煤矿井下锚杆支护知识、原理和锚杆(索)计算及支护设计公式

锚杆支护11岩的自承力量为基点，准时地进展支内部的杆体，转变巷道围岩的本身的力学状态，在巷道四周形成一个整体而又的棚式支护相比属于主动乐观加固巷道围岩的支护形式。1、锚杆的悬吊作用悬吊作用是指用锚杆将脆弱的直接顶板吊挂在其上的结实老顶Z1所示，或者是用锚杆将因巷道开挖而引起松动的岩块连接在松动区外的完整结实岩石上，使松动岩块不至冒落。2、锚杆的组合梁理论在层状岩层的巷道顶板中，通过锚入一系列的锚杆，将锚杆长度以内的薄层岩石锚成岩石组合梁，从而提高其承载力。利用锚杆的拉力将层状岩层组合起来过锚杆的预拉应力将原视为叠合梁的岩层挤紧，增大岩层间的摩擦力；同时，锚杆本身也供给肯定的抗剪能力，阻挡其层间错动。锚杆把数层薄的岩层组合成类似钏钉加固的组合梁，这时被锚固的岩层便可看成组合梁，全部锚固层能保持同步变形，顶板岩层抗弯刚度得以人人提高。3、锚杆锲固作用是指在围岩中存在一组或多组不同产状的不连续面的状况下，由于锚杆穿过这些不连续面，防止或削减了围岩沿不连续面的移动。如3o锚杆的楔固作用6PCOS2a+6bsm2a6P 6P(&a6Jsin小严节理面亠亠顶板线

6b锚杆的楔固作用形成以锚杆头和紧固端为顶点的锥形体压缩区。如将锚杆沿拱形巷道周边按肯定间距径向排列，在预应力作用下，每根锚杆四周形成的锥形体压缩区彼此重叠联结，在围岩屮形成一连续压缩带。它不仅能保持自身的稳定，而且能承受地压，组织上部围岩的松动和变形。明显，对锚杆施加预紧力是形成加固拱的前提。「I「IIU5、锚杆的减跨作用假设把不稳定的顶板岩层看成是支獐在两帮的叠合梁，由于可视悬吊在了顶板的跨度，从而降低了顶板岩层的弯曲应力和挠度，维持了顶板与岩石的于锚杆的悬吊作用。6巷道深部围岩中岩石处于三轴受压状态，而靠近巷道周边的岩石则处于二轴受力状态，后者的强度人人小于前者，故易于破坏而丧失稳定性。巷道四周打锚杆后，有些岩石又局部恢复了三轴受力状态增人了它本身的强度；另外锚杆还可以增加岩层翦面的剪断阻力，使巷道周边围岩不易破坏和失稳，这就叫作围岩补强作用。7阻挡裂隙的连续扩人，而且对于松散岩石也能起到挤压连接作用。上述几种锚杆支护作用并非是孤立存在的，实际上是相互补充的综合作用，只不过在不同地质条件下，某种支护作用占的地位不同而已。二、锚杆支护作用机理分析小。此时安装锚杆，其主要作用是掌握顶板浅部岩层的离层、滑动。锚杆安装岩层间不发生离层和弯曲变形等有害变形,岩层的完整性和整体强度得到保持。相反，假设锚杆没有预应力，则只有当岩层产生肯定变形时锚杆才有载荷，明显不能掌握在这以前顶板岩层的离层和错动，导致顶板从浅部向深部渐渐离层、破坏，失去完整性与稳定性。预应力太小也不能起到有效约束顶板离层的作用。假设锚杆安装不准时，较人范围内的岩层已产生离层、滑动，岩层承载力量丧失很大，再打锚杆，支护效果效果会受到明显影响。综上所述，提出锚杆支护机理的要点为:锚杆支护主要作用在于掌握锚固区围岩的离层、滑动、裂隙张开、裂纹产生等扩容变形与破坏，尽量使围岩处于受压状态，抑制圉岩弯曲变形、拉伸与剪切破坏的消灭，最人限度地保持锚固区圉岩的完整性，提高锚固区围岩的整体强度和稳定性。在锚固区内形成刚度较大的次生承载构造，阻挡锚固区外岩层产生离层，同时改善围岩深部的应力分布状态。的关键。固然，较高的预应力要求锚杆具有较高的强度。锚杆预应力的人小对支护效果格外重要，锚杆预应力的集中同样重加很小的支护力，也会明显抑制围岩的变形与破坏，保持顶板的完整。因此，钢带、金属网等护表构件在预应力支护系统中发挥重要的作用。鉴于锚杆支护的上述作用，锚杆支护应尽量一次支护就能有效掌握围岩变形与破坏，避开二次支护和巷道修理。三、锚索支护作用机理分析M于稳定的老顶屮，确保巷道支护的牢靠性。困难巷道工程支护加固不行缺少的重要手段。锚索的作用主要有两方面：其一是将锚杆支护形成的次生承载构造与深部围岩相连,提高次生承载构造的稳定性，同时充分调动深部围岩的承载力量,使更人范围内的岩体共同承载；其二增加不连续面之间的抗剪力，从而提高围岩的整体强度。①20mm130KN,156KN；锚索24mm200KN,260KN。所以，锚索无论从锚固力及材料的破断力上讲，都远远优于螺纹钢锚杆。四、锚杆支护技术治理规定3条锚杆的锚固方式1350伽。2700mmoo3锚:280%；100%o一般状况下应承受；III V类煤巷顶板和深部全岩巷道严禁使用端锚。6、锚杆布置一般要沿巷道轴线方向的岩面上成菱形排列。锚杆间排距一6001200mmo要在作业规程中明确规定。顶板靠巷道两帮的锚杆，必需向巷道两帮倾斜，锚固端距各自邻近帮距离不小于0.5m并与钢带连接；巷400mm，倾斜角度依据顶板倾角调整，保证锚300mm〔回采顺槽起底掘进，煤层底板为坚硬岩石时，最下一排锚杆锚至煤层底板岩石，距600mm〕10°30200mm。88条煤巷锚杆支护质量监测和检查验收⑴锚杆锚固力检测1201南综掘机存放嗣室断而图单位：mm比例：1:50说明：1、S掘=U.2m；S净=93m；J 钢常(1200X250X5IMI)配菱形网、0>20>^25001全螺<等强锚杆支护顶板：两帘承受O20XL2500nim全螺纹钢等强備杆配“WFq带及菱形网支3.0・8米。K2・lm住巷道顶板偏匕帮200nim施工1根锚索.锚索打在两顶板钢带中间.严禁打住顶板钢带匕锚索丽迎头只大不超过 30米。①锚杆必需按规定做拉力试验。在井下做锚固力试验时，必需有安全措30-50m300根〔300根以下〕抽样一组〔5根〕202根,锚索锚固力用张拉油缸进展检测。巷道交岔点和恫室的锚索视其支护状况确定是否需要检测，由分管矿长或分管副总确定。③锚固力合格条件：被检查全部锚杆均应符合要1根不合格，连续抽样检查，假设再不符合要求，由矿分管矿长组织分析锚杆质量不合格缘由,并实行补充加强支护措施进展处理。④拉拔试验后，应准时重拧紧螺母；假设锚杆失效应准时补打锚杆。⑵螺纹钢锚杆扭矩检测10米范围内锚杆，必需进展扭矩检测。每小班抽样一组〔5个〕矩应不小于400Nni埋深大于600米的深部巷道锚杆预紧力＜5TO一个扭矩不合格，将扭矩缺乏的螺母重拧紧；有2个以上不合格，应将全部螺母重拧紧一遍，螺母还应每月检查一次，对松动的螺母要拧紧。使用型锚杆时，扭矩及初锚力符合设计要求。⑶螺纹钢锚杆检测每月随机抽样一组〔5根〕锚杆送检，一组不合格再抽样一组；假设再不合格，分析缘由，并按规定对有关责任单位和人员进展惩罚。〔4〕锚杆安装质量检查①螺纹钢锚杆外露长度符合规定。锚索外露长度不大于200mmo②锚杆角度：巷道各部位锚杆角度要符合设计要求。⑸锚固剂安装位置监测①每条锚杆安装时，在未上托盘之前，必需进展锚固剂位置检查,并填写5根。2、检查验收有关规定班验收制度，矿实行旬检查、月验收制度。检查验收结果纳入巷道工程档案治理2030吨锚杆拉力计，并依据所使锚杆种类配齐拉杆。同时，还应依据锚杆直径，配齐锚杆扭矩搬手。⑷煤巷锚杆支护巷道顶、帮根本支护形式、锚杆类型、锚杆直1要求，否则该巷道工程质量视为不合格。〔5〕凡因无质量标准化检查工具造成锚固力、锚杆扭矩无法检查的，锚固力和锚杆安设质量视为不合格。〔6〕使用不合格锚杆支护材料的巷道工程，其巷道工程质量视为不合格。⑺分管矿长、副总及专业管理人员必需按规定对锚杆锚固力等进展抽测，并填表备查。第三节锚喷支护9条锚喷支护设计1⑴锚喷支护；⑵锚网喷支护；⑶喷锚喷、锚网喷支护；⑷喷锚梁喷、锚网喷支护。255护〔高强锚杆一次支护〕5600米以上的开拓、区的二次锚网喷巷道支护。3⑴锚杆设计锚固力570KN；5100KN；5130KN。1.6ni⑶喷射混凝土强度5C18以上；效劳年5C13以上。特别地点的锚喷巷道，喷射混凝土强度必需在C18以上。〔利用自然陶粒专利技术喷射混凝土强度不小于此规定〕。⑷喷射混凝土厚度。150毫米，5年以120100毫米。10条喷浆材料的技术要求1425%2重量计算不大于3%。35^lOnuiio4、速凝剂：质量符合标准要求，每批有出厂合格证，过期失效速凝剂制止使用，其配比为水泥重量的2 4%。5、1:喷射栓配比一般为：2：2o6⑴80%,20%。lOnmi的颗粒3%。

和脏杂⑶配比。初喷：水泥：粉煤灰：石子=121.5；复喷：水泥:粉煤灰：石子=1：：0⑷速凝剂用量为水泥用量的2 4%。⑸水灰比为0.4 0.5。7、利用自然陶粒喷浆时：o自然陶粒：煤歼石自燃形成的具有陶粒特性的产物称为自燃氧化的煤歼石陶粒。经过锤式裂开机裂开，粒度＜15mmo⑵配比。自燃氧化的煤歼石混合料：水泥=4： 。⑶速凝剂用量为水泥用量的2 4%。⑷水灰比为0.4 0.65o11条锚喷支护工艺要求及有关规定150%,超挖150mm,欠挖不超过质量标准规定。230mm,20分钟后1.01.6mo⑵一次支护。按作业规程规定的距离和喷浆厚度完成第一次喷浆支护。第一次支护必需进展拉线喷浆，在拱顶、拱肩、拱基处拉线，不少丁5条，使巷道成形光滑、平坦、无急角。一次喷浆厚度达不到要求，严禁进展二次支护。在一次喷浆支护时，要将里层锚杆栓铁丝引出喷层之外，作为布置外层锚杆的标志，并用作二次支护时栓金属网。50100道矿压显现规律在作业规程中规定)二次支护的锚杆要按里层锚杆所留标志五花200mm2040mm,要起到防锈作用。200mm,必需呈10 30°打入。⑸两帮喷浆必需有《100mm的根底〔设计有水沟一侧除外〕o⑹永久水沟的施工①迎头掘进时，应把水沟一并打眼放炮带出。②在一次支护段，要把水沟荒断面掘岀。③永久水沟施工要在二次支护后进展。靠巷帮一侧必需补打一排锚杆，金属网要压入最下一排锚杆，然后浇注水沟混凝土。3、高强锚杆锚喷一次支护工艺要求30mm,20分钟后进展打、安锚杆及扒装。锚杆支护参数设计在规程中明确规定。⑵锚网支护。按作业规程规定的锚杆支护参数跟迎头进展一次锚网支护。⑶喷浆。一般在距迎头50 100米范围内进展〔具体距离由各矿依据巷道矿压显现规律在作业规程中规定〕，喷浆厚度到达规程设计要求。4、承受人工上料喷射机喷射混凝土、砂浆时，必需承受潮料，并使用除尘机对上料口、余气口除尘。5、对松软、裂开岩层或应力集中区锚喷巷道要预先存放备用棚料，其具体规格、型号、数量和存放地点在作业规程中明确规定。12条锚喷支护巷道工程质量监测及质量验收规定1、锚杆锚固力监测按煤巷锚杆支护锚固力监测有关规定执行。2、喷射混凝土强度检测⑴喷射混凝土巷道对喷体应做厚度和强度检查，并有检查和试验记录。28犬30mm,1.1倍的混凝土芯样，用点荷载仪测试其点荷载强度，然后确定混凝土强度。⑶喷射混凝土芯样数量应符合下表中的规定。表七喷射混凝土试块芯样数量序号序号工程分类5年以上巷工程量检查点数备注130米及以下11每个检查点取碇芯样5道个，取样要均匀分布。25年以下巷50米及以下1228天的巷道道喷体上钻取。33銅室1000m3以上3材料或协作比变更时应⑷喷射混凝土强度质量评判:另行取样。5515%时，其强度不应作为评定的依据。③巷道工程喷射混凝土强度合格的条件。喷射混凝土抗压强度平均值不低于标准值；检测点喷射混凝土抗压强度中的最小值不85%时,其喷射栓强度为合格。345600锚网喷支护的，工程质量视为不合格。第四节锚索加固支护13条锚索的适用条件。1IIIIVV顶板下沉、两帮移近等巷道变形时。V17.8nun及以上的锚索。26米交岔点，V类煤层巷道顶板使用直径17.8mm及以上的注浆锚索。14条锚索支护方式及支护参数确实定1、煤层巷道直接顶比较完整时、拱型锚喷巷道、大断面咽室及交岔点加固，应釆用点式锚索支护；当巷道直接顶裂隙比较发育且上部为复合顶时，宜承受锚索行架支护。2、锚索参数确实定原则：⑴最小锚固长度。水泥〔砂〕浆锚固^3.5m,树脂锚固Ml 5ni。⑵锚索长度。顶板锚索长度范围为5.5 10.5m,两帮锚索长度范围为35m。⑶锚索间、排距：SWL/2〔L—m,S—锚索间排距，m〕。⑷200KNo15条锚索支护材料1、矿用锚索钢绞线、索具和其它附件应符合中华人民共和国煤炭行业标MT/T942-2023要求，并应按规定申办索具及整套锚索的国家回标志。2〔I【级〕粘结式1X7数如下：⑴直径：15.24mm,每米重量：1.102kg/m,级别：270K,强度:1860N/uun2截面积：140.00mmJ,延长率：$3.5%,260KN,执行标准：ASTMA416-90G⑵直径：17.8mm,每米重量：1.5kg/m,级别：270K,强度:1860N/mm2截面积：191.00mm2,延长率：$3.5%,353KN,执行标准：ASTMA416-90G⑶直径：31 35mm,由注浆嘴、预应力锚头、9根”7mm钢丝、支撑骨架、注浆管、搅拌头等局部组成，破断载荷600KN,预应力250KNo〔4〕1x7外形见右图：3、锚固剂：选用中速树脂锚固剂，全长锚固时可配用慢速锚固剂或水泥〔砂〕浆。4230mmX230mm〔方形〕或＜1〕230mm〔形〕；假设选用平板托盘，托盘中心孔径比钢绞线公称直径大2-4mm。托盘承载力应不小于锚索设计承载力1.5倍。1610砂浆防锈或承受4251:0.45-1o注浆压力0.5-1兆帕。如钻孔漏浆，需反复注6小时，也可隔天注浆。17条锚索施工治理1、锚索施工人员必需生疏锚杆打眼机的操作修理，要把握锚索设计的技术参数和安装要求。2、钢较线旋向应与搅拌工具旋转方向相反；1小时后进展张拉和顶紧上托盘工作。34、80—100KN,48小时后，如觉察预紧力下降，必需准时补拉。张拉时如觉察锚固不合格，必需补打合格的锚索。5、建立锚索施工治理档案，对逐条锚索进展编号，把施工人员、验收人员记录在档。18条对于接近或到达顶板离层临界值，有冒顶危急的区域必须准时进展隔离，挂危急牌，严禁人员进入，自安全区由外向里准时实行合理牢靠的加固措施。19条合理安排生产接续，尽量缩短回采巷道的效劳年限，减少巷道变形时间及破坏程度。20条本标准自下发之日起执行，与本标准有抵触的以本标准为准。按悬吊理论计算锚杆参数：3.5米锚杆参数计算1、锚杆长度计算：式中：L—锚杆长度，m；H-冒落拱高度，m；K—K2；0.3m；L?1f0.05m；WLTI—-------——0.58WL2f2x3式中：B3.50m；f—3；则Z=2X0.58+0.3+0.05=1.51(m)23：式中：a—锚杆间、排距，m；Q—锚杆设计锚固力,50KN；H—0.58m；R—被悬吊泥岩的重力密度，取23.5KN/m3K—K2；aa=^2x0.58x23.5丸甌〕通过以上计算，14mm1700mm的等强度圆4.0米锚杆参数计算1、锚杆长度计算:LKHL,式中：L—锚杆长度，m；H—冒落拱高度，m；K—K2；0.3m；0.05m：B 4.00 门—H=--------------=----------------=0.0/in其中： 2/ 2x3式中：B4.00m；f—3；则Z=2X0.67+0.3+0.05=1.69(m)2a：QL—式中：a—锚杆间、排距，m；Q-锚杆设计锚固力，50KN；H—0.67m；R—23.5KN/m3；K—K2；aa=23.5=1”59〔m〕通过以上计算，14mm1700mm的等强度圆钢锚杆。4.5米锚杆参数计算1、锚杆长度计算：式中：L—锚杆长度，m；H—冒落拱高度，m；KK2乙一锚杆锚入稳定岩层的深0.3m；L：Fg0.05m；M=-------=-----------=0.75m其中： 2/ 2x3式中：B4.50m；f—3；则Z=2X0.75+0.3+0.05=1.85(m)2a：式中：a—锚杆间、排距，m；Q—锚杆设计锚固力，50KN；H—0.75m；R—23.5KN/m3;K—K2；aa二L.Z235=119M)通过以上计算，14mm.2023mm的等强度圆锚杆〔锚索〕支护设计技术参数一、锚索设计承载力钢绞线直径为e15.24mm230k\,4>17.8mm320kN,钢绞线直径为4>21.6mm454kN«二、锚索设计破断力钢绞线直径为e15.24mm260kN,4>17.8mm355kN,钢绞线直径为<t>21.6mm504kN。三、锚杆〔锚索〕支护参数校核K顶锚杆通过悬吊作用，帮锚杆通过加固帮体作用，到达支护效果的条件，应满足：L^LI+L2+LS式中L---锚杆总长度，m：U—锚杆外露长度〔包括钢带、托板、螺母厚度〕，m：L：一一冇效长度〔顶锚杆取困岩松动圈冒落高度b,帮锚杆取帮裂开棵度c〕,m;L3一一锚入岩〔煤〕层内深度，m。其中围岩松动圈冒落高度式中B、H一一巷道掘进荒宽、荒高：一一顶板岩石普氏系数：Q—一两帮用岩的似内摩擦角，e11〔/顶〕。c=//tanf45°-->2、校核顶锚杆间、排距：应满足 Y：G一一锚杆设计锚固力，kN/根：k2；〔松散系数〕L,一一有效长度〔顶锚杆取b〕;卩一一岩体容重3、加强锚索长度校核，应满足L=L,L小m；匚一一锚索深入到较稳定岩层的锚固长度.m：其中：K一一安全系数：人—锚索直径；仁一一锚索抗拉强度，锚索与锚固剂的粘合强度，N/mm:;〔10〕?Sm：♦一一托板及锚具的厚度，m；Ld一一外霭张拉长度，m：4、悬吊理论校核锚索排距：xLWnF：/[BHY-〔2Fsin0〕/Ljx式中 L-一锚索排距，m；B-—巷道最人冒落宽度，m：H—-巷道最人帽落高度，m：〔最大取锚杆长度〕丫-一岩体容朿，kN/m‘〔包括顶煤+直接顶〕Li锚杆排距,m,F：-一■村徜同儿kN;70F：锚索极限承裁力，kN;角锚杆与巷道顶板的夹角,75。；旷一锚索排数，取loWN>Kx一5、加强锚索数目的校核，应满足式中N一一锚索数目；K一一安全系数；2“一一锚索最低破断力，kN；W—一被悬吊岩石的自垂，kN：W=工力其中：B一一巷道掘进荒宽，m；D一一锚索间排距，m：“h—悬吊岩石厚度，m：—一悬吊岩石平均容重，kN/m\IIIIII砂岩5-8MPa 泥岩3.5-5.5MPa 煤1-2MPaC25混凝土$7MPa五、螺纹钢对树脂药卷粘结强度〔设计手册〕锚杆直径锚固长度粘结度22mm600mm22MPa4>16mm600mm22.3MPa16mm1000mm24.8MPa锚索直径〔mm〕4>15.244>17.锚索直径〔mm〕4>15.244>17.804>21.60抗拉强度〔N/mnf〕1426.051427.311376.11抗拉强度〔MPa〕186018601770七、煤、岩容重岩性容重(kN/m3)砂岩21.58-26.59页岩22.56-25.70煤11.77-13.72八、预应力钢绞线技术指标〔检测报告〕mmkN Lo^5OO松弛率WMpa1)15.24 264.6-269.4 $234.6 4-5.5 2.5 18601)17.80 $360 $335 5 2.5 I86021.60 M520 M484 5 2.5 1770规格破断负荷kN屈服负荷伸长率％规格破断负荷kN屈服负荷伸长率％1000h强度<<4)规格 屈服强度 抗拉强度MPa MPa

尾部螺纹承載强度伸长率％MPa*20X2023mm(螺纹钢)18X1800mm

$335 M490 M16 M85%(圆钢) 鼻225 $375 460 $25 N杆体极限强度85%II锚杆承载力〔学习的时总结〕锚杆规格〔螺纹钢〕

承載力〔kN〕

锚杆规格〔圆9?〕

承我力〔kN〕4)22mm 125 e22mm 90e20mm 105 e20mm 7018mm S5 18mm 60<l>16mm 75 4>16mm 50十、锚索测力计技术指标型号型号QLMC-300夜光式记忆型QLMC-500