锚索支护施工技术课件

锚索支护技术山西大同大学郭兴明副教授一、锚索支护的发展状况近年来，英国、澳大利亚等采矿业较发达的国家，注重锚索技术的应用和发展，在较差的围岩条件下，为提高支护强度和效果，通常采用锚索做加强支护。在交叉点、断层带、破碎带和受采动影响难于支扩的巷道中，都采用锚索做加强支护。我国自20世纪60年代引进这项拄术以来发展迅速，目前在岩巷加固、边坡治理、建筑基坑护壁等工程上均有成功的应用。在国内煤矿有许多工程都应用了锚索技术，如兖州矿务局、邢台矿务局等。二、锚索的类型及结构锚索是采用有一定弯曲柔性的钢绞线通过预先钻出的钻孔以一定的方式锚固在围岩深部，外露端由工作锚通过压紧托盘对围岩进行加固补强的一种手段。作为一种新型可靠有效的加强支护形式，锚索在巷道支护中占有重要地位。其特点是锚固深度大、承载能力高，将下部不稳定岩层锚固在上部稳定的岩层中，可靠性较大；可施加预应力，主动支护围岩，因而可获得比较理想的支护加固效果，其加固范围、支护强度、可靠性是普通锚杆支护所无法比拟的。1、锚索类型按钢绞线的根数分有单根锚索和锚索束。按锚固材料分有树脂锚固锚索、水泥锚固锚索及树脂水泥联合锚固锚索。按锚固长度分有端部锚固锚索和全长锚固锚索。按预紧力分有预应力锚索和非预应力锚索。（1）树脂端部锚固锚索树脂端部锚固锚索的特点是采用搅拌器搅碎树脂药卷，对锚索进行端部锚固。其安装孔径为28mm，用普通单体锚杆机可完成打孔、安装。安装工序简单，便于操作，施工速度快。树脂端部锚固锚索支护技术主要用在破碎、复合顶板煤巷，放顶煤开采沿煤层底板掘进的煤顶巷道，软弱和高地应力巷道，以及大跨度开切眼和巷道交叉点等条件比较复杂的工程部位。（2）注浆锚固锚索注浆锚固锚索的特点是采用多根钢绞线，全长锚固，钻孔直径大，承载能力高。由于采用注水泥砂浆锚固，需要一定的固化时间，承载速度不像树脂端部锚固锚索那样快，不能用于回采巷道，一般适合于大断面硐室和巷道的补强加固。（3）树脂注浆联合锚固锚索树脂注浆联合锚固锚索兼有树脂端部锚固锚索和注浆锚固锚索的优点：①单根钢绞线，先用锚索搅拌树脂锚固剂，进行端部锚固；②树脂端部锚固后，可施加预紧力，使锚索及时承载；③树脂端部锚固后实施水泥注浆，进行全长锚固；④施工采用单体锚索钻机，不需要笨重的地质钻机，施工速度很快。2、锚索结构1.锚索部件锚索的主要部件有钢绞线、锁具、锚固剂。其中，钢绞线和锁具如图1所示(1)钢绞线钢绞线的选择标准是强度高、韧性好、低松弛，既有一定刚度又有一定柔性，可盘成卷便于运输，又能自身搅拌树脂药卷实现快速安装，适合在空间尺寸较小的巷道中使用。目前广泛采用7股5mm高强度钢绞线(图2)，有关参数见表1。表17股高强度钢绞线有关参数（2）锁具以片瓦式为主的锁具具有多种规格，应根据钢绞线规格选择，保证瓦片与钢绞线有良好的匹配关系。锁具结构如图3。（3）锚固剂锚固剂有水泥浆、树脂胶泥和普通树脂药卷等。注水泥浆及树脂胶泥锚固，需配备一套小型注浆泵，施工工艺比采用普通树脂药卷锚固复杂，尤其采用注水泥浆，需养护较长时间才能安装锚具、张拉，不能及时支护。但注水泥浆及树脂胶泥锚固可靠性较高，锚固力大，在钻孔含水时，采用普通树脂药卷锚固，其锚固力较小，有可能达不到设计锚固力。采用普通树脂药卷加长锚固(里段采用超快或快速树脂药卷、外段采用中速树脂药卷)，与注水泥浆和树脂胶泥相比，不需注浆泵，使用锚杆钻机带动锚索搅拌树脂药卷，简化了锚索安装工序，由于树脂药一般等待1h后即可安装锁具、张拉，实现了锚索快速安装、及时承载，有利于巷道快速施工和围岩稳定。但树脂药卷锚固时，其锚固力不稳定，钻孔出水时，锚固力更小。在巷道围岩较破碎时，常出现不能将树脂药卷送人孔底，锚固在钻孔的中部，药卷挤入围岩裂隙后，锚固长度达不到设计要求，另外受巷道高度及锚杆钻机的扭矩所限，锚固长度受到限制，一般小1.5m，不如注水泥浆和树脂胶泥灵活。在施工、设计时可根据生产地质条件及机具、巷道稳定性的要求，合理选择锚固剂。2.锚索结构锚索结构较为简单，可分为三段：内锚固段、钢绞线自由段和外锚固段，各段及其构成如图4所示。三、锚索的支护作用分析锚索支护技术主要是将一定长度的低松弛高强度的钢绞线配以专用锚具，用树脂或砂浆进行锚固，通过液压千斤顶在其尾部施加预应力，达到对巷道锚固支护的一项技术。锚索除具有普通锚杆的悬吊作用、组合粱作用、组合拱作用、楔固作用外，与普通锚杆不同的是对顶板进行深部锚固而产生强力悬吊作用，并且沿巷道纵轴线形成连续支撑点，以大预紧力减缓顶板变形扩张。在采掘现场，对于围岩松动圈大，巷道围岩节理发育、顶板破碎及伪顶较厚等复杂顶板条件下的巷道支护，通过锚杆对松动圈内的围岩进行组合梁加固和锚索的补强支护，将其锚固到顶板深部。由于锚索支护给巷道顶板的高预紧力和它的高承载能力，使顶板由锚杆支护形成的组合梁得到进一步加强，并将其牢固她悬吊在上部直接顶或者顶内。同时，这种加强锚杆支护所形成的组合梁对上部重接顶或老顶也进行了保护，阻止了它的下沉移动和松动扩展。使相邻的锚杆、谨索的作用力相互叠加，组合形成一个新岩梁。这个新的岩梁厚度、刚度、层间抗剪强度成倍增加，使顶板压力通过巷道煤帮向煤体深部转移。改善巷道受力条件，使顶板得到有效控制，片帮问题也得到了较好的解决。关于锚索是否必须锚固在上部坚硬岩石上，目前的认识还不够统一。1996年，何满潮教授根据多年的实践研究，提出锚索的独特作用是调动了深部围岩的强度，并和巷道浅部围岩及锚网支护体相互配合作用，从而控制了巷道工程的稳定性状态。进而指出，锚索是否必须锚固在坚硬顶板岩层上，关键取决于岩体结构和工程尺寸。如果顶板坚硬岩层高度和巷道工程宽度之比大于3，就不必要锚固在坚硬顶扳岩层上。只需充分注意锚固段的结构设计和施工质量，重点考虑深部围岩强度和巷道浅部支护体之间的相互耦合作用。1、锚索支护的使用条件一般情况下，I、II类围岩条件不使用锚索。由于岩体的非均质性局部变化及大型硐室或综采切眼的跨度等因素影响，也有局部少量使用。其作用主要是根据现场情况变化，确定局部非均匀布置使用。锚索多使用在Ⅲ、IV、V类围岩条件的巷道中，更多的使用在Ⅳ、Ⅴ类围岩条件的巷道中。2、锚索加强支护设计原则①锚索长度原则；②锚索强度原则；③耦合设计原则；④关键部位原则；⑤反馈设计原则。（1）锚索长度原则锚索长度取决于巷道顶板岩性、岩体结构和巷道工程尺寸。坚硬顶扳岩层高度小于3倍巷道宽度时，锚索长度取决于坚硬岩层位置，锚索锚固段要设计在坚硬岩层内1~1.5m；当坚硬岩层高度大于3倍巷道宽度时，其长度按3倍巷道宽度设计，同时，要充分注意锚固段的结构设计和施工质量，重点考虑探部围岩强度和巷道浅部支护体之间的相互藕合作用。（2）锚索痛强度原科则锚索承劳载强度兴取决于缘瑞锚索根酷数和锚喝索间排伞距，其原设计总关荷载按电巷道顶宴板塑性逃软化区葵范围的棕岩石质盟量乘以捧安全系兔数来计拔算。（3）耦合际设计原告则锚索和僻锚杆支鞋护达不纠到耦合崖作用状周态，将可会出现废恶性事赌故。因间此，重核视各种时空条竿件下的澡预应力债施加值杯的变化娘至关重讯要。一件般地说亩，在迎俗头工作脱面实施恰锚索支护，栏预应力鸡值应适态当小一赠些，约盯是锚杆队设计值顿的0.8造~1.酷0倍；在裁掘进机著后实施肿锚索支索护时，召预应力贞水平应陕是锚杆谜设计荷纠载值的1.鹿0~循1.歇3倍比得较适苏宜。4）关键歉部位原烤则理论研匀究表明欧，锚索酷设计在驾顶板的句力学关芳键部位荷效果最调好，因劫此，锚牌索要尽圣量设计祖在顶扳帖的关键讲部位上要。（5）反馈恳设计原蔑则现场地到质条件容复杂多液变，要珠加强锚港索支护汇的检测备，及时甜反馈分盘析、修粪正和完病善论计忠，这样御就及时招弥补了霞理论和捉实践存呀在的缺快憾。3、锚索关支护参赌数的确府定根据准锚索波支护州设计蔽原则蜓，锚烫索支拾护应逢在关尸键部梦位出撕现时趴的最底佳支叼护时裁间对努关键舅部位洪进行逮加强畏支护肢，此挑时的返锚索驳支护拖参数真由以缩慧下公枣式确蔑定。（经验捎：锚索叮长度计羽算公式劫：△L=祝pl挽/e掌ap-张拉堪力单先位N均l桐-张拉讯段长墓度mm女e-弹模N/投mm箩a-面积mm）（1）锚索巾长度可晓按式确暖定——锚索长先度，m；——锚索阴外露暖长度盒（一货般取0.腿3m）碎；——锚索摧有效川长度扭，m；——锚索登锚固蚁长度(一般椒取1.负0~贤2.地0m)。①对于丛静压软游岩巷道蚕在盈锚杆失哄效的情怨况下，笼其潜在狠的冒落灾高度为1.烦5倍的巷寻道宽度择；同时王，为保陶证巷道赢的稳定俗性，锚岭索应保徐证锚固墙到稳定剖岩层内稼，因此苏锚索的朵有效长同度取ma泊x{再1.畜5a还，体}②对于惊动压软汤岩巷道③当时3ama乏x{创3a，}（2）锚索傍排距确女定（3）耦速合参骗数确真定为使锚所索支扩旋和锚杆尘支护达界到相互往耦合作猛用的效问果，注详意各时焰空条件你下预应粱力参数园的变化冶至关重文要。一尼般地说找，在迎冠头工作睛面实施郊锚索支浴护，预社应力值质适当小养一些，离约是锚脏杆设计芝值得0.8造~1.凤0倍；在得掘进机量后实施若锚索支武护时，锤预应力苏水平应糠是锚杆杀设计荷诸载值的1.仿0~希1.裂3倍比贤较适咳宜。四、料锚索份的布瓦置为了斯获取达最佳虏的悬挽吊作反用效些果,锚索以滴垂直巷顽道顶板疲岩层布貌置安装汇最好,因为禁这样纲既有裙利于摆施工,又有利帖于发挥汪其传递骨较大拉到应力的跳特性,显示嫁与其与支护饼措施侨无法烫比拟挺的最谜大优敢点。锚索布筛置同锚庸杆一样煮，一般炕以“三抓花”或鬼“五花曲”型为椅主。五、徒树脂轰药卷金数量合的确攀定目前，醋在采矿流工程中里，锚索乏支护多木以树脂字锚固剂笛，以锚户固长度委的要求绢，树脂让药卷可死按下公脂式确定六、日施工休工艺1、作帜用原逆理预应力虫锚索加瘦固岩体秘，主要侵是通过筹锚索将叙软弱松绿动、不颈稳定的某岩土体气悬吊在妖深层稳复定的岩区土体上气，以防处止其离滚层滑脱杰，预应葱力锚索捐，一方榜面可直堆接在滑往面上产既生抗滑裁阻力，罚另一方贪面通过垂增大滑贴面上的固正应力抚来增大身抗滑摩怕擦阻力以，从而鼻提高围顶岩的整事体性和吧稳定性今。2、施工袋步骤锚索施瘦工可分滩为地面布准备、补钻孔、伙锚固、垮张拉4个主要浩工序。①地面胖准备首先鸣检查白钢绞摩线，炒截去顶松丝午、严陈重锈醉蚀和教死弯皱部分蒙，按张设计币长度插截断帐钢绞狗线，汤除去菊铁锈狂和污退泥，亮在锚牌固头双安装跃毛齿跪和挡的圈，参最后控盘成皆圈。②钻孔钻孔炉可采候用锚附杆钻兵机或厉轻型危专用透锚索初钻机阁。在挑钻孔丝式时要洽保持酱钻机寨不挪缠动，究以免辜钻孔争轴线疾不在裹一直晃线上宴，给皇锚索针安装持带来哗困难授，其构工艺两类似昆锚杆礼钻孔挠。③锚固根据选括用的锚矛固剂不嘉同，锚燥固工艺总也有所榨差别，右注水泥度浆与树欣脂胶泥调工艺相姜似，将遍注浆管体和排气吹管绑在严钢纹线章上（排烛气管绑尺在最上泻端，注注浆管绑图在下端对），轻衬轻送人娇孔底，辣封孔后嫂开始注共水泥浆忙或树脂抓胶泥，底直到撑渠气管不亩出气或图出浆为抖止．采迈用树脂换药卷锚蛾固时，丙按先后坊顺序将筋超快或捆快速树否脂药卷突和中速三树脂药扫卷送人旗孔内，嫂用钢绞孔线轻轻葛将树脂钳卷送人令孔底，凝用搅拌盼连接器聚将钢绞益线与钻逆机连接临起来，贫开动钻帝机，边早搅拌边剂推进，鼻搅拌20禾~3相0S，喊，将钢绞卧线卷入设孔底，桥不落钻俭机停转劲，等待1~狡2mi买n，落下惨钻机禾，卸烧下搅引拌连慎续器窗，完拉成锚幕索的停内锚助固。④张看拉注水泥场浆锚固衔需养护6～7d，注浆脂表胶泥锚亲固需养亿护4～5h，树脂药否卷锚固瓜需养护1h。养护好虫后再装诊托梁、