锚杆支护与监测

1、State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （

2、CUMT）1、几个基本概念、几个基本概念2、煤巷锚杆支护现状与发展、煤巷锚杆支护现状与发展 3、锚杆支护理论、锚杆支护理论4、锚杆支护技术体系、锚杆支护技术体系5、设计与监测、设计与监测State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT） 锚杆锚杆是锚固在岩体内维护围岩稳定的杆状结构物。对地是锚固在岩体内维护围岩稳定的杆状结构物。对地下工程的围岩以锚杆作为支护系统的主要构件，就形成下工程的围岩以锚杆作为支护系统的主要构件，就形成锚杆支护系统。锚杆支护系统。单体锚杆单体锚杆主要由锚头（锚固段）、杆体、锚尾（外锚主要由锚头（锚固

3、段）、杆体、锚尾（外锚头）、托盘等部件组成。头）、托盘等部件组成。锚杆的锚固力：锚杆的锚固力：锚杆对围岩所产生的约束力。锚杆对围岩所产生的约束力。托锚力：托锚力：包括安装锚杆时，通过拧紧螺母产生的锚杆托包括安装锚杆时，通过拧紧螺母产生的锚杆托板对围岩的预紧力。板对围岩的预紧力。1、几个概念、几个概念State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）粘锚力：粘锚力：粘结剂将围岩与锚杆粘结成整体，由于围岩深部粘结剂将围岩与锚杆粘结成整体，由于围岩深部与浅部变形的差异，锚杆通过粘结剂对围岩施加粘结力来与浅部变形的差异，锚杆通过粘

4、结剂对围岩施加粘结力来抑制围岩变形。粘锚力就是锚杆杆体的轴力。抑制围岩变形。粘锚力就是锚杆杆体的轴力。初锚力：初锚力：安设锚杆时，对锚杆进行拉张而使其具有的作用安设锚杆时，对锚杆进行拉张而使其具有的作用于围岩的力称为初锚力。于围岩的力称为初锚力。工作锚固力：工作锚固力：锚杆安设后，围岩变形，锚固剂发挥粘结作锚杆安设后，围岩变形，锚固剂发挥粘结作用；或者杆体与围岩之间的摩擦力制约围岩变形，此时锚用；或者杆体与围岩之间的摩擦力制约围岩变形，此时锚杆对围岩的作用力为工作锚固力。杆对围岩的作用力为工作锚固力。残余锚固力：残余锚固力：当围岩表面和深部的相对变形量超过锚固剂当围岩表面和深部的相对变形量超过

5、锚固剂的极限变形量以后，锚固剂被破坏，工作锚固力丧失后，的极限变形量以后，锚固剂被破坏，工作锚固力丧失后，锚杆对围岩仍具有的约束力，称为残余锚固力。锚杆对围岩仍具有的约束力，称为残余锚固力。State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）1995年时国内外状况年时国内外状况澳、美、英锚杆支护比重已达澳、美、英锚杆支护比重已达90%以上，德、俄、波正在以上，德、俄、波正在大力发展，比重在大力发展，比重在50%以上；我国为以上；我国为15.15%（低水平）。（低水平）。2、煤巷锚杆支护现状与发展、煤巷锚杆支护现状与发展Sta

6、te Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）最早使用锚杆并以锚杆作为唯一顶板支护方式的国家。最早使用锚杆并以锚杆作为唯一顶板支护方式的国家。上世纪上世纪30年代初开始应用，年代初开始应用，1943年后系统地使用锚杆。年后系统地使用锚杆。到了到了50年代初，美国发明了世界上第一个涨壳式锚头，年代初，美国发明了世界上第一个涨壳式锚头，由此而来带来了美国采矿工业的一场革命。由此而来带来了美国采矿工业的一场革命。60年代末发明树脂锚固剂，锚杆使用的相当一部分比例年代末发明树脂锚固剂，锚杆使用的相当一部分比例都是以树脂锚固剂全长胶结

7、的形式。都是以树脂锚固剂全长胶结的形式。在在70年代末，美国首次将涨壳式锚头与树脂锚固剂联合年代末，美国首次将涨壳式锚头与树脂锚固剂联合使用，使得锚杆具有很高的预拉力，锚杆的高预拉力可使用，使得锚杆具有很高的预拉力，锚杆的高预拉力可以达到杆体本身强度的以达到杆体本身强度的50%75%。2.1、国外锚杆支护的发展现状、国外锚杆支护的发展现状美国美国State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）美国锚杆技术精髓美国锚杆技术精髓 “两高一大两高一大”支护领域的专业化、产业化。支护领域的专业化、产业化。锚杆设计、制造、服务一体

8、化。锚杆设计、制造、服务一体化。锚杆等支护产品精细加工，而非材料消耗、废品利用锚杆等支护产品精细加工，而非材料消耗、废品利用 支护手段多样化、多系列，以适应各种不同的条件。支护手段多样化、多系列，以适应各种不同的条件。 高新技术用于锚杆设计。高新技术用于锚杆设计。美国的成功经验美国的成功经验State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）1952年大规模使用机械式锚杆，但最终证明英国较年大规模使用机械式锚杆，但最终证明英国较软弱的煤系地层不适宜用机械式锚杆。软弱的煤系地层不适宜用机械式锚杆。到到60年代中期，英国逐渐开始

9、不使用锚杆支护技术。年代中期，英国逐渐开始不使用锚杆支护技术。1987年，由于煤矿亏损，煤矿私有化。英国煤炭公年，由于煤矿亏损，煤矿私有化。英国煤炭公司参观澳大利亚煤矿，引进澳大利亚锚杆技术，在司参观澳大利亚煤矿，引进澳大利亚锚杆技术，在全行业重新推广锚杆支护，煤矿开始盈利。全行业重新推广锚杆支护，煤矿开始盈利。英国英国State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）主要推广全长树脂锚固锚杆，强调锚杆强度要高。主要推广全长树脂锚固锚杆，强调锚杆强度要高。其锚杆设计方法是将地质调研、设计、施工、监其锚杆设计方法是将地质调研

10、、设计、施工、监测、信息反馈等相互关联、相互制约的各个部分测、信息反馈等相互关联、相互制约的各个部分作为一个系统工程进行考察，使它们形成一个有作为一个系统工程进行考察，使它们形成一个有机的整体，形成了锚杆支护系统的设计方法。机的整体，形成了锚杆支护系统的设计方法。澳大利亚澳大利亚State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）自自1932年发明型钢支架以来，主要采用型钢年发明型钢支架以来，主要采用型钢支架支护巷道，支护比重达到支架支护巷道，支护比重达到90%以上。以上。自自80年代以来，由于采深加大，型钢支架支护年代以来

11、，由于采深加大，型钢支架支护费用高，巷道维护日益困难，开始使用锚杆支护。费用高，巷道维护日益困难，开始使用锚杆支护。80年代初期，锚杆支护在鲁尔矿区试验成功。年代初期，锚杆支护在鲁尔矿区试验成功。德国德国State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）研制开发了价廉物美的快硬水泥锚杆。研制开发了价廉物美的快硬水泥锚杆。引进管缝式锚杆技术并推广应用。引进管缝式锚杆技术并推广应用。研究研究“三小三小”锚杆技术。锚杆技术。试验成功了几种可拉伸锚杆、组合锚杆和桁架式锚杆等试验成功了几种可拉伸锚杆、组合锚杆和桁架式锚杆等80年代末

12、期，引进澳大利亚锚杆支护技术。年代末期，引进澳大利亚锚杆支护技术。90年代中期，中等稳定以上条件树脂锚杆研制成功并大年代中期，中等稳定以上条件树脂锚杆研制成功并大范围推广应用。范围推广应用。2.2、我国煤巷锚杆支护技术状况、我国煤巷锚杆支护技术状况State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）1995年立项时年立项时锚杆支护比重。我国锚杆支护比重。我国15.15%。锚杆支护。由锚杆支护。由Q235圆钢制造，承载能力圆钢制造，承载能力40 70 kN/根，根，水泥药卷端锚；用于水泥药卷端锚；用于、类及部分类及部分类煤巷。

13、类煤巷。类别类别非常稳定非常稳定稳稳 定定中等稳定中等稳定 不稳定不稳定 极不稳定极不稳定State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）锚杆支护比重约锚杆支护比重约25% 。巷道面貌根本改观。巷道面貌根本改观。扩大使用范围。扩大使用范围。、类推广，类推广，、类试验成功。类试验成功。原因：理论、设计方法、工艺取得了突破。原因：理论、设计方法、工艺取得了突破。2001年时年时State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）2.3、国内外锚杆使用条件的

14、差别、国内外锚杆使用条件的差别国外均使用在煤质中硬以上。国外均使用在煤质中硬以上。我国煤巷锚杆支护主要使用在煤质中硬、围岩我国煤巷锚杆支护主要使用在煤质中硬、围岩稳定程度较高的稳定程度较高的、类回采巷道。类回采巷道。软岩回采巷道、深井巷道、沿空掘巷等复杂困软岩回采巷道、深井巷道、沿空掘巷等复杂困难条件下的锚杆支护正在进行试验性研究，近难条件下的锚杆支护正在进行试验性研究，近几年取得较大突破。几年取得较大突破。State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）19451950：机械式锚杆的研究与应用。：机械式锚杆的研究与应用

15、。19501960：采矿业广泛采用机械式锚杆。：采矿业广泛采用机械式锚杆。19601970： 发明了树脂药卷，引发锚杆技术的一次发明了树脂药卷，引发锚杆技术的一次革命，树脂锚杆在矿山得到应用。革命，树脂锚杆在矿山得到应用。19701980：发明管缝式锚杆、水力胀管式锚杆并应：发明管缝式锚杆、水力胀管式锚杆并应用，研究锚杆新的设计方法，长锚索产生。用，研究锚杆新的设计方法，长锚索产生。19801990：混合锚头锚杆、组合锚杆、桁架锚杆及：混合锚头锚杆、组合锚杆、桁架锚杆及各种特种锚杆得到应用，树脂锚固材料得到改进。各种特种锚杆得到应用，树脂锚固材料得到改进。2.4、锚杆支护的发展方向、锚杆支护的

16、发展方向State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）煤巷锚杆支护的发展方向煤巷锚杆支护的发展方向加快巷道掘进速度；加快巷道掘进速度；减少巷道支护成本；减少巷道支护成本；提高锚杆支护的可靠性。提高锚杆支护的可靠性。State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）锚杆长度和受力可确定。锚杆长度和受力可确定。跨度较大和软弱岩层厚度过大时？跨度较大和软弱岩层厚度过大时？3.1：悬吊理论：悬吊理论3、锚杆支护理论、锚杆支护理论State Key Labo

17、ratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）在顶板较破碎、连续性受到破坏时，组合梁也就不存在了。在顶板较破碎、连续性受到破坏时，组合梁也就不存在了。 组合梁理论适用于层状顶板锚杆支护的设计，对于巷道的组合梁理论适用于层状顶板锚杆支护的设计，对于巷道的帮、底不适用。帮、底不适用。 3.2：组合梁理论：组合梁理论State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）3.3：压缩拱理论：压缩拱理论理论认为：安装锚杆后可形成一个承压拱。理论认为：安装锚杆后可形成一个承压拱。承压拱厚度和

18、强度？承压拱厚度和强度？State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）3.4：围岩强度强化理论：围岩强度强化理论理论提出的背景理论提出的背景State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）（a）严格的分区（）严格的分区（b）近似的分区）近似的分区State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）锚杆作用围岩的属性锚杆作用围岩的属性State Key Laboratory of

19、 Coal Resources and Mine Safety （CUMT）悬吊、组合梁、压缩拱理论是针对弹性状态的完整岩体。悬吊、组合梁、压缩拱理论是针对弹性状态的完整岩体。研究锚杆支护对围岩研究锚杆支护对围岩E、C、 的改善也限于岩体破碎的改善也限于岩体破碎前的弹性状态前的弹性状态 。实际：煤巷围岩松软破碎，采动应力高；围岩塑性区、实际：煤巷围岩松软破碎，采动应力高；围岩塑性区、破碎区范围大，岩体处于峰后强度、残余强度状态。破碎区范围大，岩体处于峰后强度、残余强度状态。处于峰后强度和残余强度的破碎岩体，锚杆支护能否起处于峰后强度和残余强度的破碎岩体，锚杆支护能否起作用？作用机理是什么？作用

20、？作用机理是什么？State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）锚杆的作用锚杆的作用约束围岩的径向膨胀和横向剪切约束围岩的径向膨胀和横向剪切State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）锚固体锚固体C、 随随 t的增加而提高的增加而提高锚杆支护强度锚杆支护强度 t / MPa00.060.080.110.140.170.22等效内聚力等效内聚力C / MPa0.34660.35680.36260.36770.38280.37730.3869等效

21、内摩擦角等效内摩擦角 / 31.5131.5333.5135.5737.1438.840.4锚杆支护强度锚杆支护强度 t / MPa00.060.080.110.140.170.22等效内聚力等效内聚力C* / MPa0.01680.01820.01830.01840.01860.01940.021等效内摩擦角等效内摩擦角 * / 31.5131.5333.5135.5737.1438.840.4锚固体锚固体C*、 * 随随 t的增加而提高的增加而提高State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）锚杆支护作用的实质就是

22、锚杆锚杆支护作用的实质就是锚杆与围岩相互作用，组成锚固体，与围岩相互作用，组成锚固体，形成锚杆形成锚杆围岩的共同承载结围岩的共同承载结构，改善锚固体的力学参数，构，改善锚固体的力学参数，提高锚固体的强度，使岩体强提高锚固体的强度，使岩体强度，特别是峰后强度和残余强度，特别是峰后强度和残余强度得到强化度得到强化,充分发挥围岩的自充分发挥围岩的自承能力。承能力。 理论的实质理论的实质State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）3.5：预应力支护理论：预应力支护理论巷道受地应力影响巷道受地应力影响State Key Lab

23、oratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）水平应力水平应力水平应力水平应力垂直应力垂直应力水平应力水平应力水平应力水平应力垂直应力垂直应力State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）集中端头锚固类集中端头锚固类全长锚固类全长锚固类机械锚固类机械锚固类机械锚固类机械锚固类粘结锚固类粘结锚固类粘结锚固类粘结锚固类涨壳式锚杆涨壳式锚杆倒楔式锚杆倒楔式锚杆钢丝绳砂浆锚杆钢丝绳砂浆锚杆微膨胀水泥锚杆微膨胀水泥锚杆木锚杆木锚杆竹锚杆竹锚杆树脂锚杆树脂锚杆水泥锚杆水泥锚杆快硬水

24、泥锚杆快硬水泥锚杆压缩木锚杆压缩木锚杆普通木锚杆普通木锚杆管缝式锚杆管缝式锚杆水力膨胀式锚杆水力膨胀式锚杆全长树脂锚杆全长树脂锚杆全长水泥锚杆全长水泥锚杆钢筋砂浆锚杆钢筋砂浆锚杆4.1：锚杆种类：锚杆种类4、锚杆支护技术及体系、锚杆支护技术及体系State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）普通木锚杆结构普通木锚杆结构1-杆体杆体 2-楔缝楔缝 3-内楔块内楔块 4-垫板垫板 5-外楔快外楔快32145木锚杆：分为普通木和压缩木锚杆。无预紧力，锚固力木锚杆：分为普通木和压缩木锚杆。无预紧力，锚固力低，易腐烂，服务年限一

25、般低，易腐烂，服务年限一般23年。普通木锚杆锚固力年。普通木锚杆锚固力10kN15kN；压缩木锚杆锚固力；压缩木锚杆锚固力20kN左右。左右。321456压缩木锚杆结构压缩木锚杆结构1-杆体杆体 2-楔缝楔缝 3-内楔块内楔块 4-垫板垫板 5-加固钢圈加固钢圈 6-外楔快外楔快 State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）竹锚杆：分为片竹锚杆和百夹竹锚杆两种。竹锚杆：分为片竹锚杆和百夹竹锚杆两种。片竹锚杆：一般应用片竹锚杆：一般应用4根厚根厚10mm、宽、宽30-38mm的竹片，并应的竹片，并应用用22号铁丝箍成圆

26、形。百夹竹锚杆：杆体选用直径号铁丝箍成圆形。百夹竹锚杆：杆体选用直径2025mm百夹竹，将杆体对破开经防腐处理后将竹心灌以百夹竹，将杆体对破开经防腐处理后将竹心灌以1：2的水泥砂浆（两端留木楔长度），然后用铁丝捆扎而成。的水泥砂浆（两端留木楔长度），然后用铁丝捆扎而成。片竹锚杆结构片竹锚杆结构1-竹片杆体竹片杆体 2-铁丝箍铁丝箍 3-垫板垫板4-内楔块内楔块 6-外楔快外楔快-12345百夹竹锚杆结构百夹竹锚杆结构1-杆体杆体 2-铁丝箍铁丝箍 3-垫板垫板4-圆锥内楔圆锥内楔 5-圆锥外楔圆锥外楔42135State Key Laboratory of Coal Resources and

27、 Mine Safety （CUMT）楔缝式锚杆：一般用于楔缝式锚杆：一般用于I类围岩。类围岩。421356楔缝式锚杆结构楔缝式锚杆结构1-杆体杆体 2-楔缝楔缝 3-丝扣丝扣 4-楔子楔子 5-垫板垫板 6-螺母螺母State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT） 胀壳式锚杆：靠锥形螺胀壳式锚杆：靠锥形螺帽前移迫使胀壳向左右张帽前移迫使胀壳向左右张开、楔嵌入孔壁。锚杆结开、楔嵌入孔壁。锚杆结构较复杂，对围岩能及时构较复杂，对围岩能及时支护。锚固力一般为支护。锚固力一般为50100kN。可回收。可回收。 State Ke

28、y Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）管缝式锚杆：是靠开缝的钢管被强行打入锚杆孔（孔径管缝式锚杆：是靠开缝的钢管被强行打入锚杆孔（孔径比锚杆外径小），管体受挤后对围岩孔壁产生弹性抗力。比锚杆外径小），管体受挤后对围岩孔壁产生弹性抗力。杆体与孔壁之间产生的轴向静摩擦力阻止围岩的松动、杆体与孔壁之间产生的轴向静摩擦力阻止围岩的松动、变形。该型锚杆支护效应快，杆体全长产生锚固力。锚变形。该型锚杆支护效应快，杆体全长产生锚固力。锚固力一般多固力一般多5070kN。 杆体垫板挡环State Key Laboratory of Coal

29、Resources and Mine Safety （CUMT） 玻璃纤维增强塑料锚杆（简称玻璃钢锚杆）是一种高强易玻璃纤维增强塑料锚杆（简称玻璃钢锚杆）是一种高强易切割新型复合材料锚杆。切割新型复合材料锚杆。特点：抗拉强度大，抗拉强度可与特点：抗拉强度大，抗拉强度可与20MnSi螺纹钢锚杆抗拉螺纹钢锚杆抗拉强度相媲美。阻燃、抗静电、采煤机易切割、不产生火花，强度相媲美。阻燃、抗静电、采煤机易切割、不产生火花，安全；安全； 重量轻，为钢材的重量轻，为钢材的1/4。大大减轻了工人的劳动强。大大减轻了工人的劳动强度；价格便宜，比同规格的钢锚杆相比每米便宜度；价格便宜，比同规格的钢锚杆相比每米便宜1

30、-2元。元。State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）第一代：机械式端头锚固锚杆。第一代：机械式端头锚固锚杆。40年代开始，在年代开始，在5060年代推广。分为楔缝式、涨壳式、倒楔式等，其特点为年代推广。分为楔缝式、涨壳式、倒楔式等，其特点为锚固力低、系统刚度小、可靠性差，受岩性影响大，其锚固力低、系统刚度小、可靠性差，受岩性影响大，其技术特征客观上导致了使用的局限性。技术特征客观上导致了使用的局限性。第二代：各种全锚锚杆提出。第二代：各种全锚锚杆提出。7080年代各种新型锚杆年代各种新型锚杆相继问世，如砂浆锚杆、

31、树脂锚杆、管缝式锚杆、水胀相继问世，如砂浆锚杆、树脂锚杆、管缝式锚杆、水胀锚杆等，它们的特点为全长锚固、锚固力大、可靠性高，锚杆等，它们的特点为全长锚固、锚固力大、可靠性高，适应性强。适应性强。4.2：锚杆的发展：锚杆的发展State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）第三代：螺纹钢树脂锚固锚杆占领市场阶段。此外各种第三代：螺纹钢树脂锚固锚杆占领市场阶段。此外各种适应特殊要求的锚杆得到发展，如适应可切割要求的玻适应特殊要求的锚杆得到发展，如适应可切割要求的玻璃钢锚杆、塑料锚杆，适应软岩大变形要求的等塑性锚璃钢锚杆、塑料

32、锚杆，适应软岩大变形要求的等塑性锚杆，适应大跨度的桁架和锚索等。杆，适应大跨度的桁架和锚索等。第四代：高性能预拉力锚杆在第四代：高性能预拉力锚杆在90年代末开始应用，并初年代末开始应用，并初步显示出巨大的生命力。形成了锚杆产品的多样化、多步显示出巨大的生命力。形成了锚杆产品的多样化、多系列，并实现了产业化，以适应各种不同的条件；锚杆系列，并实现了产业化，以适应各种不同的条件；锚杆设计、制造、服务一体化；将高新技术用于锚杆设计；设计、制造、服务一体化；将高新技术用于锚杆设计；强调锚杆的高强度、高预拉力，并将锚杆预拉力作为主强调锚杆的高强度、高预拉力，并将锚杆预拉力作为主要参数进行设计。要参数进行

33、设计。State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）4.3：锚杆常用钢材及性能：锚杆常用钢材及性能State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）普通圆钢粘结式锚杆普通圆钢粘结式锚杆State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）高强度、超高强度锚杆高强度、超高强度锚杆State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safet

34、y （CUMT）锚尾螺纹部分热处理及效果锚尾螺纹部分热处理及效果State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）整根锚杆热处理及效果整根锚杆热处理及效果State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）4.4：预拉力支护体系：预拉力支护体系 提出背景提出背景支护目的是减小屈服后强度降低，使破坏变得平缓。支护目的是减小屈服后强度降低，使破坏变得平缓。锚杆提供轴向力与切向力，减小不连续面抗剪强度的降低，锚杆提供轴向力与切向力，减小不连续面抗剪强度的降低，

35、阻止离层与滑动。保持节理煤岩体的原有强度、完整性。阻止离层与滑动。保持节理煤岩体的原有强度、完整性。给围岩施加压应力，改善应力状态。给围岩施加压应力，改善应力状态。提高锚杆支护系统的刚度非常重要，途径：及时支护；施加提高锚杆支护系统的刚度非常重要，途径：及时支护；施加高预应力，并实现预应力有效扩散；加长或全长锚固，使杆高预应力，并实现预应力有效扩散；加长或全长锚固，使杆体对围岩离层、错动非常敏感，及时抑制。大幅度提高支护体对围岩离层、错动非常敏感，及时抑制。大幅度提高支护系统刚度与强度，特别是预应力，可有效抑制围岩结构面离系统刚度与强度，特别是预应力，可有效抑制围岩结构面离层和弯曲变形。层和弯

36、曲变形。State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）预应力支护体系预应力支护体系高性能（预拉力）锚杆支护高性能（预拉力）锚杆支护小孔径预拉力短锚索支护小孔径预拉力短锚索支护钢绞线预拉力桁架支护钢绞线预拉力桁架支护组合支护组合支护State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT） 高性能（预拉力）锚杆系统的特点高性能（预拉力）锚杆系统的特点指杆体材质符合高指杆体材质符合高强度、延伸率要求、强度、延伸率要求、外形符合锚固要求、外形符合锚固要求、附件完

37、整、整体强附件完整、整体强度和几何尺寸匹配、度和几何尺寸匹配、能够满足钻机连续能够满足钻机连续一体化安装并实现一体化安装并实现预拉力的新型锚杆。预拉力的新型锚杆。State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）表面积不同表面积不同表面结构不同表面结构不同 螺纹钢锚杆表面结构优化螺纹钢锚杆表面结构优化State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT） 几种锚杆几种锚杆 State Key Laboratory of Coal Resources and

38、 Mine Safety （CUMT） State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）杆体采用左旋无纵筋螺纹钢：搅拌树脂阻力小；杆体采用左旋无纵筋螺纹钢：搅拌树脂阻力小；采取了减摩措施，方便施加预拉力：每套锚杆加两采取了减摩措施，方便施加预拉力：每套锚杆加两个减摩垫圈，一个金属垫圈、一个塑料垫圈；个减摩垫圈，一个金属垫圈、一个塑料垫圈；各种锚杆设计了快速安装结构，可以实现树脂搅拌、各种锚杆设计了快速安装结构，可以实现树脂搅拌、锚杆安装及施加预拉力于一体；锚杆安装及施加预拉力于一体；锚杆螺纹部分与杆体实现了等强；锚杆螺纹

39、部分与杆体实现了等强；锚杆支护系统强度配套：锚杆强度、托盘强度、钢锚杆支护系统强度配套：锚杆强度、托盘强度、钢带强度三者匹配。带强度三者匹配。新型锚杆及其加工的特点新型锚杆及其加工的特点State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）螺母螺母State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）垫圈和托板垫圈和托板State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）桁架锚杆是二十世纪桁

40、架锚杆是二十世纪60年代末出现的组合锚杆支护的一种年代末出现的组合锚杆支护的一种形式。形式。常见的桁架锚杆由锚杆、拉杆、拉紧器、垫块组成。常见的桁架锚杆由锚杆、拉杆、拉紧器、垫块组成。桁架锚杆的主要形式有：单式桁架锚杆、复式桁架锚杆（桁架锚杆的主要形式有：单式桁架锚杆、复式桁架锚杆（在巷道跨度方向上由在巷道跨度方向上由23个单式桁架锚杆交错组成）、交个单式桁架锚杆交错组成）、交叉桁架锚杆（在巷道交叉处单式桁架锚杆交叉成十字形）叉桁架锚杆（在巷道交叉处单式桁架锚杆交叉成十字形）和和 连续桁架锚杆（沿巷道轴向将单式或复式桁架锚杆连成连续桁架锚杆（沿巷道轴向将单式或复式桁架锚杆连成整体）等。整体）等

41、。桁架锚杆支护桁架锚杆支护State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT） 单式双拉杆桁架锚杆单式双拉杆桁架锚杆 1锚头；锚头；2锚杆；锚杆；3托架；托架；4水平拉杆水平拉杆 State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）复式桁架锚杆复式桁架锚杆 1锚杆；锚杆；2拉杆；拉杆；3拉紧器；拉紧器；4垫木垫木 State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）交叉桁架锚杆交叉桁架锚

42、杆 State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）桁架锚杆支护作用力桁架锚杆支护作用力 State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT） 小孔径预拉力短锚索小孔径预拉力短锚索钻眼机具、锚固材料及搅拌沿用树脂锚杆相关技术，钻眼机具、锚固材料及搅拌沿用树脂锚杆相关技术，较传统的锚索大大简化了施工难度。较传统的锚索大大简化了施工难度。钢绞线具有柔性，长度可以适当加长；锚固深度大大钢绞线具有柔性，长度可以适当加长；锚固深度大大提高。提高。专用设备施加预拉

43、力，预紧力大小随意可调。专用设备施加预拉力，预紧力大小随意可调。孔径：国外大（孔径：国外大（50-55mm），我们使用），我们使用28mm钻机：国外为锚索钻机钻机：国外为锚索钻机 ，我们用锚杆钻机，我们用锚杆钻机锚固方式和承载时间：国外用水泥浆，锚固方式和承载时间：国外用水泥浆，24小时后承载。小时后承载。我们用树脂锚，我们用树脂锚，5-10分钟承载。分钟承载。 State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）锚索材料及性能锚索材料及性能State Key Laboratory of Coal Resources and

44、 Mine Safety （CUMT）锚索结构锚索结构State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）HOUSINGSTIFFENER TUBEBIRD CAGEWEDGEWASHEROR PLATEBUTTONPOST TENSION CABLE BOLT后应力锚索（后应力锚索（PTMS系列）系列）State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Saf

45、ety （CUMT）NUTHOUSINGSTIFFENER TUBEBIRD CAGEWEDGEWASHEROR PLATEBUTTONNON-TENTIONED CABLE BOLT无应力锚索（无应力锚索（NTMS系列）系列）State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）CABLE BOLT- BARE CABLE快速安装预应力锚索快速安装预应力锚索State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）27mm27mm钻头钻头钻杆钻杆锚杆钻机锚杆钻机

46、快速药包快速药包中速药包中速药包钢绞线钢绞线驱动器驱动器锚固段锚固段托盘托盘锁具锁具张拉器张拉器切割器切割器超高压隔油泵超高压隔油泵State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT） 锚索存在的缺陷锚索存在的缺陷和和20mm的的20MnSi螺纹钢锚杆强度区别不明显；锚索螺纹钢锚杆强度区别不明显；锚索常出现破断、抽冒现象常出现破断、抽冒现象锚索和锚杆承载不同步，易超前锚杆集中受力锚索和锚杆承载不同步，易超前锚杆集中受力外端头受力不良，与围岩点接触，顶板强化效果不明显外端头受力不良，与围岩点接触，顶板强化效果不明显内锚固端的三

47、径匹配不合理，锚固性能不可靠内锚固端的三径匹配不合理，锚固性能不可靠锚索难以从根本上控制顶板的离层锚索难以从根本上控制顶板的离层State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT） 关于锚索的几个问题关于锚索的几个问题锚索的作用？锚索的作用？锚索的长度？锚索的长度？锚索的张拉力？锚索的张拉力？State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT） 高预拉力钢绞线桁架系统高预拉力钢绞线桁架系统将巷道两肩窝深部岩体作为锚固点，张拉机具通过桁架将巷道两肩窝深部岩体

48、作为锚固点，张拉机具通过桁架连接器将高强度的预应力钢绞线锁紧。连接器将高强度的预应力钢绞线锁紧。与锚索支护所用材料、施工机具和工艺都十分接近与锚索支护所用材料、施工机具和工艺都十分接近能解决厚层复合破碎顶板（不稳定层厚累计超过能解决厚层复合破碎顶板（不稳定层厚累计超过5.0m）、）、高水平地应力、松散煤层顶板等条件下的支护难题。高水平地应力、松散煤层顶板等条件下的支护难题。State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）现行支护的缺陷现行支护的缺陷顶板受压区顶板受压区顶板受压区顶板受压区State Key Laborat

49、ory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）顶板桁架顶板桁架 有效阻止顶板垮冒有效阻止顶板垮冒顶板受压区顶板受压区顶板受压区顶板受压区State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT） M型钢带的特点型钢带的特点不对称抗弯性能，容易与围岩密贴不对称抗弯性能，容易与围岩密贴刚度大，强度高，不容易撕裂刚度大，强度高，不容易撕裂断面利用率高、节省钢材、价格低廉断面利用率高、节省钢材、价格低廉State Key Laboratory of Coal Resources and Mine

50、Safety （CUMT）型钢带在井下的使用型钢带在井下的使用State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT） 锚固剂的选择锚固剂的选择 高性能锚杆的锚固方式高性能锚杆的锚固方式 “三径三径”匹配对煤体锚固性能的影响匹配对煤体锚固性能的影响 “三径三径”匹配关系是指锚杆直径、钻孔直径、树匹配关系是指锚杆直径、钻孔直径、树脂药卷直径三者的匹配关系脂药卷直径三者的匹配关系 锚杆锚固参数锚杆锚固参数杆体结构

51、杆体结构锚固剂环形厚度（锚固剂环形厚度（mm）合理值合理值最佳值最佳值左旋螺纹钢左旋螺纹钢41056建筑螺纹钢建筑螺纹钢61278State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT） 油基树脂油基树脂收缩性收缩性搅拌要求高搅拌要求高成本高成本高水基树脂水基树脂中性或略具膨胀性中性或略具膨胀性1：1配比，易均匀搅拌配比，易均匀搅拌成本低成本低State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）防止巷道顶板的漏冒和两帮煤体的片帮防止巷道顶板的漏冒和两帮煤体的片

52、帮通过托板将其所承担的载荷有效地传递到锚杆上，通过托板将其所承担的载荷有效地传递到锚杆上，并能协调锚杆的受力，发挥锚杆的整体支护作用。并能协调锚杆的受力，发挥锚杆的整体支护作用。有效的提高锚杆锚固范围内围岩的连续性，这对提有效的提高锚杆锚固范围内围岩的连续性，这对提高锚杆支护体系的整体支护强度是十分有益的。高锚杆支护体系的整体支护强度是十分有益的。配套的金属网、钢带及钢筋梯配套的金属网、钢带及钢筋梯State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）State Key Laboratory of Coal Resources

53、 and Mine Safety （CUMT）State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）5.1：常用的设计方法：常用的设计方法工程类比法工程类比法5、锚杆支护设计与监测、锚杆支护设计与监测State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）5.2：煤巷锚杆支护设计新方法：煤巷锚杆支护设计新方法地应力测试修改、完善设计现场施工及

54、监测计算机初始设计地质力学评估State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）5.3：锚杆支护的施工与监测：锚杆支护的施工与监测 锚杆支护监测的必要性锚杆支护监测的必要性 锚杆支护不是万能的，在一些情况下，单纯采用锚杆支护不是万能的，在一些情况下，单纯采用锚杆支护是不安全的，甚至是不可能成功的！锚杆支护是不安全的，甚至是不可能成功的！ 锚杆支护是一项隐蔽性工程。锚杆支护是一项隐蔽性工程。 支护材料本身存在的缺陷。支护材料本身存在的缺陷。State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）质量保障体系质量保障体系支护理念与支护方案支护理念与支护方案要想达到预期的效果要想达到预期的效果则需要强有力的实施则需要强有力的实施力度，完善的控制、力度，完善的控制、监测体系。主要从人监测体系。主要从人员培训、材料、设备、员培训、材料、设备、施工过程、矿