权景伟-巷道锚杆支护技术工艺与安全控制2015.8

二0一五年八月煤矿巷道锚杆支护技术工艺与安全控制

权景伟目录一、引言二、锚杆支护基础知识三、锚杆支护巷道落煤工艺四、树脂锚杆支护施工工艺五、树脂锚索支护施工工艺六、锚杆支护巷道的整体性和连续性七、影响树脂锚杆、锚索锚固效果的三个不容忽视的因素八、困难地质条件下煤巷锚杆支护实例九、锚杆支护巷道的质量监测、评估和判断十、困难地质条件煤巷锚杆支护遵循的原则4.94一、引言2000年以来煤矿事故死亡人数2000年以来全国煤矿百万吨死亡率2000～2014年全国煤矿各类事故死亡人数统计2000年以来顶板死亡人数与瓦斯死亡人数占总死亡人数比例对比图2012年煤矿各类事故起数分布

2013年，全国煤矿共发生死亡事故604起，死亡1067人。各类事故中，顶板事故起数最多，瓦斯事故死亡人数最多。顶板事故274起，死亡325人。分别占全国煤矿各类事故起数和死亡人员的45.4%和30.5%；

2014年煤矿事故共发生509起，死亡931人，百万吨死亡率0.24，创历史最好水平。各类事故中，顶板事故196起，死亡292人；瓦斯事故47起，死亡266人；顶板事故起数和死亡人数都是最多的。分别占全国煤矿各类事故起数和死亡人员的38.5%和31.4%。

顶板事故超过瓦斯事故，成为煤矿事故分类中排名第一的事故，严重影响煤矿的安全状况；近年来掘进巷道顶板事故有所抬头，应予以重视！

顶板灾害是当前和今后影响煤矿安全生产和长期效益的重大普遍问题之一，随着开采强度增加越来越重。学术界认为：全世界最先进的采矿技术设备在中国全世界最落后的采矿技术工艺也在中国而且掘进技术工艺尤为原始滞后集团公司祝贺不连沟煤矿原煤年产突破千万吨电牵引采煤机目前，国内外新型采煤机均采用了大功率可控传动、微机工况检测监控、自动化控制与机电一体化设计等先进技术，总装机功率已达2500kW以上，如国内西安煤矿机械有限公司、山西太重煤机有限公司、美国久益公司等。1、山西太重煤机有限公司3010kW2、西安煤矿机械有限公司2550kW3、美国久益公司2310kW

2015年6月26日，太重煤机和西山煤电完成的国家“十二五”智能制造装备发展专项“煤炭综采成套装备智能系统开发与示范应用”课题，通过了山西省科技厅组织的鉴定：其鉴定的结论是“成果达到国际领先水平”。煤机装机功率2660kW,生产能力4500t/h;刮板输送机功率2ⅹ1200kW,输煤量3750t/h;支架高度2800～6400mm，中心距1750mm;具有综采智能管理系统，实现远程监控和自动化运行。煤炭综采成套装备智能系统开发

0.55m8.8m1000kN21000kN1.25m2.05m支护高度工作阻力中心距液压支架高度两极化、支护高强化、架体轻量化、操作自动化—“四化”

液压支架在经历了引进、消化、吸收几个阶段的发展，目前设计和制造水平得到了很大提高，形成了适应不同生产工艺和地质条件下的多品种、多型式、多系列产品。我国已研制成功了多种系列的两柱掩护式支架和高工作阻力的四柱支撑掩护式大采高液压支架。综采液压支架煤矿新装备大采高综采支架，首先应用在神东补连塔矿的ZY16800/32/70支架，采高7m，配套2700kW大功率煤机，单面年产1500多万t。2012年晋煤集团研制出了ZY20000/37/82D型支架，高度最高8.2m，工作阻力2万kN，支架中心距2050mm。

2014年，平煤机等几家煤机厂研制出了8.5m支架样架。目前，郑煤机正在为神东制造8.8m一次采全高大采高支架。煤矿开采新装备架间挡矸装置架前挡矸装置自动调平衡装置可伸缩连接装置过失强制制动整体铸造销排防陷装置侧向推移装置液压支架采煤机刮板输送机川煤集团急倾斜综采工作面液压支架

2011年，我国综采机械化程度达到87%以上，综掘机械化率不到40%

(多数矿区采掘机械化严重不配套）。行业部门规划，到2015年，我国综掘机械化程度要达到75%以上（目前来看，实现这一目标已经不可能）。我国当前应用较多，本质掘锚分离，决定了提速空间有限。目前仅应用于地质条件较好的矿区（如神东、内蒙），本质掘锚不平行，其地质条件适应性差，难以大范围推广。掘锚平行作业，自动化程度高。我国近些年相关技术日臻成熟，有技术基础。煤矿新装备：掘锚机组掘锚一体化掘进

掘锚一体化是将掘装功能与锚杆钻机的钻锚支护功能有机的结合在一起，构成整体的掘锚装备，实现切割、装运、行走、锚杆支护于一体，实现掘支平行作业，快速掘进。掘锚联合机组做到破碎顶板及时支护等功能。目前国内引进使用了20余套掘锚机组，我国正在研究开发。煤矿新装备：全断面掘进机

神华神东和有关科研机构及厂家新研制的QMJ4260全断面煤巷高效掘进机，切割高度4.2m，切割宽度6m，行走工作速度0～0.2m/min，生产能力1200t/h，纵向工作坡度≤±5°。日最高进尺158m，月进尺3088m,能力在月进尺4000m以上。

煤矿锚杆钻车是一种高效机械化快速支护装备，其支护效率高、性价比高，机械化程度高，安全可靠，可实现软岩巷道掘进的安全快速支护。煤矿锚杆钻车中电投新疆集团公司乌苏四棵树煤矿给井下职工配上了最好的防尘口罩？发布时间:2013-11-05看了这张图你会想到哪几个方面？

学术界认为，我国煤矿开采的主要难点问题：开采深度大，地质条件复杂，开采环境呈现“五高两扰动”的特征五高高地应力（水平和集中度）高瓦斯（压力和含量）高工作面环境温度（湿度）高冲击倾向性高岩溶水压两扰动长壁开采的强烈扰动邻近巷道（硐室）工程的强烈扰动三个方面七大问题巷道支护顶板安全煤与瓦斯突出矿井突水五高两扰动职业病高发高运行成本效率安全效益冲击地压

可见，煤矿巷道支护、顶板安全已经成为煤炭行业开采的重点难点问题！

煤矿规模、地质条件、先进程度、管理水平参差不齐，安全管理难度很大。就煤矿巷道掘进支护而言，存在着技术、装备水平不一，操作不规范，可能会导致隐形致灾隐患的风险；同时有的单位也存在着过度支护的误区。

假如我到您矿或者您管辖的矿去学习参观，我说您矿的掘进职工操作不规范，您认可吗？煤矿巷道掘进是第一道工序，巷道安全是基础。

1、下井后首先每个人都会昂头看看巷道顶板安全吗？

2、作为管理者，判断这段巷道有没有隐患，要不要维修加固？怎么加固？

3、从事检查指导工作的时候，现场工人操作的是否正确？质量可否保证？你能否看出问题？

4、你的管理和指导性意见是否是科学先进的？是否会对安全管理、降本增效等带来误区或阻碍作用?1、锚杆眼用什么设备打？怎么打？2、不同类型的树脂锚固剂怎么向眼中放置？3、怎么搅拌树脂锚固剂？4、锚杆怎么安装？是打一个眼安装一个还是顶板或者一帮的眼都打完再安装？两边先安装再安装中间的对吗？5、螺母什么时候紧固？怎样紧固？只紧一次可以吗？6、帮锚杆的施工问题（是否要扫眼吹眼？手持式帮锚机能够满足锚杆打眼、安装要求吗？）7、巷道顶板15m以内没有坚硬岩层，能打锚索吗？8、现场检查的关键是什么指标？木支护砌碹支护型钢支护锚杆支护二、锚杆支护的基础知识学术界认为美国最早发明了锚杆（1912年）个人认为最早发明锚杆的应该是中国（公元491年北魏太和15年，公输般，北岳恒山悬空寺）

1、锚杆支护的主要理论①悬吊理论②组合梁（钢板梁）理论、组合拱理论③挤压加固（压缩拱）理论④最大水平应力理论(围岩应力场平衡理论)⑤松动圈理论⑥围岩强度强化理论

锚杆支护最本质的作用是：及时、主动注意：只要是锚杆支护都是主动的吗？要警惕：被动锚杆支护不如架棚！经典锚固理论和预应力锚固理论的结合及时主动有效加固顶板，消除松脱型冒顶增大锚固范围，消弱层状顶板沿弱面的渐次离层和垮冒建立“楔形”的强化承载结构，防止锚固区外离层和挤压型冒顶围岩强度强化理论：美国兰德公司（RAND）围岩强度强化实验室试验情况兰德公司（RAND）：兰德公司的长处是进行战略研究。它开展过不少预测性、长远性研究，提出的不少想法和预测是当事人根本就没有想到的，而后经过很长时间才被证实了的。兰德正是通过这些准确的预测，在全世界咨询业中建立了自己的信誉。

1957年，兰德公司在预测报告中详细地推断出苏联发射第一颗人造卫星的时间，结果与实际发射时间仅差两周，这令五角大楼震惊不已。兰德公司也从此真正确立了自己在美国的地位。此后，兰德公司又对中美建交、古巴导弹危机、美国经济大萧条和德国统一等重大事件进行了成功预测，这些预测使兰德公司的名声如日中天，成为美国政界、军界的首席智囊机构。摘录兰德公司亚太政策中心和华盛顿著名思想库美国亚洲文化学院(UACA)的研究观点：

目前，中国面临著巨大的挑战。中国的银行是我们所知道的世界上最糟糕的银行。中国每一代，都有相当于美国规模的人口从农村涌入城市。每年，都有1200—1300万新工人加入就业大军。在制造业，生产力对就业的影响比我们国家要严重得多。到2020年，中国人口老龄化会使工作人口与不工作人口的比率成为世界上最糟糕的，比日本更甚。如果没有特效的新政策的话，中国的经济在那个时期就会狠狠地撞墙。到2020年，以我们的标准来看，它会是一个非常穷的国家。

【欲成大事者謹記易經八律】覺人之詐，不憤於言受人之侮，不動於色察人之過，不揚於他

施人之惠，不記於心受人之恩，銘記於心

受人之魚，而學之漁識人之才，授之於權善於謀人，有容乃大锚杆支护技术的阶段性突破发展阶段强度粘结力初锚力(工作阻力)可靠性使用范围技术特征20世纪50~60年代机械点锚固锚杆技术低低低低很小四低一小20世纪80~90年代末高强螺纹钢锚杆技术高高低低较小两高两低1999年~2004高性能预拉力支护技术高高高高大四高一大2004年以来以提高预紧力、集成系统刚度为突破的“三高”锚杆支护技术2、树脂锚杆支护基础知识

树脂锚杆支护是树脂锚固剂配以各种材质杆体的锚杆进行工程支护的锚杆支护技术。它的工作原理是把以树脂胶泥为基础的胶粘剂和固化剂（二者完全分开）用锚杆轻轻装入钻孔，随后将锚杆以一定速度边旋转边搅拌地推入到眼孔底部，把两种化学物质充分混合，使胶粘剂迅速聚合并使锚固段锚杆与钻孔孔璧紧密地粘结在一起取得较高的强度，并通过托板的安装和螺母的拧紧，对围岩起到支护作用(锚杆支护示意图)。

树脂锚杆支护材料

锚杆杆体------左旋无纵筋螺纹钢(专用锚杆钢)加工，必须符合MT/T1104—2009（MT1104-2009煤巷锚杆支护技术规范.doc）国家煤巷锚杆支护技术规范要求;不得应用非专用锚杆钢加工锚杆(如建筑螺纹钢)，尽可能地避免用右旋全螺纹大螺距锚杆，以确保锚杆施工质量（合理存放锚杆）。

锚杆托板------分标准和异型两种，其规格强度必须与杆体匹配。

螺母------必须应用快速安装螺母。

锚固剂------必须符合树脂锚杆“锚固剂MT146.1-2002”的标准要求。钢带、网、减摩垫圈全螺纹等强锚杆缺点：在使用锚杆机搅拌树脂药卷时容易造成“倒药”现象，致使锚固剂在孔内充填不密实，影响锚固效果，使锚固剂的粘结强度和弹性模量大幅度降低；搅拌树脂药卷时，由于螺距较大，不能有效把药卷外包装塑料搅碎；全螺纹等强锚杆的螺距较大，虽然上螺母速度快，但锚杆的预紧力偏小。根据现场实测，扭矩为300Nm时，预紧力仅为10kN左右，预紧力偏低，极易导致对围岩的加固效果差，加大了支护难度；等强锚杆螺母为铸件，由于铸造精度不够，经常造成锚杆出现“退帽”现象。特别在炮掘施工巷道，由于放炮震动，普遍发生锚杆螺帽被震松的现象，严重影响支护效果。容易造成锚杆长度达不到要求，形成人为隐患(易出现截锚杆和锚杆外露随意现象）。锚杆与巷道的表面不垂直，普通的锚杆托盘对锚杆起剪切作用，导致锚杆拉应力降低甚至断裂。异型托盘能保证锚杆托盘与围岩壁、锚杆螺母与锚杆托盘紧贴，改善锚杆托盘和杆体的受力状态，实现锚杆杆体及其构件在结构上达到合理匹配的目的。现场施工的锚杆杆体使用该异型托盘后，能达到设计极限载荷受力要求。将锚杆的锚固力完全转化为对托盘的压力，解决了锚杆螺母与托盘对锚杆的剪切破坏的问题，避免了锚杆的断裂破坏。快速安装螺母和减摩垫圈树脂锚固剂图片类型特性凝胶时间/s等待时间/s参考搅拌时间（s）颜色标识CK超快8～408～158～15红K快速41～9090～18015～25蓝Z中速91～18048025～35白M慢速180～双速多以CK/Z；K/Z两种形式居多，其凝胶时间、等待时间和参考搅拌时间以速度低的为准。树脂锚固剂产品类型和技术参数

树脂锚固剂生产必须执行中华人民共和国行业标准。厂家应提供质量合格、稳定的产品，锚固剂中固化剂的颜色必须符合行业标准中的规定，对锚固剂的性能、特征、外形尺寸、搅拌时间、初凝时间及正确的使用方法均在产品说明书中说明。使用树脂锚固剂的井口内不得同时混用不同生产厂家的锚固剂。变更供应厂家或应用新型锚固剂前必须经本单位分管掘进副总工程师以上技术领导批准，并针对变更后的锚固剂性能采取相应措施。

原则上一根锚杆锚固所用的锚固剂数量不应超过2支。一根锚索所用的锚固剂数量不应超过3支；当使用两支及以上不同型号的树脂锚固剂时，应按锚固剂凝固速度先快后慢的顺序，将锚固剂依次放入钻孔中，先将锚固剂推到孔底，再启动锚杆钻机搅拌树脂锚固剂。一根锚杆（锚索）锚固若用双速锚固剂，只能用1根，严禁用两卷及以上双速锚固剂

锚固剂使用前应进行检查，不应使用过期、硬结、破裂等变质失效的锚固剂。现场控制和杜绝变质失效锚固剂的途径：1、先进库先出库、先下井先使用的原则；2、存放环境杜绝水、泥等影响；3、控制码放高度，防止挤压变形；4、综掘机作业工作面杜绝油脂影响因素。●树脂锚杆支护三径匹配定义、原理树脂锚杆支护三径匹配定义树脂锚杆支护三径是指钻孔直径、锚杆直径、树脂药卷直径。树脂锚杆支护三径匹配是指钻孔直径、锚杆直径、树脂药卷直径“三径”之间的最佳配合，从而使树脂锚杆支护结构整体达到最佳的支护状态。

钻孔直径、锚杆直径、树脂药卷直径关系示意图

树脂药卷锚固100mm螺纹钢锚杆锚固力●树脂锚杆支护三径匹配原理

（1）锚杆直径对于是否能够有效充分地均匀搅拌树脂药卷以及锚杆是否能够顺利安装起着非常关键的作用。当使用无纵筋左旋螺纹钢锚杆时钻孔直径与锚杆直径之差应在6～10mm之间,为了获得较大的锚固力和较好的支护效果，上述数值一般应取中间偏下值,即7～8mm之间。（2）树脂药卷直径应比钻孔直径小3～6mm。因此，综合各方面因素，目前一般选用直径27mm或28mm的钻头，应用18～22mm的左旋无纵筋螺纹钢等强锚杆，直径23mm的树脂药卷。●锚固类型端头锚固加长锚固全长锚固（一般不推荐？！）规范标准第2页（MT1104-2009煤巷锚杆支护技术规范.doc）端头锚固（20~60cm）锚杆长度30%加长锚固锚杆长度30%~90%全长锚固超过锚杆全长的90%锚固方式三、锚杆支护巷道落煤工艺

锚杆支护在任何时候都存在一个在落煤、岩的同时如何保护围岩的问题。这是锚杆支护的工艺技术基础，也是锚杆支护能否成功的关键。因为爆破或者机械截割成形不好，直接降低围岩强度，不利于锚杆托板与顶帮密贴，锚杆受力条件变差，围岩加固强度减小，强化程度变低，减弱了它的抗外载能力，直接影响巷道维护效果。

“三软”煤层因采用传统的爆破工艺，掘进巷道成形较差，片帮严重。采用“控制爆破，预留保护煤体、滞后手镐成形后及时支护”的护帮方法，能够实现既爆破围岩又保护围岩的目的。所谓“预留爆破，手镐成形”就是在爆破图表设计时把炮眼布置成倒梯形，以巷道宽度4.2m的断面为例，上边眼距帮250㎜，下边眼距帮800～1000㎜，其它边眼在这两个边眼的连线上，边眼间距650㎜。巷道中部向上的炮眼深度800㎜，向下的1500mm。

如果煤层太软，综掘机割煤时也采用此种办法护帮。爆破后巷道断面成倒梯形，上部巷宽接近巷道毛断面宽度，下部宽度比巷道毛断面宽度小1400～2000㎜，一侧预留700～1000㎜。预留的松动煤体，利用其残余强度保护巷道轮廓线处的煤岩体的完整稳定。在需要支护时，再用风动铲将预留松动煤体刷大到巷道设计断面尺寸。注意“控制爆破，预留保护煤体、滞后手镐成形后及时支护”与纯粹的滞后支护的区别

700～10002800～2200700～1000

“三软”煤层控制爆破预留保护煤体后的倒梯形巷道断面

对于中硬的煤层，坚固性系数f=1.5～3，采用修边爆破的方法来控制巷帮成形。修边爆破的实质就是增加帮眼数量，缩小帮眼间距和抵抗线距离，适当减少装药量。设计爆破图表时，要求帮眼口距巷道轮廓线150㎜，眼底落在巷道轮廓线上。帮眼间距300～350㎜，与辅助眼的抵抗距离450～500㎜。顶眼距顶板200～250㎜，眼距500～600㎜。

四、锚杆支护施工工艺

再好的设计都要靠施工来实现。现场操作尤为重要，建议每个煤矿都应该制定科学、正确具有可操作性的操作规范，并严格执行。一般情况下，设计的失误可能仅仅只会造成巷道变形量大小的变化，而施工的失误往往会带来冒顶、巷道损坏严重、重复支护等安全问题。

锚杆眼施工示意图

ab

c

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正错错确误误

12

安装锚杆正确、错误操作示意图

（1）、错误1：树脂药卷未推至眼底，在眼孔口即开始搅拌，致使锚杆眼壁上沾满树脂药剂，影响锚固效果。（2）、错误2：树脂药卷被快速推至眼底，致使锚杆穿进树脂药卷的药包中，俗称“穿糖葫芦”，影响锚固效果。●锚杆支护施工注意事项

打眼的顺序和原则（1）、顶板支护优先快速原则：锚杆支护巷道落煤（岩）后，迎头达到可以进行顶板锚杆支护的高度时，必须立即进行顶板支护，巷道顶板锚杆支护必须紧跟迎头施工，不得为了网的压茬而使迎头一排锚杆虚设。如两帮稳定、不片帮，帮锚杆施工可适当滞后一段距离，但滞后距离和最大空帮时间必须在作业规程、措施中明确规定（要注意预留滞后支护和滞后支护的区别）。（2）、由外向里逐排、每排中间向两边逐根原则：顶锚杆必须逐排由外向迎头顺序施工，每排内锚杆必须由中间向两帮顺序施工，必须采用快速安装工艺钻孔、搅拌、安装，应尽可能减少顶板空锚时间。严禁采用一次性将所有钻孔打好，再一次性安装锚杆的方法施工。掘进迎头（特别是上山掘进）一排锚杆的设计与施工（顶部与煤壁距离//拖根或造成第一排锚杆倾斜巷道锚杆支护的整体性（主动支护和被动支护交替进行的危害）

（3）施工锚杆孔还要兼顾以下问题●顶部永久支护锚杆必须紧跟迎头，且逐排向迎头施工，距离迎头的最大控顶距离不得超过1个循环进尺加300㎜的距离。●每个循环支护工作完成后，紧靠迎头的一排顶部锚杆，距迎头的最大控顶距离不得大于1/2个锚杆排距，不得小于200㎜；●巷道顶板最外侧锚杆距帮不大于300㎜，不得小于200㎜；两帮最上端锚杆距顶不大于300㎜，不得小于200㎜；●Ⅲ～Ⅴ类围岩巷道两帮墙基锚杆距底板不大于300㎜，该锚杆宜向底板倾斜，其倾斜角度应在支护设计中作出规定，倾斜锚杆宜与异形托板配套使用，以提高锚固效果。●锚杆必须推到孔底，螺母外锚杆丝扣长度应控制在50㎜以内。●安装撅顶道的顶部锚杆螺母丝扣外露宜在30～40㎜，便于装撅顶道吊环。撅顶道吊环使用螺母厚度不得低于25㎜，安装时必须上满丝。（4）、顶板锚杆眼施工时，一般换钎子次数不应超过1次。顶板锚杆眼施工一般可按下列快速方法施工：如图4，第1次打锚杆眼将锚杆机放在断面中间，一次成孔，（接着一次性快速安装锚杆）；第2次将锚杆机放在右帮位置21下方（也可以放在左帮位置21’下方），用约1.2m的短钎子分别打21、22号眼孔，换长钎子再分别打22、21号眼孔。这样打1排锚杆眼少挪两次钻机。据统计，每少挪1次钻机平均可节省时间2min，按1个循环进尺1.6m，两排锚杆计算，每循环可节省时间8min。每天节省挪钻机时间在24～30min。如果巷道断面较大，应安排多台锚杆机施工，挪锚杆机的原理是相同的，次数减少，既节省了时间，又避免了多台钻机互相影响。帮锚杆眼施工、帮锚杆安装质量

怎样保证？！

帮锚杆施工尽可能的应用固定式施工机械施工（如液压式锚杆施工台车、掘进机机载锚杆机等，如北京景隆重工机械有限公司生产的全液压锚杆锚索钻车和山东兖煤黑豹矿业装备有限公司生产的掘锚护一体机）不赞成为保护落后生产力，采用落后帮锚杆施工材料和工艺

对锚杆孔的深度要求

现场眼深的控制方法主要采用定长的钎子进行钻眼，即施工锚杆孔所用的钻杆长度不得大于所用锚杆的长度；

眼孔过浅：有效锚固的范围降低，会导致锚固的深度不足，同时将会锚杆的丝扣全部暴露在外，锚杆螺母不能将托盘紧固到贴紧煤岩面。（锚固杆体的丝扣加工的长度为90mm，眼孔的深度超过标准的30mm后，会导致锚杆的丝扣外露小于60mm，螺母外露丝扣不足20mm。）

眼孔过深：锚固剂被顶入眼底，部分锚固剂不参与支护，锚固长度降低，降低了支护的效果。巷道帮部、特别是巷道的底角锚杆孔可采用压风扫眼进行清除岩沫和水分，保持锚固剂与锚杆眼孔亲密结合。现场常用清孔器，利用压缩空气将杂物吹出眼内。由于煤帮锚杆孔含水或湿润对树脂锚杆的锚固效果有一定的影响，帮锚杆孔可采用干打外喷方式施工，但必须确保外喷降尘效果。

锚杆安装应优先采用快速安装工艺。锚固剂使用前应进行检查，不应使用过期、硬结、破裂等变质失效的锚固剂。当使用两卷以上不同型号的树脂锚固剂时，应按锚固剂凝固速度先快后慢的顺序，将锚固剂依次放入钻孔中，先将锚固剂推到孔底，再启动锚杆钻机搅拌树脂锚固剂。螺母应采用机械设备紧固，必须进行二次紧固，其扭矩或预紧力大小、紧固时间应在作业规程、措施中明确规定。

螺母安装达到规定预紧力矩后，一般不得将螺母卸下重新安装。托板应紧贴钢带、网或巷道围岩表面，当锚杆与巷道的周边不垂直时应使用异型托板。

锚杆托板与螺母之间宜使用减摩垫圈。锚杆快速安装工艺

使用销钉式力矩螺母或尼龙衬垫力矩螺母，利用锚杆机扭矩将销钉切断并上紧螺母，实现锚、安一体化(见下页图片)。实施过程：先打一个锚杆眼→铺网→上钢带→上托盘→装锚固剂→搅拌(锚固剂初凝)→上紧螺母→对准锚带控制孔打下一个锚杆眼→装锚固剂→搅拌(锚固剂初凝)→上紧螺母。根据测算使用快速安装螺母比使用普通螺母施工效率可提高1/3上，缩短了掘进循环时间，加快了施工速度，效益显著。

锚杆安装过程中应严格按树脂药卷说明书上规定的搅拌、等待时间等安装方法操作，向孔中送树脂药卷时，应轻轻将药卷试送到孔中。当使用两种胶凝速度的树脂药卷时，应将胶凝速度快的放在前面，胶凝速度慢的放在后面。每个锚杆眼中不得应用两卷及以上双速药卷。

应将树脂药卷缓慢匀速地推到眼底后，方可转动机械边旋转边匀速上推，边旋转边匀速上推到眼底的时间一般占总搅拌时间的70%，推到眼底后继续搅拌，其时间一般占总搅拌时间的30%。待树脂药卷搅拌后一段时间、树脂锚固剂已具有锚固力后，方可开始紧固螺母。紧固螺母时，应使螺母扭矩达到规定扭矩要求。锚杆安装时，应使锚杆穿过钢带或钢筋梯梁控制孔和金属网锚入顶板后，应将钢带或钢筋梯梁和金属网压紧，贴实顶板。安装锚杆的其它规定：（1）锚杆支护必须采用快速安装工艺安装，必须高度重视锚固效果和螺母扭矩。（2）锚杆托板与螺母之间必须使用减摩垫圈

一般认为，锚杆的预紧力与螺母安装扭矩有密切的关系，可以用以下表达式表示：

P=kM

其中：预紧力：P;螺母扭矩：M;系数：k预紧力P与螺母扭矩M成正比关系。影响k值的关键因素是螺母与螺纹段间摩擦系数，摩擦系数越大，k值越小；螺母、垫圈端面间摩擦系数越小，k值越大；锚杆直径的影响，锚杆越粗，k值越小。所以提高预应力途径必须一是提高螺母扭矩M，二是提高系数k。

为了减少螺母与托板之间的摩擦力，以便锚杆安装扭矩最大限度的转化为预紧力、增大锚杆的初锚力，锚杆托板与螺母之间宜使用减摩垫圈。减摩垫圈应具有可塑性、适应性能好，其孔径与托盘眼孔一致，厚度3～5mm。螺母安装扭矩由锚杆机具输出扭矩决定的，是影响预紧力的关键因素。国外常采用锚杆台车、掘锚机组等钻机提供的400～500N·m的扭矩，来保证锚杆高预紧力。但是国内的单体锚杆钻机，输出扭矩仅仅为100～150N·m，顶推力10kN，无法实现锚杆高预紧力。

当前采用的单体锚杆钻机提高预紧力应该采取以下的途径：（1）提高螺纹加工精度等级，减少摩擦阻力和摩擦扭矩；采用油脂对螺纹部进行润滑，减少摩擦阻力。（2）减小螺母、垫圈端面间摩擦系数。即采用高效减摩垫圈，减少螺母、垫圈和托盘之间的摩擦阻力和摩擦扭矩。在螺母与托板之间加金属垫圈和塑料垫圈，可减少摩擦阻力。而且塑料减摩垫圈的材质起着关键作用，一般应根据所要达到的扭矩对材质进行设计，当锚杆钻机提供的扭矩达到设计的要求后，将减摩垫圈均匀地挤压变形，从外观上也可以直接显示出锚杆螺母的扭矩达没达到设计要求。减摩垫圈的主要作用降低锚杆托板与螺母之间的摩擦力,最大程度的实现把螺母扭矩转化成锚杆托板对顶板的力;有效提高锚杆锚固力，特别是初锚力,充分发挥锚杆的高强作用;适当调节因锚杆角度施工偏差造成的锚杆托板与螺母之间不能实现面接触的弊病;有效监测首次或者二次紧固的螺母扭矩是否符合要求.关于螺母扭距等同于锚杆托板锚托力的误区

锚杆螺母扭距达到设计规定要求就标志着锚杆托板锚托力也达到了规定要求吗？也就是说，锚杆螺母扭距能有效转化为锚杆托板锚托力吗？（3）、托盘应紧贴钢带、网或巷道围岩表面，锚杆托板处及周围50㎜范围内的浮煤矸必须找掉、找平、找实。（4）、螺母的拧紧必须采用机械设备进行，且必须对锚杆螺母进行二次紧固，以保证螺母扭矩符合规定要求。螺母扭矩按锚杆直径一般为：Φ≤16㎜，100N·m≤扭矩≤150N·m；Φ＝18㎜或20mm，150N·m≤扭矩≤200N·m；Φ≥22㎜，≥200N·m，一般不大于300N·m以上。其螺母扭矩大小、二次紧固时间应在作业规程、措施中明确规定。对不同直径锚杆螺母扭矩设计指标不同

(某集团规定)螺母扭矩按锚杆直径分：Φ16㎜及以下；100N·m≤扭矩≤150N·m；Φ18㎜：120N·m≤扭矩≤150N·m；Φ20㎜：150N·m≤扭矩≤200N·m；

Φ22㎜及以上：250N·m≤扭矩≤350N·m。二次紧固必须符合以下要求：一般高于首次紧固50到100N·m以上Φ16㎜及以下：150N·m≤扭矩≤200N·m；Φ18㎜：200N·m≤扭矩≤250N·m；Φ20㎜：250N·m≤扭矩≤300N·m；Φ22㎜及以上：350N·m≤扭矩≤400N·m。螺母的拧紧可以选用静止扭矩不小于1000N·m的锚杆安装机（风炮、气板机），应杜绝人工紧固锚杆螺母。

预紧扳手扭矩倍增器（5）、网规格、联网方式必须在规程措施中明确规定，采用压茬联接方式的压茬宽度应保持在100～200㎜范围内，并用铁丝双排扣连接，且将网拉紧压实，紧贴巷道围岩表面。有条件用锚杆托盘压网的必须采用锚杆托盘压网；采用不压茬联接方式的，其网与网之间必须通过自身连接或用铁丝连接形成整体。联网材料必须采用不低于14#双股铁丝联接，联接点间距不大于200㎜。（6）、作为支护的锚杆安装达到规定的螺母扭矩后，不得为网的压茬等原因卸下螺母重新安装。

螺母安装达到规定预紧力矩后，螺母卸下重新安装时，从微观上观察，其控制的区域顶板会发生一定的松动和位移，造成应力的重新分布；松软的顶板围岩往往会导致再次安装螺母失败。五、树脂锚索支护施工工艺树脂锚索支护主要是指应用直径15.24mm、17.8mm、18.9mm、21.6mm的小孔径钢绞线通过树脂锚固进行加强支护的技术。但是近期锚索结构、直径都较以前有所优化和提高，见下页表中所列。强度与延伸率大幅提高。22mm锚索破断力达600kN，是15.2mm的2.3倍；索体延伸率7%，比15.24mm提高1倍。预应力级别300-400kN。结构公称直径/mm拉断载荷/kN伸长率()/%1×7结构15.22603.517.8353418.9400421.652041×19结构18408720510722607728.69007小孔径树脂锚固锚索原锚索直径小，钻孔不匹配；破断力小，延伸率低，预应力低。大直径、大延伸率、高吨位强力锚索。加大索体直径，最大28.6mm。大幅提高破断力。新19根钢丝代替7根，结构合理，提高锚索延伸率。原1×7结构新1×19结构

原有的理论认为，锚索支护的主要作用是将下部不稳定岩层悬吊在上部稳定岩层中，用悬吊理论进行支护设计。

现有锚索支护机理，锚索支护的主要作用是通过锚固段与锚索托板之间的作用对巷道上方不稳定岩层起到挤压加固作用，而悬吊作用仅仅起到次要作用。因此，一般认为没有形成悬吊作用的锚索是最好的锚索（如徐州东部矿区三软煤层、东北地区金宝屯煤矿）。

锚索不能打在钢带上！锚索和锚杆的支护不是一个体系。锚杆是主体支护作用，锚索是加强支护作用。一般不推荐用全锚索支护或把锚索作为主体支护。

一般情况下，尤其是地质条件比较差、巷道变形比较大的区域，锚索主要应该起到预防性挤压加固作用，不宜仅仅起到悬吊作用，一旦锚索仅仅起到悬吊作用，悬吊的重量一般都很大，将是很危险的，因此，锚索的施工时间应很好把握。为了弥补锚索低延伸率的弊病，在锚索托板里面可垫一块湿柳木托板。常规情况下顶板越好的情况下，锚索的张拉力相对较小；顶板越差的情况下，锚索的张拉力相对应大些，最好应相应增加托板面积。安装锚索时，钢绞线应推到孔底，安装后外露钢绞线长度不宜超过300mm。

锚索施工后，应及时对锚索进行检查，锚索预紧力的最低值应不小于设计预紧力的90%。发现工作载荷低于最低预紧力规定时应及时进行二次张拉。

锚索钻孔中有淋水时，应采用补强措施。1、外露钢绞线长度不宜超过300mm。

《评定标准》规定的锚索外露长度≤100mm。规范规定外露钢绞线长度不宜超过300mm是指眼口外露的钢绞线部分，考虑到锁具、托板等厚度的影响，并考虑到张拉机具千斤顶的抱卡长度一般为120～130mm。事实上外露的长度在150～200mm为宜，不影响行人等影响一般不强制的予以切割。2、锚索预紧力的检查。

施工中逐根检查，按张拉设备上的压力仪表读数做好施工检查记录。施工后采用敲击、观看等方法抽查，或直接采用张拉机具抽查，及时进行二次张拉。3、钻孔中有淋水时的补强措施。（1）采用超前钻孔放水；（2）加大锚索密度，加长锚索的锚固距离；（3）原则上采用树脂锚固锚索的锚固位置不得选择在含水层中。但在遇到水量不大的淋水岩层时，可根据经验适当加大用量，达到设计锚固力。其它施工要求

锚杆支护作业时，如遇复杂地段，应停止作业、分析原因，采取措施后方可施工。复杂地段应优先选用锚杆、锚索、锚注等支护形式进行支护，并适当加大支护密度，必要时应采用金属支架、支柱等进行加固。对失效、松动等不合格的锚杆、锚索应及时补打或紧固。采用锚杆支护的煤层巷道，应备有一定数量的其它支护材料作防范措施。任何煤巷作业地点，作为永久支护的锚杆、锚索、钢带、金属网等不应作为起吊设备或悬挂其他重物。锚杆锚索支护要注重施工内在质量，即锚固和螺母拧紧。工作面煤机截割锚杆问题。六、锚杆支护巷道的整体性和连续性●树脂锚杆支护结构整体性●锚杆支护巷道顶帮底的整体性●锚杆支护巷道的整体性和连续性●就巷道支与护而言，不可忽视护对巷道整体稳定性的作用和影响。●树脂锚杆支护结构整体性匹配原则

指除树脂锚杆支护三径匹配外，树脂锚杆支护结构中的其它构件也必须匹配，如托板、螺母、网、梁。在各构件强度不均的情况下，这些构件中锚杆的强度应该是最低的，但锚固强度（锚固力）应是最大的，螺母次之，托板再次之。●锚杆支护巷道顶帮底的整体性

治底先治帮，治帮先治顶●尽可能保证一条巷道锚杆支护的整体性和连续性，尽量避免“锚杆支护—架棚支护—锚杆支护—架棚支护”的混合支护模式（掘进迎头前方煤体的片帮冒顶问题，如郑煤集团）。●区队施工尽可能的保证班—班之间施工的均衡性、整体性、一致性和规范性。●复杂地质条件变形量较大的巷道，掘中尽量不处理，掘后一次处理，防止围岩应力频繁重新分布，影响巷道的整体性和连续性。●锚杆支护巷道的整体性和连续性●就巷道支与护而言，不可忽视护对巷道整体稳定性的作用和影响。●落煤方式

●成型效果

●梁网作用

●有效保护

●失效补救

●补强措施七、影响树脂锚杆、锚索锚固效果的

三个不容忽视的因素

1不同直径锚杆螺母扭矩指标

在煤巷锚杆支护实践中，从锚杆托板的初始锚托力（用液压枕监测）可以发现，对不同直径的锚杆而言，虽然螺母扭矩相同，但锚杆托盘的锚托力有明显差异。经过实验室试验和推断可以得出以下曲线，见下图。从图中可以看出，对于不同直径的锚杆来说，相同的螺母扭矩所获得的锚杆托板的锚托力不同，若不考虑其它因素的影响，直径越小，初始锚托力越大，直径越大，初始锚托力越小。1—Φ20锚杆2—Φ18锚杆3—Φ16锚杆4—Φ14锚杆不同锚杆直径的扭矩与初始锚托力关系曲线2

锚杆锚索耦合支护时间锚杆锚索耦合支护一般指在松散破碎围岩煤、岩巷用锚杆初始支护后的锚索加强支护。由于这两种支护的特殊性，要使锚杆锚索耦合支护达到预期的效果，必须给出恰当的锚杆锚索耦合支护最佳时间。目前应用的钢绞线多为直径15.24mm、17.8mm、18.9mm、21.6mm的标准型，此种钢绞线的延伸率仅为3.5%左右，显然，它不适应较大变形的情况。因此，在掘进工作面过早支护会因巷道围岩的大变形而造成钢绞线被拉断；太迟支护会造成锚杆锚固段与锚索锚固段之间的岩层离合。实践证明，在围岩表面与锚杆锚固段之间岩层急剧变形期内，锚索不宜支护；在围岩表面与锚杆锚固段之间岩层变形由急剧向缓慢变形转化时，是锚索的最佳支护期，见下图。

二次藕合支护时间的确定锚梁网索支护的最主体地位是锚杆，锚索的主要作用是加强支护。不推荐采用全锚索支护。3锚杆、锚索二次补强的时间和强度

不论应用锚杆钻机或气扳机对锚杆螺母实施的扭矩多大，不论锚索张拉力多大，经过一段时间后，锚杆和锚索托板的锚托力都经过一个急速下降期、快速承载期和缓慢承载期的过程，甚至有的锚杆的锚托力会下降到零，必须适时进行二次补强（加固）见下图。

是否进行二次紧固决定了锚杆的支护机理和受力状态。

为了防止锚杆、锚索的锚托力在急速下降期带来的被动承载，在煤巷锚杆支护设计时，要求必须给出锚杆螺母的二次紧固、锚索的二次张拉的明确时间和指标。设计时，一方面应考虑到给锚杆、锚索一定的变形、稳定时间，另一方面在不让锚杆、锚索的锚托力下降到最低点且具有一定锚托力的情况下，适时进行锚杆螺母的二次紧固、锚索的二次张拉，以保证锚杆、锚索自安装后自始至终都有适当的锚托力。补强的强度必须高于初期强度。图中的S1、S1’是没有采取补强措施的锚杆、锚索锚托力变化曲线；S2、S2’是采取补强措施的锚杆、锚索锚托力变化曲线。八、困难地质条件下煤巷锚杆支护实例1、沿空留巷技术——切顶机理●机理的由来和发现●

四川灾后煤矿重建●带来采煤工法的革命

121工法---110工法---N00工法切顶阻力计算及切顶简图巷旁支护和临时支护沿空留巷维护状况之一沿空留巷维护状况之二2巷道遇断层情况下的锚杆支护技术

此处介绍的用锚杆、锚索过断层的方法仅限于断层面较为明显的独立断层，在连续两个断层以上的断层带或向斜、背斜轴部岩层扭转等复杂构造区域一般不能单独用锚杆、锚索过断层的方法支护，常规要用复合支护，如锚杆、锚索—架棚复合支护等（如以前没用过的一定要慎重）。3

将煤巷支护的先进技术推