼统选择了锚杆直径和长度。但是不同的锚各类巷道锚杆千篇一律；很多设计单位只是笼统选择了锚杆直径和长度。但是不同的锚杆

11、结构和施工工艺会很大的效果差别。杆结构和施工工艺会很大的效果差别。没有考虑地应力大小、方向、比值的影响；没有考虑地应力大小、方向、比值的影响；没有进行地质力学分析和巷道压力显现与锚杆支护参数的匹配关系分析与选择，所以提没有进行地质力学分析和巷道压力显现与锚杆支护参数的匹配关系分析与选择，所以提出的支护方案出的支护方案(fng n)很难适应地质条件的变化，不能实现量体裁衣、对症下药。很难适应地质条件的变化，不能实现量体裁衣、对症下药。单根锚杆强度低、预紧力低、可靠性低、间排距小单根锚杆强度低、预紧力低、可靠性低、间排距小(单体锚杆钻机推力小单体锚杆钻机推力小(小于小于0.5t)、扭、扭距小距小(

12、小于小于160Nm)，锚杆基本上没有预应力，锚杆基本上没有预应力)；锚杆消耗量大、施工速度慢、工效低、费用高、安全性较低。锚杆消耗量大、施工速度慢、工效低、费用高、安全性较低。 v锚杆支护技术锚杆支护技术(jsh)发展发展我国现有我国现有(xin yu)锚杆支护存在的不足锚杆支护存在的不足二、锚杆支护基本理论与新型锚杆、锚索二、锚杆支护基本理论与新型锚杆、锚索第12页/共54页第十三页，共55页。国内外锚杆支护技术国内外锚杆支护技术(jsh)对比对比比较项目比较项目中中 国国美、澳、英美、澳、英锚杆材料强度（锚杆材料强度（MPa）235、335、500450、500、600、700锚杆锚固力（

13、锚杆锚固力（t）51520锚杆直径（锚杆直径（mm）16222022锚杆间排距（锚杆间排距（m）0.70.91.01.2锚杆长度（锚杆长度（m）1.62.42.22.6锚杆安装应力（锚杆安装应力（t）0448二、锚杆支护二、锚杆支护(zh h)基本理论与新型锚杆、锚索基本理论与新型锚杆、锚索第13页/共54页第十四页，共55页。2、主动、主动(zhdng)控制锚杆支护系统控制锚杆支护系统 扰动扰动(rodng)围岩再强化支护理念围岩再强化支护理念二、锚杆支护基本理论与新型锚杆、锚索二、锚杆支护基本理论与新型锚杆、锚索第14页/共54页第十五页，共55页。二、锚杆支护二、锚杆支护(zh h)基本

14、理论与新型锚杆、锚索基本理论与新型锚杆、锚索第15页/共54页第十六页，共55页。单起动单起动(q dn)防冲让压锚杆防冲让压锚杆双起动双起动(q dn)点防冲让压锚杆点防冲让压锚杆二、锚杆支护基本理论与新型锚杆、锚索二、锚杆支护基本理论与新型锚杆、锚索第16页/共54页第十七页，共55页。高强高强(goqing)高预应力让压锚杆让压前高预应力让压锚杆让压前无让压管和有让压管工作无让压管和有让压管工作(gngzu)特性曲线特性曲线高强高预应力让压锚杆让压后高强高预应力让压锚杆让压后 二、锚杆支护基本理论与新型锚杆、锚索二、锚杆支护基本理论与新型锚杆、锚索第17页/共54页第十八页，共55页。2

15、00760760760760200700沿 空 侧锚梁760700700700700700700700700140014001400锚杆锚索锚杆支护设计平面图说明：1、高强锚杆长度均为2400mm，直径为20mm； 2、锚索长度为6m，直径为15.24mm； 3、图中单位均为mm760760760锚杆锚索锚杆锚杆金属网700700700锚杆700760760200152020锚杆支护设计断面图说明：1、高强锚杆长度均为2400mm，直径为20mm； 2、锚索长度为6m，直径为15.24mm； 3、图中单位均为mm巷道中心线42003300200二、锚杆支护基本理论二、锚杆支护基本理论(lln)

16、与新型锚杆、锚索与新型锚杆、锚索第18页/共54页第十九页，共55页。1.0T1.0T安装载荷时的应力分布和变形图安装载荷时的应力分布和变形图1.0T 1.0T 安装载荷时放大后的顶板离层安装载荷时放大后的顶板离层 2.0T2.0T安装载荷安装载荷(zi h)(zi h)时的应力分布和变形图时的应力分布和变形图2.0T 2.0T 安装载荷安装载荷(zi h)(zi h)时放大后的顶板离层时放大后的顶板离层 二、锚杆支护基本理论与新型锚杆、锚索二、锚杆支护基本理论与新型锚杆、锚索第19页/共54页第二十页，共55页。3.0T3.0T安装载荷时的应力分布和变形图安装载荷时的应力分布和变形图3.0T

17、 3.0T 安装载荷时放大后的顶板离层安装载荷时放大后的顶板离层 4.0T4.0T安装载荷时的应力分布和变形图安装载荷时的应力分布和变形图4.0T 4.0T 安装载荷时放大后的顶板离层安装载荷时放大后的顶板离层 二、锚杆支护二、锚杆支护(zh h)基本理论与新型锚杆、锚索基本理论与新型锚杆、锚索第20页/共54页第二十一页，共55页。高强高强(goqing)(goqing)预应力锚杆支护预应力锚杆支护全螺纹全螺纹(luwn)锚杆等强锚杆支护锚杆等强锚杆支护二、锚杆支护基本理论与新型锚杆、锚索二、锚杆支护基本理论与新型锚杆、锚索第21页/共54页第二十二页，共55页。关于预应力让压锚杆关于预应力

18、让压锚杆(锚锚)应用的体会应用的体会第一时间主动控制：复杂围岩条件下，锚网索支护成功的关键是围岩早第一时间主动控制：复杂围岩条件下，锚网索支护成功的关键是围岩早期控制和主动控制。锚杆锚索第一时间产生预应力是非常重要的。期控制和主动控制。锚杆锚索第一时间产生预应力是非常重要的。锚杆、锚索协同支护：提高锚杆锚索预应力后，锚杆锚索的增阻速度会锚杆、锚索协同支护：提高锚杆锚索预应力后，锚杆锚索的增阻速度会明显加快。锚杆、锚索的受力匹配和变形匹配是保障支护系统协同完成明显加快。锚杆、锚索的受力匹配和变形匹配是保障支护系统协同完成支护任务的关键。通常锚杆的预应力宜在支护任务的关键。通常锚杆的预应力宜在35

19、t左右。锚索的预应力应左右。锚索的预应力应以施打锚索时刻的锚杆受力大小来确定。以施打锚索时刻的锚杆受力大小来确定。让压量和让压吨位匹配：让压锚杆、让压锚索的使用是有条件的。宜在让压量和让压吨位匹配：让压锚杆、让压锚索的使用是有条件的。宜在围岩能量围岩能量(nngling)有积蓄倾向、动压、围岩变形速度、地应力释放有积蓄倾向、动压、围岩变形速度、地应力释放快的条件下使用。让压量和让压吨位的匹配是让压支护成功的关键。快的条件下使用。让压量和让压吨位的匹配是让压支护成功的关键。支护一体：在锚网索支护体系中，锚杆、锚索是支护一体：在锚网索支护体系中，锚杆、锚索是“支支”的作用；钢带、的作用；钢带、钢筋

20、梯和网子及喷射混凝土是钢筋梯和网子及喷射混凝土是“护护”作用，良好的支护系统应该以作用，良好的支护系统应该以“支支”为主、以为主、以“护护”为辅，支护一体。为辅，支护一体。综合控制：对复杂条件下的围岩控制，通常是综合控制。锚注只能适用综合控制：对复杂条件下的围岩控制，通常是综合控制。锚注只能适用于巷道的二次维修，是松动圈大量扩展后使用的一种支护方法。成功的于巷道的二次维修，是松动圈大量扩展后使用的一种支护方法。成功的锚网支护是松动圈得到了有效控制，此时围岩无需锚注加固。锚网支护是松动圈得到了有效控制，此时围岩无需锚注加固。二、锚杆支护基本理论二、锚杆支护基本理论(lln)与新型锚杆、锚索与新型

21、锚杆、锚索第22页/共54页第二十三页，共55页。v锚杆分类锚杆分类v材质：木质锚杆、塑料或是玻璃钢锚杆、金属锚杆材质：木质锚杆、塑料或是玻璃钢锚杆、金属锚杆v锚固：机械锚固、粘结锚固锚固：机械锚固、粘结锚固v锚固长度：局部锚固长度：局部(jb)锚固、全长锚固锚固、全长锚固v目前目前90以上的锚固为金属杆体，树脂局部以上的锚固为金属杆体，树脂局部(jb)锚固锚杆锚固锚杆v金属锚杆金属锚杆v左旋细丝锚杆（左旋细丝锚杆（Q335、Q500）v右旋全螺纹钢锚杆（右旋全螺纹钢锚杆（Q335）v圆钢圆钢(yun n)麻花锚杆（麻花锚杆（Q215、Q335）3、锚杆形式、锚杆形式(xngsh)与锚杆结构与

22、锚杆结构二、锚杆支护基本理论与新型锚杆、锚索二、锚杆支护基本理论与新型锚杆、锚索第23页/共54页第二十四页，共55页。v 左旋预应力阻尼锚杆左旋预应力阻尼锚杆v 是一种预应力锚杆。阻尼有树脂是一种预应力锚杆。阻尼有树脂或塑料阻尼、销式阻尼、金属盖或塑料阻尼、销式阻尼、金属盖片式阻尼三种片式阻尼三种;v 锚固力靠树脂粘结力实现锚固力靠树脂粘结力实现;v 阻尼打开实现树脂的充分搅拌阻尼打开实现树脂的充分搅拌;v 等待等待(dngdi)4060s后，施加锚后，施加锚杆的预应力操作。杆的预应力操作。4、新型、新型(xnxng)锚杆形式与锚杆结构锚杆形式与锚杆结构二、锚杆支护基本理论二、锚杆支护基本理

23、论(lln)与新型锚杆、锚索与新型锚杆、锚索第24页/共54页第二十五页，共55页。v该锚杆的缺点：加工过程多了压圆、滚丝两个工艺该锚杆的缺点：加工过程多了压圆、滚丝两个工艺(gngy)。v该锚杆的优点：该锚杆的优点：v()锚杆预应力大。由于该锚杆螺纹是国标螺纹，螺纹螺距锚杆预应力大。由于该锚杆螺纹是国标螺纹，螺纹螺距2.5mm，螺纹自锁效果好，通过特制的阻尼螺母，锚固树脂搅拌充分、锚固力大，螺纹自锁效果好，通过特制的阻尼螺母，锚固树脂搅拌充分、锚固力大， 120型气动锚索钻机即可实现型气动锚索钻机即可实现4吨的预紧力。吨的预紧力。v()锚杆锚固力高。因该锚杆杆体设计的螺纹方向为左旋方向和锚杆

24、的搅拌树脂方向（右旋）相反，在搅拌树脂的过程中会对树脂产生一个轴向挤压力，大量测试表明，同样杆体直径和同样树脂的情况下，左旋细丝预应力锚杆的锚固力比右旋等强全螺纹钢锚杆锚杆，锚固力可提高锚杆锚固力高。因该锚杆杆体设计的螺纹方向为左旋方向和锚杆的搅拌树脂方向（右旋）相反，在搅拌树脂的过程中会对树脂产生一个轴向挤压力，大量测试表明，同样杆体直径和同样树脂的情况下，左旋细丝预应力锚杆的锚固力比右旋等强全螺纹钢锚杆锚杆，锚固力可提高20以上。以上。v()杆体的有效断面大，锚杆强度高。大量试验表明，同直径同材质的左旋细丝预应力锚杆的破断力比右旋等强全螺纹钢锚杆的破断力高出杆体的有效断面大，锚杆强度高。大

25、量试验表明，同直径同材质的左旋细丝预应力锚杆的破断力比右旋等强全螺纹钢锚杆的破断力高出20以上。以上。v()左旋细丝预应力锚杆因采用了合理的阻尼螺母，螺母材质为球墨铸铁，球墨铸铁和锚杆杆体的摩擦力是最小的，另外采用了减阻特制塑料垫圈，使锚杆的扭矩应力比大大提高。左旋细丝预应力锚杆因采用了合理的阻尼螺母，螺母材质为球墨铸铁，球墨铸铁和锚杆杆体的摩擦力是最小的，另外采用了减阻特制塑料垫圈，使锚杆的扭矩应力比大大提高。左旋左旋(zu xun)预应力阻尼锚杆预应力阻尼锚杆二、锚杆支护基本理论与新型锚杆、锚索二、锚杆支护基本理论与新型锚杆、锚索第25页/共54页第二十六页，共55页。A A 六方螺母六方

26、螺母(lum)(lum)预应力锚杆预应力锚杆B B 四方四方(sfng)(sfng)螺母预应力锚杆螺母预应力锚杆图图2 左旋细丝预应力锚杆组装示意图左旋细丝预应力锚杆组装示意图二、锚杆支护基本理论与新型锚杆、锚索二、锚杆支护基本理论与新型锚杆、锚索第26页/共54页第二十七页，共55页。右旋无阻尼右旋无阻尼(zn)等强螺纹钢锚杆等强螺纹钢锚杆二、锚杆支护二、锚杆支护(zh h)基本理论与新型锚杆、锚索基本理论与新型锚杆、锚索第27页/共54页第二十八页，共55页。该类锚杆的优点：加工制造简单。该类锚杆的优点：加工制造简单。该类锚杆的缺点：该类锚杆的缺点：()杆体螺距大。通常在杆体螺距大。通常在

27、10-12mm左右，大螺距螺母与杆体咬合力低，摩擦力大，时常出现退丝现象，而且锚杆安装应力低，很难达到左右，大螺距螺母与杆体咬合力低，摩擦力大，时常出现退丝现象，而且锚杆安装应力低，很难达到2吨以上的预紧力。吨以上的预紧力。()锚杆锚固力低。因该锚杆杆体设计的螺纹方向锚杆锚固力低。因该锚杆杆体设计的螺纹方向(右旋右旋)和锚杆的搅拌树脂方向和锚杆的搅拌树脂方向(右旋搅拌右旋搅拌)旋向相同，在搅拌树脂的过程中会对树脂产生一个向外的输送力，大量旋向相同，在搅拌树脂的过程中会对树脂产生一个向外的输送力，大量(dling)测试表明，同样杆体直径和同样树脂的情况下，右旋全螺纹等强锚杆的锚固力比左旋细丝预应

28、力锚杆，锚固力降低测试表明，同样杆体直径和同样树脂的情况下，右旋全螺纹等强锚杆的锚固力比左旋细丝预应力锚杆，锚固力降低20。()杆体的强度低。大量杆体的强度低。大量(dling)试验表明，同直径同材质的右旋等强锚杆的破断力比左旋细丝预应力锚杆低试验表明，同直径同材质的右旋等强锚杆的破断力比左旋细丝预应力锚杆低20以上。以上。所以右旋全螺纹钢等强锚杆已经不能满足深部锚网支护的要求，现在深部支护中很少选用。所以右旋全螺纹钢等强锚杆已经不能满足深部锚网支护的要求，现在深部支护中很少选用。右旋无阻尼右旋无阻尼(zn)等强螺纹钢锚杆等强螺纹钢锚杆二、锚杆支护二、锚杆支护(zh h)基本理论与新型锚杆、锚

29、索基本理论与新型锚杆、锚索第28页/共54页第二十九页，共55页。左旋左旋(zu xun)与右旋螺纹钢锚杆与右旋螺纹钢锚杆强度对比强度对比 左旋左旋(zu xun)滚丝螺纹钢锚杆杆体强度滚丝螺纹钢锚杆杆体强度右旋等强螺纹钢锚杆杆体强度右旋等强螺纹钢锚杆杆体强度(qingd)杆体直径杆体直径(mm)钢材级别钢材级别（MPa）屈服强度（吨）屈服强度（吨）抗拉强度（吨）抗拉强度（吨）国标国标实测实测国标国标实测实测18MG3358.79.112.613.020MG33510.810.215.615.022MG33513.113.3518.920.25杆体直径杆体直径钢材级别钢材级别屈服强度屈服强度(

30、kN)抗拉强度抗拉强度(kN)国标国标实测实测国标国标实测实测16MG33563909213018MG3358311012116018MG50012515016320020MG33511012516018520MG50015318020224022MG33512715418622022MG500178200235270二、锚杆支护基本理论与新型锚杆、锚索二、锚杆支护基本理论与新型锚杆、锚索第29页/共54页第三十页，共55页。u 目前国内所使用的光面锚索（如上图）都是简单的一条钢绞线。其缺点有：目前国内所使用的光面锚索（如上图）都是简单的一条钢绞线。其缺点有：u 锚索直径主要为锚索直径主要为1

31、5.24mm和和17.8mm两种规格，而钻孔直径是两种规格，而钻孔直径是28mm。锚索树脂和孔。锚索树脂和孔壁之间很难达到理想的配合，影响锚索的锚固力。壁之间很难达到理想的配合，影响锚索的锚固力。u 锚索表面光滑，影响锚固力。相同锚固长度的情况下，光面锚索的锚固力小于螺纹锚索表面光滑，影响锚固力。相同锚固长度的情况下，光面锚索的锚固力小于螺纹钢的锚固力。钢的锚固力。u 锚索长度大，安装时很可能靠到孔壁一侧，造成锚索一侧有树脂，另一侧无树脂的锚索长度大，安装时很可能靠到孔壁一侧，造成锚索一侧有树脂，另一侧无树脂的现象现象(xinxing)。这会大大影响锚索的抗拉拔力。这会大大影响锚索的抗拉拔力。

32、u传统的锚索是钢绞线锚索托盘锚具组成，因钢绞线为高碳钢材料、表明光滑，且传统的锚索是钢绞线锚索托盘锚具组成，因钢绞线为高碳钢材料、表明光滑，且钢绞线缠绕角度很小，造成钢绞线的锚固力小；为增加锚固力，需增加锚固剂使用量，钢绞线缠绕角度很小，造成钢绞线的锚固力小；为增加锚固力，需增加锚固剂使用量，但是锚固剂使用量增加会带来锚索安装困难，有时候会出现大尾巴现象但是锚固剂使用量增加会带来锚索安装困难，有时候会出现大尾巴现象(xinxing)。u鉴于此，需开发新型锚索鉴于此，需开发新型锚索5、锚索形式、锚索形式(xngsh)与结构与结构二、锚杆支护基本理论与新型锚杆、锚索二、锚杆支护基本理论与新型锚杆、

33、锚索第30页/共54页第三十一页，共55页。对中、增加锚固面积：鸟笼的大小一般比锚索钻孔小对中、增加锚固面积：鸟笼的大小一般比锚索钻孔小2mm2mm，可保证锚索在孔中，可保证锚索在孔中对中对中, , 使得树脂在锚索周围均匀分布使得树脂在锚索周围均匀分布, ,并增加锚固面积，从而用较少的树脂用量取并增加锚固面积，从而用较少的树脂用量取得最大的抗拉拔力。得最大的抗拉拔力。更好的搅拌树脂：可起到均匀搅拌树脂作用，从而增加锚索抗拉拔力。更好的搅拌树脂：可起到均匀搅拌树脂作用，从而增加锚索抗拉拔力。树脂树脂- -锚索有机结合锚索有机结合(jih)(jih)：鸟笼为中空，在树脂搅拌过程中，树脂充满鸟：鸟笼

34、为中空，在树脂搅拌过程中，树脂充满鸟笼，可使树脂和锚索融为一体，从而进一步增加锚索抗拉拔力。笼，可使树脂和锚索融为一体，从而进一步增加锚索抗拉拔力。加强管：为了安装方便，增加加强管，在锚索接触树脂后，更容易送入孔中。加强管：为了安装方便，增加加强管，在锚索接触树脂后，更容易送入孔中。u鸟笼具有以下鸟笼具有以下(yxi)作用作用新型笼形锚索新型笼形锚索二、锚杆支护基本理论与新型锚杆、锚索二、锚杆支护基本理论与新型锚杆、锚索第31页/共54页第三十二页，共55页。注浆鸟巢注浆鸟巢(nio cho)锚索锚索预应力鸟巢预应力鸟巢(nio cho)锚索锚索国外球形索具国外球形索具国外双股组合锚索国外双股

35、组合锚索二、锚杆支护基本理论与新型锚杆、锚索二、锚杆支护基本理论与新型锚杆、锚索第32页/共54页第三十三页，共55页。科学的锚杆支护设计，不是简单地在顶板安装锚杆，而应该使每一根安装的锚杆都发挥它的最大作用科学的锚杆支护设计，不是简单地在顶板安装锚杆，而应该使每一根安装的锚杆都发挥它的最大作用(zuyng)。煤矿顶板是由不同层状岩体组合成的层状组合梁，为达到最佳组合梁的锚杆系统设计应满足下列条件：煤矿顶板是由不同层状岩体组合成的层状组合梁，为达到最佳组合梁的锚杆系统设计应满足下列条件：1、支护、支护(zh h)系统设计的基本原则系统设计的基本原则三、巷道支护系统三、巷道支护系统(xtng)设

36、计方法设计方法通过调整锚杆长度及安装应力，使锚杆支护系统应能够控制锚固范围内的顶板离层，这需要选择合理的锚杆类型、长度和安装应力。通过调整锚杆长度及安装应力，使锚杆支护系统应能够控制锚固范围内的顶板离层，这需要选择合理的锚杆类型、长度和安装应力。锚固系统应能够减少或消除顶板的拉应力区。锚固系统应能够减少或消除顶板的拉应力区。锚杆应能够锚固在稳定的岩层中。锚杆应能够锚固在稳定的岩层中。锚固系统应有足够的能力来控制顶板，并且在整个需要支护期间内不失效。锚固系统应有足够的能力来控制顶板，并且在整个需要支护期间内不失效。 松动圈加固与控制：巷道开挖后必然要形成松动圈，但围岩松动圈实际上是动态的，它与施

37、加的支护体系的强度、预应力大小、预应力施加时间及围岩结构、地压强度都有关系。施加合理的支护结构，控制围岩松动圈的发展和松动煤岩体的自身强度是巷道支护的主要目标。松动圈加固与控制：巷道开挖后必然要形成松动圈，但围岩松动圈实际上是动态的，它与施加的支护体系的强度、预应力大小、预应力施加时间及围岩结构、地压强度都有关系。施加合理的支护结构，控制围岩松动圈的发展和松动煤岩体的自身强度是巷道支护的主要目标。 三、巷道支护系统设计方法三、巷道支护系统设计方法第33页/共54页第三十四页，共55页。2、煤矿巷道支护的关键、煤矿巷道支护的关键(gunjin)要素要素合理的安装应力合理的安装应力 锚杆安装应力的

38、作用和液压支架的初撑力的作用很相似。对于高应力软岩巷道，合适的安装应力对顶板支护效果影响很大。它是防止离层发生，增加围岩自承能力和减少围岩变形的关键因素；是巷道支护成功的关键因素之一。锚杆安装应力的作用和液压支架的初撑力的作用很相似。对于高应力软岩巷道，合适的安装应力对顶板支护效果影响很大。它是防止离层发生，增加围岩自承能力和减少围岩变形的关键因素；是巷道支护成功的关键因素之一。合理的锚杆长度合理的锚杆长度 锚杆长度是锚杆支护系统成功的另一关键因素。合理的锚杆长度应保证锚杆锚固在相对比较坚硬稳定的岩层中。但是，若一定范围内难找到合适的稳定岩层，应保证锚固区形成锚杆长度是锚杆支护系统成功的另一关

39、键因素。合理的锚杆长度应保证锚杆锚固在相对比较坚硬稳定的岩层中。但是，若一定范围内难找到合适的稳定岩层，应保证锚固区形成(xngchng)能承载一定压力、合理厚度的梁或拱。能承载一定压力、合理厚度的梁或拱。 合理的锚杆强度和直径合理的锚杆强度和直径 选用锚杆强度与直径应考虑合理的效费比，即在提供同等支护强度的条件下，单一支护面积内支护单元所提供的支护强度与所需费用的比值。选用锚杆强度与直径应考虑合理的效费比，即在提供同等支护强度的条件下，单一支护面积内支护单元所提供的支护强度与所需费用的比值。合理的表面控制合理的表面控制 由于巷道在软岩或煤层中掘进，表面控制对于充分发挥锚杆支护系统的作用非常重

40、要。有效的表面控制系统应保证无片帮和冒顶现象。由于巷道在软岩或煤层中掘进，表面控制对于充分发挥锚杆支护系统的作用非常重要。有效的表面控制系统应保证无片帮和冒顶现象。 三、巷道支护系统三、巷道支护系统(xtng)设计方法设计方法第34页/共54页第三十五页，共55页。锚杆安装与施工锚杆安装与施工 锚杆安装过程中要实现两个及时锚杆安装过程中要实现两个及时 及时施打锚杆。实现对围岩的尽早控制，避免松动圈的扩展。及时施打锚杆。实现对围岩的尽早控制，避免松动圈的扩展。 及时实现锚杆的安装应力。实现主动早期及时实现锚杆的安装应力。实现主动早期(zoq)加固围岩，拟制松动圈扩展。加固围岩，拟制松动圈扩展。u

41、 锚杆施工安装过程中注意事项锚杆施工安装过程中注意事项u 三径匹配问题三径匹配问题u 确保一定的扭矩确保一定的扭矩u 尽可能选用尽可能选用(xunyng)大扭矩帮顶钻机大扭矩帮顶钻机锚杆安装锚杆安装(nzhung)扭矩放大器扭矩放大器u合格的锚杆安装应该满足下列标准合格的锚杆安装应该满足下列标准螺母阻尼必须全部脱落，否则锚杆无法达到安装载荷螺母阻尼必须全部脱落，否则锚杆无法达到安装载荷;塑料垫圈必须溶化掉塑料垫圈必须溶化掉;锚杆外露长度不超过锚杆外露长度不超过2030mm;扭矩不能低于扭矩不能低于240Nm(经验值经验值)。三、巷道支护系统设计方法三、巷道支护系统设计方法第35页/共54页第三

42、十六页，共55页。螺纹钢杆体与球墨铸铁螺母螺纹钢杆体与球墨铸铁螺母(lum)的摩擦系数最小，可提高安装应力。摩擦系数比螺纹钢杆体钢螺母的摩擦系数最小，可提高安装应力。摩擦系数比螺纹钢杆体钢螺母(lum) 降低降低50以上。以上。特制塑料垫圈能够使锚杆安装旋转时产生的热量熔化塑料垫圈，以降低螺母特制塑料垫圈能够使锚杆安装旋转时产生的热量熔化塑料垫圈，以降低螺母(lum)与杆体的摩擦力。与杆体的摩擦力。杆体螺母杆体螺母(lum)组合摩擦系数组合摩擦系数螺杆和螺母材料螺杆和螺母材料s值值淬火钢对青铜淬火钢对青铜0.060.08钢对青铜钢对青铜0.080.10钢对耐磨铸铁钢对耐磨铸铁0.100.12钢

43、对灰铸铁钢对灰铸铁0.120.15钢对钢钢对钢0.110.17钢对球墨铸铁钢对球墨铸铁0.070.10预应力锚杆结构与组成：预应力锚杆结构与组成： 杆体托盘阻尼杆体托盘阻尼(zn)螺母承载垫圈减螺母承载垫圈减阻垫圈阻垫圈3、支护系统构件匹配问题、支护系统构件匹配问题三、巷道支护系统设计方法三、巷道支护系统设计方法第36页/共54页第三十七页，共55页。锚杆预应力控件：控制(kngzh)吨位36t，锚索预应力控件：控制(kngzh)吨位610t。锚杆预应力控件：控制锚杆预应力控件：控制(kngzh)吨位吨位36t，锚索预应力控件：控制，锚索预应力控件：控制(kngzh)吨位吨位610t。预应力控

44、件预应力控件三、巷道支护三、巷道支护(zh h)系统设计方法系统设计方法第37页/共54页第三十八页，共55页。普板普板Q235-15015010火山口加球形垫圈火山口加球形垫圈(din qun)28.8T普板普板Q235-15015010火山口不加球形垫圈火山口不加球形垫圈(din qun)23.6T锰板锰板Q345 1501506 负差（负差（5.5mm） 19.0T以上以上(yshng)1501508 负差（负差（7.5mm） 23.0T以上以上(yshng)15015010 负差（负差（9.5mm） 28.0T以以上上(yshng) 中板分剪、冲压成型的球形托盘中板分剪、冲压成型的球形

45、托盘，承载力明显提高。托盘的承载力，承载力明显提高。托盘的承载力与钢材材质有直接关系，并且还与与钢材材质有直接关系，并且还与托盘的球面大小、曲率半径有很大托盘的球面大小、曲率半径有很大的关系。的关系。托盘及钢带等托盘及钢带等三、巷道支护系统设计方法三、巷道支护系统设计方法第38页/共54页第三十九页，共55页。W钢带示意图钢带示意图单边钢筋单边钢筋(gngjn)梯示意图梯示意图双边双边(shungbin)钢筋梯示意图钢筋梯示意图M钢带示意图钢带示意图梯型钢梯型钢(xnggng)带示意图带示意图三、巷道支护系统设计方法三、巷道支护系统设计方法第39页/共54页第四十页，共55页。双向高分子聚酯网

46、双向高分子聚酯网普通普通(ptng)的塑料编制网的优点是成本低、轻便、抗腐蚀等，但其强度和刚度较低。的塑料编制网的优点是成本低、轻便、抗腐蚀等，但其强度和刚度较低。双向高分子聚酯网具有强度大、重量轻、刚度好等诸多优点。但由于价格较高，还没有广泛使用。双向高分子聚酯网具有强度大、重量轻、刚度好等诸多优点。但由于价格较高，还没有广泛使用。三、巷道支护三、巷道支护(zh h)系统设计方法系统设计方法第40页/共54页第四十一页，共55页。注浆锚杆注浆锚杆三、巷道支护三、巷道支护(zh h)系统设计方法系统设计方法第41页/共54页第四十二页，共55页。四、部分矿井巷道支护四、部分矿井巷道支护(zh

47、h)案例案例厚松散层深埋构造复杂矿井开拓巷道山东鲁西南地区厚松散层深埋构造复杂矿井开拓巷道山东鲁西南地区(菏泽及济宁周边一带菏泽及济宁周边一带)新近施工建设的一批矿井均为厚松散层深埋矿井，如滕东、唐口、梁宝寺、龙固新近施工建设的一批矿井均为厚松散层深埋矿井，如滕东、唐口、梁宝寺、龙固、赵楼、郭屯、彭庄、杨营、霄云、阳城等煤矿，均遇到了深井高地压软岩巷道、赵楼、郭屯、彭庄、杨营、霄云、阳城等煤矿，均遇到了深井高地压软岩巷道支护难的问题。支护难的问题。高地应力深井回采支护新汶矿区有高地应力深井回采支护新汶矿区有5个矿井华丰、协庄、孙村、潘西、良庄个矿井华丰、协庄、孙村、潘西、良庄开采深度超过开采深

48、度超过1000m，其中孙村煤矿延深水平，其中孙村煤矿延深水平1100，采深达到，采深达到1300m。华东地。华东地区的徐州矿区、淮南矿区、淮北矿区的老区矿井和附近的新建矿井开采深度很多区的徐州矿区、淮南矿区、淮北矿区的老区矿井和附近的新建矿井开采深度很多接近接近1000m或超过或超过1000m。深井开采的巷道支护问题已经成为一个普遍的技术难题。深井开采的巷道支护问题已经成为一个普遍的技术难题。深井软岩围岩巷道支护理念应该是采用主动围岩控制方法深井软岩围岩巷道支护理念应该是采用主动围岩控制方法(fngf)，提高围岩，提高围岩的自身承载能力，使支护结构锚杆、锚索、金属网和混凝土喷层协同有效抵抗的自

49、身承载能力，使支护结构锚杆、锚索、金属网和混凝土喷层协同有效抵抗地应力释放，以平衡巷道围岩的变形，真正实现锚网主动支护。地应力释放，以平衡巷道围岩的变形，真正实现锚网主动支护。 第42页/共54页第四十三页，共55页。四、部分四、部分(b fen)矿井巷道支护案例矿井巷道支护案例第43页/共54页第四十四页，共55页。u鲁能彭庄煤矿：彭庄煤矿矿井设计生产能力鲁能彭庄煤矿：彭庄煤矿矿井设计生产能力0.45Mt/a，服务年限，服务年限51.5年。年。主付井井底主付井井底(jn d)车场深度车场深度500m，揭露岩性以细砂岩为主，岩性相对稳，揭露岩性以细砂岩为主，岩性相对稳定，岩石硬度系数平均定，岩

50、石硬度系数平均f46。个别地段裂隙发育，岩性松软，砂岩裂隙。个别地段裂隙发育，岩性松软，砂岩裂隙水较多。井底水较多。井底(jn d)车场及硐室支护以锚索网喷支护为主，锚杆主要采用车场及硐室支护以锚索网喷支护为主，锚杆主要采用高强预应力锚杆，个别地段因施工后变形较大采用了锚注加高强预应力锚杆，个别地段因施工后变形较大采用了锚注加U型钢棚支护。型钢棚支护。 四、部分矿井四、部分矿井(kungjng)巷道支护案例巷道支护案例第44页/共54页第四十五页，共55页。u龙固煤矿：是由新矿集团开发建设的国家重点龙固煤矿：是由新矿集团开发建设的国家重点(zhngdin)特大型矿井，设计能力特大型矿井，设计能

51、力600万万t/a，设计深度为，设计深度为840m。u 井下硐室联络复杂，穿过岩性变化很大，以粉砂岩、细砂岩为主，中砂岩相对井下硐室联络复杂，穿过岩性变化很大，以粉砂岩、细砂岩为主，中砂岩相对较少，且处于构造破碎带，岩石平均硬度在较少，且处于构造破碎带，岩石平均硬度在f35之间，巷道支护难度大。同时，该之间，巷道支护难度大。同时，该矿井在建设施工过程中砂岩裂隙水大，给巷道支护带来很大困难。通过与科研机构合矿井在建设施工过程中砂岩裂隙水大，给巷道支护带来很大困难。通过与科研机构合作，因地制宜地采取了不同支护形式，确保了作，因地制宜地采取了不同支护形式，确保了95的巷道一次支护成功，并为矿井的的巷

52、道一次支护成功，并为矿井的按时投产提供了可靠的技术保障。按时投产提供了可靠的技术保障。 四、部分矿井四、部分矿井(kungjng)巷道支护案例巷道支护案例第45页/共54页第四十六页，共55页。四、部分四、部分(b fen)矿井巷道支护案例矿井巷道支护案例第46页/共54页第四十七页，共55页。 从鲁西南地区类似条件下已建成的几对矿井的施工情况来看，普遍存在深井、软从鲁西南地区类似条件下已建成的几对矿井的施工情况来看，普遍存在深井、软岩、高地压、构造发育等不利于巷道支护的技术难题，采用传统的锚网支护方式难以岩、高地压、构造发育等不利于巷道支护的技术难题，采用传统的锚网支护方式难以保证巷道支护的稳定与安全使用，严重影响了矿井的施工进度和安全生产。特别在井保证巷道支护的稳定与安全使用，严重影响了矿井的施工进度和安全生产。特别在井底车场施工过程中，由于多以设计院提供方案进行，缺