锚杆支护技术

1、锚杆支护技术之欧侯瑞魂创作创作时间：二零二一年六月三十日锚杆支护技术一、锚杆支护技术现状和展望锚杆支护技术是煤矿支护技术改革的发展方向 ，是煤矿继推 广综合机械化采煤技术又一重年夜推广技术 .我国在上世纪 80年 代开始研究应用锚杆支护技术以来 ，不论在理论上，还是在实践 应有中已取得了长足的进展，增进了我国煤炭工业的发展.锚杆支护是由锚固在巷道四周钻孔内的一系列杆件（木质件、金属件、钢筋混凝土件和聚合物件等）系统组成的.这些杆件配以支撑件和背板（也可以不用），靠它们的锚固力和向岩体稳定部份的悬吊作用，防止破碎岩石冒落.用预拉紧方法装置的锚杆，提高了岩石分层之间的摩擦阻力 ， 同时将两支撑点间

2、的岩层夹紧，以岩梁和岩拱的形式构成承载结 构.尽管加固的岩梁比未加固的岩梁出现出明显的稳定性，可是仍不能准确量测出影响加固岩层稳定性单个分层缝合效果的量值.现代锚杆支护理论认为，岩层分层之间的摩擦作用具有重要意义，主要有以下几个方面.巷道上方的松软岩层被锚杆固结到其上部坚固的岩层上，松软有裂隙岩层的几个分层，彼此之间被锚杆夹紧形成梁和拱形 式的承载结构.松软不稳定的岩石分层 ，彼此之间夹紧并被锚杆固结在上 部坚固岩层上.在掘进巷道时,被破坏的有裂缝的岩石分层被锚杆夹紧并 被悬挂在自然平衡拱上.创作时间：二零二一年六月三十日不稳定的有裂缝的岩层被锚杆的联接部件托住并被悬挂于 自然平衡拱的拱脚.不

3、稳定的岩石分层被锚杆夹紧并悬吊于自然平衡拱的拱脚.在采矿实践中，锚杆支架分单体锚杆支架和组合锚杆支架两种.单体锚杆支架指安设在巷道中的锚杆，彼此之间没有力学科系 组合锚杆支架包括钢梁、钢带、角钢、梢钢等承托顶板元件，把两个或几个锚杆联成统一的整体 .锚杆支架按用途分为临时锚杆支架和永久锚杆支架按作用原理分为主动锚杆和主动锚杆.主动锚杆预先张紧装入 钻孔中，以提高抵当被加固岩体拱曲性和分层之间相对位移的能 力.随着锚杆预应力的加年夜，相应增加了岩层分层面之间的摩擦 力，提高了巷道的稳定性.装置主动锚杆时不给杆体以预应力，因此就比主动锚杆装置密些 ，其典范的有全长锚固的螺纹锚杆、钢 筋混凝土锚杆、

4、膨胀式锚杆和玻璃钢锚杆等.按工作特性锚杆又分为刚性延伸和有限延伸锚杆 .延伸锚杆靠 套管能够伸长500700毫米.有限延伸锚杆与延伸锚杆分歧，只能 伸长60140毫米.按杆体资料锚杆又分为木锚杆、竹锚杆、金属锚杆、混凝土 锚杆和树脂锚杆等.而按杆体构造型式分为管式锚杆、杆式锚杆、 钢丝绳锚杆、组合锚杆和多条杆的锚杆等.以煤巷和半煤巷为主的采准巷道，其断面一般为矩形、梯形 或近似梯形的四边形，不能形成近似自然冒落拱的支撑体系.这些巷道均要受到采动影响，巷道位置改变的余地很小 ，巷道围岩强 度低，顶板岩石一般是层状特征.以前采准巷道多采纳棚子支护，棚子支护不成能紧贴围岩，形成等来压，即所得的主动支

5、护，锚 杆支护是完全分歧的一种支护方式，它利用锚固剂、锚杆、托板及各种构件，给围岩一定的支护强度，与围岩应力和采动应力到创作时间：二零二一年六月三十日创作时间：二零二一年六月三十日达支护目的，即所得的主动支护.它与传统的棚式支护相比具有以 下几方面的优势：从根本上改善了采准巷道的支护状况 ，保证了平安生产.锚 杆支护能及时加固围岩，从而减少了围岩变形，防止顶板早期离 层和断帮，顶板下沉量和两帮位移量明显小于架棚巷道，减少了巷道维修量.据统计，有些局矿使用锚杆支护后，巷道失修率下降 了 50%60%,巷道的断面利用率提高了 10%17%.简化了工作面上、下顺梢的超前支护，加快了回采过渡，提高了工

6、作面单产，有利于提高效率，增加效益，工作面上、下 巷采纳棚子支护时,必需提前进行替棚，因采动压力的影响，撤 棚、换棚工作十分复杂，用工多、速度慢、不服安（瓦斯管理、 顶板管理），严重影响工作面推进速度（有时需用一个班从事此 项工作）.采纳锚杆支护可以有效减少回采超前压力对巷道的破坏，省失落替棚子序，提高工作面推进速度.减轻了工人的劳动强度，减少了支护物料的运输.采纳锚杆 支护后，不需要运输年夜量的支护钢材和其它辅助资料，改善了上、下顺梢工作环境，从根本上减轻了工人的劳动强度 ，解放了 生产力，加快了循环进度.年夜幅度节约了支护资料，降低了支护本钱，有利于节约 自然资源，改善生态环境.实践资料显

7、示，我国锚杆支护使用得好的煤矿与棚子支护相 比力，工作面同等提高了 40%60%,巷道失修率下降了 50%60%, 巷道掘进的支护本钱下降 25%40%,掘进速度提高了 10%20%,巷 道断面利用率提高了 15%,通风阻力下降了 10%,支护资料的运输 量下降了 60%70%因此锚杆支护已经成为煤矿最主要的支护方式.锚杆支护虽具有很年夜的发展潜力，但由于种种历史原因，还存在许多问题.创作时间：二零二一年六月三十日创作时间：二零二一年六月三十日发展不服衡.由于技术观念、地质条件等因素，锚杆支护在 各地的推广使用不同很年夜，南方800上，南方只有50溢右， 公司各矿高的达 70姒上，低的只有30

8、%,特别是巷修只有 30溢 右.技术和生产结合不紧密.各矿还没有形成切合本矿实际的锚 杆支护规范.施工人员素质不高，运成施工质量达不到设计要求.锚杆支护机具、资料和监测仪器仪表还需进一步完善、配套.二、锚杆作用原理巷道支护的基本目的在于缓和与减少围岩的移动 ，使巷道断 面不致于过分缩小，同时防止已离散和破坏的围岩垮塌 ，在服务 期内坚持巷道的稳定.为使巷道稳定，人们能够提供的支护力是有 限的.在开掘巷道以后形成的“支护一围岩”力学平衡系统中，围岩通常接受着年夜部份岩层压力，而支护仅仅接受其中一小部份 . 巷道支护的基来源根基理是普通支护和围攻岩共同承载，并尽量促使岩层形成承载结构.实践中，人们

9、一方面不竭研究提高支护构件的支护力和性能，另一方面，总是设法提高围岩的承载能力，使支护承当的载荷最小，从而减小支护力，降低支护本钱.由于地质条件的复杂性和研 究手段的局限性，锚杆支护理论至今尚不成熟 ，还不能独自依靠 那些理论为锚杆支护做出比力准确的设计.锚杆支护的发展可分为四个阶段： 50年代，开始试用锚杆支 护；60年代，在岩巷中试用喷浆支护，后发展为喷混凝土支护； 70年代，试用和推广光面爆破及锚杆、网、喷射混凝土支护；80年代采纳工程量测，试用新奥法，结合煤矿特点，初步形成一套 完善的设计、施工、静态管理方法 .创作时间：二零二一年六月三十日创作时间：二零二一年六月三十日锚杆支护技术的

10、发展打破了传统的支撑概念，形成了充沛发挥围岩自己自支承作用，使围岩和支护共同作用的现代支护理论.支护理论的发展，年夜致经历了以下几个阶段：20年代以前，发表了许多地压假说，其共同特点是把围岩作为不变载荷，而支护被看作接受载荷的结构，即所得的古典压力理论 .60年代以前，把岩体视作松散体，认为作用在支护结构上的荷载是围岩垮落拱 内的松动岩体重量，即松散体理论.60年代发展起来的支护和围 岩共同作用的现代支护理论.锚杆支护是以维护和利用围岩的自承能力为基点，及时地进行支护，控制围岩的变形和松弛，使围岩成为支护体系的组成部 份.锚杆支护通过锚入围岩内部的杆体，改变围岩自己的力学状态在巷道周围形成一个

11、整体而又稳定的承载环（带），和围岩共同作用，到达维护巷道的目的.喷混凝土支护能起到及时封闭围岩、 充填围岩的裂隙和支撑结构的作用，可有效的控制围岩变形和破坏，提高围岩强度，使围岩坚持原有的稳定性和强度.因此，锚喷 支护属于积极主动加固围岩的加固型支护系统.锚杆支护的作用原理主要有几种：加固拱作用.对被纵横交错的弱面所切割的块状或破裂状围 岩，如果及时用锚杆加固，就能提高岩体结构弱面的抗剪强度，在围岩周边一定厚度的范围内形成一个不单能维持自身稳定，而且能防止其上部围岩松动和变形的加固拱，从而坚持巷道的稳定.在弹性体内以锚杆的锚头和拧紧部为极点，形成算盘珠或分布的锥形体压缩带，如将锚杆以适当间距排

12、列，使相邻锚杆的锥形带创作时间：二零二一年六月三十日创作时间：二零二一年六月三十日（图中网线部份），即岩石加固拱，它使巷道围岩由“载荷”酿 成了 “承载结构”.锚杆加固拱作用悬吊作用.悬吊作用是指锚杆把将要冒落的软弱岩层或危岩悬吊于上部坚固稳定的岩体上，由锚杆来承当危岩或软弱岩层的重量 .悬吊软弱层状顶板悬吊危岩上图表的煤层巷道的直接顶板一般比力软弱，且不厚，很容易离层冒落，它上面的老顶则比力坚固，这样，锚杆可以通过直 接顶板到达老顶，把直接顶锚固在老顶上，锚杆的这种作用就象 是“钉钉子”，把容易冒落的顶板“钉牢”在老顶上 .组合梁作用.在层状岩层的巷道顶板中，通过锚入一系列的 锚杆，将锚杆长

13、度以内的薄层岩石锚成岩石组合梁 ，从而提高其 承载能力.可以将平顶巷道的层状顶板看作是以巷道两帮为支点的叠合梁 在载荷作用下，各层板都有各自的独自弯曲，每层板的上下缘分 别处在受压和受拉状态，但用锚杆将各层板紧固之后 ，在载荷作 用下，各层之间基本不发生离层、错动 ，就如同一块板的弯曲，铲-.丁创作时间:创作时间：二零二一年六月三十日年夜年夜提高了板系的抗弯强度 .在层状顶板中安设锚杆后，岩层 由叠合梁酿成组合梁，从而提高了顶板岩层的承载能力，锚杆自 己也起着抗剪销钉的作有，有效地阻止了岩层的层间错动.围岩补强作用.巷道围岩深部的岩石处于三向受压状态 .靠近 巷道周边的岩石则处于三向受力状态

14、，故易于破坏而丧失稳定性. 巷道周围安设锚杆后，有些岩石又部份恢复了三向受力状态 ，增 年夜了它自己的强度.另外，锚杆还可以增加岩层弱面的剪断阻力8iiqZI 81U 82X83I 8 3 8i82使围岩不容易破坏和失稳，这就是锚杆的补强作用.减小跨度作用.巷道顶板打了锚杆，相当于在该处打了点柱 减小了顶板跨度，从而增强了顶板岩石的稳定性 ，使岩石不容易 变形和破坏.挤压连结作用.锚杆将巷道围岩锚栓挤紧，对岩石施加预应 力，以平衡岩石内所发生的张拉应力，阻止裂隙的继续扩年夜.而且对松散岩石能起到挤压连结和加固作用.例如用一个长方形木箱里面填紧了碎石，并用模拟的锚杆将它们锚固起来，锚杆上紧以后，

15、将木箱翻转，其中充填的小碎石倒不出来.这说明，通过锚杆 的预应力作用，可以在彼此毫无粘结力的碎石之间发生一种侧向 挤压摩擦阻力，足以支撑碎石自身的重量而不会失落下来，好象碎石间互相连结起来一样.锚杆支护的上述作用其实不是各自自力存在，往往是同时并创作时间：二零二一年六月三十日创作时间：二零二一年六月三十日存、互为弥补，只不外在分歧条件下，某种支护作用占主导位置. 例如在拱形巷道中用锚杆加固块状或碎裂状围岩时,加固拱的作用是主要的，而在支护平顶巷道中，组合梁作用就是主要的了 .三、锚杆的种类和技术特征用作支护的锚杆，可根据其锚固的长度划分为集中锚杆和全 长锚固类锚杆.集中锚固类锚杆指的是锚杆装置

16、和杆体只有一部份 和锚杆孔壁接触和锚杆，包括端头锚固、点锚固、局部药卷锚固 的锚杆.全长锚固类锚杆指的是锚固装置或锚杆杆体在全长范围内 全部和锚杆孔壁接触的锚杆 ，包括各种摩擦式锚杆、全长砂浆、 树脂、水泥锚杆等.锚杆锚固方式可分为机械锚固型和粘结锚固型.锚固装置或锚杆杆体和锚杆孔壁接触，靠摩擦阻力起锚固作用的锚杆属于机械 锚固型锚杆.锚杆杆体部份或锚杆体全长利用树脂、砂浆、水泥等 胶结资料，将锚杆杆体和锚杆孔壁粘结 ，紧贴在一起，靠粘结力 起锚固作用的锚杆，属于粘结锚固型锚杆.锚杆按材质分歧又可分为钢丝绳、钢筋、螺纹钢、玻璃钢、木、竹锚杆等.锚杆的名称有以材质命名的，如竹锚杆、木锚杆、 玻璃

17、钢锚杆；有以粘结资料命名的 ，如树脂锚杆、水泥锚杆、砂 浆锚杆；有以结构命名的，如倒楔锚杆、深壳锚杆；有以外形命 名的，如管缝锚杆；有以作用机理命名的 ，如水力膨胀式等.1、木锚杆.木锚杆包括普通木锚杆和压缩木锚杆.普通木锚杆设计锚固力 为10KN左右，锚杆孔底部充填砂浆锚固力可达20KN左右，服务时间为一年左右，木质选用杂木，做防腐处置、喷浆处置后，服 务时间可延长.压缩木锚杆是用普通木材单向压缩后，加工制作，在井下遇水（相对湿度90%H上）后，杆体膨胀，发生的与锚杆孔壁而挤压力锚固围岩（煤），并由楔子发生初锚力，设计锚固创作时间：二零二一年六月三十日创作时间：二零二一年六月三十日力为20K

18、N.使用寿命12年.2、竹锚杆.竹锚杆包括竹片锚杆和？ ？竹锚杆 .3、楔缝式锚杆，设计锚固力5060KN,最年夜90120KN.4、涨圈式锚杆，设计锚固力5060KN,最年夜100KN.5、管缝式锚杆，设计锚固力5070KN,最年夜90KN.6、砂浆锚杆，设计锚固力50KN.7、树脂锚杆，设计锚固力60KN以上.8、水泥锚杆.9、水力膨胀式锚杆.10、玻璃钢锚杆.11、内注式注浆锚杆.四、锚杆支护参数设计巷道围岩的稳定性分类维护巷道的稳定，满足平安生产是巷道支护的目的 ，巷道支 护设计，施工和管理是涉及巷道稳定的几个主要方面 .巷道围岩稳 定性分类对增进煤矿的科学管理，起到很年夜的推举措用.

19、1、分类的依据分类的依据就是如何选择和确定分类指标的问题.影响巷道围岩稳定性的因素主要有两方面：一是采煤工作面采动的影响，二是临近采空区的影响.影响巷道围岩稳定性的因素巷道围岩稳定性受多种因素的影响，它不单取决于地质因素，同时也取决于生产技术因素，例如巷道围巷状况、地质力、开采影响等方面.a、巷道围岩强度围岩强度的年夜小对其稳定性的作用是很明显的，较软弱的创作时间：二零二一年六月三十日创作时间：二零二一年六月三十日围岩容易发生变形和破坏 ，巷道的维护比力困难，相反，较坚硬 的围岩就不容易变形和破坏，巷道容易维护.现场研究标明：巷道顶底板移近率随围岩强度增加而降低.当围岩强度低于某一值（如50M

20、p既时，移近率随强度的降低而急剧增加；当强度年夜于某一值（如80Mpaj）时,顶底板移近率随强度的变动就不明显了 .b、地应力地应力是引起围岩变形和破坏的根本作用力.巷道的投入、巷道参数的设计及巷道的维护，在很年夜水平上取决于地应力的年夜小.一般地应力包括上覆岩层的自重应力、地质构造力和采动引 起的集中应力.现在主要考虑自重应力（RB的影响.一般情况下， 顶底板移近率随巷道埋深的增加而增加.围岩强度较中时,巷道埋 深对其围岩变形影响强烈，当围岩强度年夜于某一值（如 80Mp既时，在一定深度范围内，巷道埋深的变动对围岩变形的影 响不年夜.c、岩体完整性一般岩体都分歧水平地含有地质弱面和构造，如层

21、理、节理、裂隙等，这将降低岩体的强度.把反映地质弱面和构造的水平 称为岩体完整性（以岩体完整性指数暗示），它与节理裂隙间距、分层厚度、直接顶垮落步距等有关系.d、开采影响由于采煤工作面年夜面积回采 ，在工作面前（后）方形成的 移动支承压力很年夜，这个支承压力的影响是回采巷道在整个服 务期间内围岩变形和破坏的主要原因.煤层、直接顶、老顶强度和厚度以及层位结构都影响移动支 承压力的状况.直接顶、厚度和采高的比值（ N）可以反映老顶来 压的强度，即在同们老顶条件下，N值越年夜，老顶来压强度越创作时间：二零二一年六月三十日创作时间：二零二一年六月三十日小，反之亦然.一般情况下，当NA 4时，老顶的垮落

22、和错动对巷 道维护状况无多年夜影响，当N<4时，老顶活动的影响就比力显 著.因此，可以把N值作为反映开采影响的一个指数 .反映开采对巷道围岩稳定性的另一个因素是煤柱宽度，其尺寸年夜小对围岩的稳定性影响十分显著.e、其它影响因素地下水对围岩有软化、泥化作用，是影响巷道围岩稳定性的一个因素.由于比力复杂，分类时暂不考虑.分类指标简直定分类指标主要有 7个：暗示围岩强度的指标是顶板可度（S 顶）、煤层强度（S煤）、底板强度（S底）；暗示自重应力的 指标是深度（H）;暗示岩体结构和构造（即岩体完整性指数）的 指标是直接顶、初度垮落步距（L）;暗示开采影响的指标是直接 顶、厚度的采高比值（N）及护

23、巷煤柱宽度（X）.分类指标取值的方法：a、三个围岩强度指标（S顶、S煤、S底）围岩强度是指围岩的单向抗压强度，单元为Mpa.顶板强度取 相当1.5倍的巷道宽度的顶板范围内的各岩层强度的加权平均值，底板强度取1.0倍巷道宽度的底板范围内各岩层强度的加权平均 值.分层开采时上分层巷道的底板强度就是煤层强度.b、埋藏深度（H）巷道埋藏深度是指巷道所在位置距地表的深度，单元为米.c、岩体完整性指数（D）岩体完整性指数（D）以直接顶、初度垮落步距（L）暗示，单元为米.d、直接顶厚度和采高比值（N）可以从地质柱状图中直接量取直接顶厚度.直接顶是直接位于创作时间：二零二一年六月三十日创作时间：二零二一年六月

24、三十日煤层（或伪顶）之上，强度小于6080Mpa, 一般随回柱冒落的岩 层.当N>4时，取N=4.e、护巷煤柱宽度（X）护巷煤柱宽度是指回风巷一侧的实际煤柱宽度，单元为米.当巷道两侧为实体煤时,取X=100米，当无煤柱护巷时X=0.由于巷道围岩稳定性受多因素、多指标的影响，我们采纳现代的模糊聚类分析方法将巷道围岩稳定性分为非常稳定（I ）、 稳定（H）、等稳定（田）、不稳定（IV）和极不稳定（V）5类.锚杆选用原则1、技术先进，质量稳定.2、价格合理.3、装置简便.4、货源充分，供应有保证.锚固强度简直定锚固强度是指作用到单元围岩面积的锚杆锚固力.锚固强度是保证锚杆支护效果的关键因素 .一般顶板锚杆的锚固力 >200KN才 华可靠支护巷道.我国现在所用锚杆的锚固力在 70KN左右.锚杆杆体直径和锚杆孔径的匹配国内外研究标明，锚杆孔壁和杆体之间的间隙有一个合理范围.决定间隙合理范围的主要因素是使锚固剂的抗剪强度最年夜，即充填锚固剂的空间越小，抗剪切强度越高，实验表时,锚杆孔 径与杆体直径之差宜坚持在610毫米之间.对锚杆支护主要资料与构件的要求1、树脂锚固剂树脂锚固剂应满足：保证足够的锚固力，为满足端部锚固、加长锚固和全长锚固的要求，应具有分歧的胶凝时间.创作时间：二零二一年六月三十日创作时间：二零二一年六月三十日2、锚杆杆体资料选用的金属杆体极限抗拉强度最低值不应小于