小孔径锚索支护技术课件

第八章巷道支护小孔径锚索支护技术2内容提要一、概述二、锚索复合支护形式三、锚索作用原理四、小孔径锚索的结构五、锚索支护参数的确定六、锚索施工机具七、锚索安装工艺八、锚索施工质量检测九、小孔径锚索支护的优点3一、概述

小孔径锚索支护技术是1997年煤炭科学研究总院北京建井研究所、北京开采研究所等科研机构研制成功。

该技术锚固方法是把长锚索锚入深部的稳定岩体上，然后对锚索施加预应力，预先对岩体或构件施加主动作用力。

该技术作用合理，施工简便，效果显著，引起了煤矿和其它部门的重视，应用范围越来越广泛。小孔径锚索如图8-1所示，图8-2为制作车间。图8-1小孔径锚索图8-2小孔径锚索制作车间锚索加工、自动切断机

6二、锚索复合支护形式锚索具有承载能力强、长度大、成本高等特点，锚索间距一般较大，均需和其它支护形式构成复合支护形式，不同的支护相互配合，取长补短，可降低支护成本。改善支护效果。常用的支护形式有：锚索—锚杆→即：双锚支护；锚索—锚杆—喷射混凝土→即：双锚喷支护；锚索—锚杆—金属网—喷射混凝土→即：双锚喷网支护。7三、锚索作用原理锚索与锚杆在巷道支护中的作用机理基本相同，具有自承拱作用、组合梁作用和悬吊作用。

1.自承拱作用自承拱作用就是把受采掘影响和被节理、裂隙、断层切割而破碎的岩体用预应力锚索加固成压力拱圈，提高岩体的整体性和自承能力，保持围岩的稳定。在预应力作用下，被锚索内外锚固段加固的岩体在一定范围内形成双向受压区，如果锚索长度和8间距合理，锚索群形成的受压区能重叠，从而形成一个压缩带，如图8-3所示。锚索长度L与间距S之比(L/S)越大，压缩圈的厚度就越大，但成本也越大，施工也越难，L/S越小，压缩圈厚度就越小，甚至不能形成压缩圈而只能产生单个的不连续的压缩区。光弹试验表明，用预应力锚索加固受采掘影响的岩体，其经济合理的锚索长度和间距是：L/S≥2。2.悬吊作用悬吊作用就是锚索把不稳定岩块吊挂在稳定的图8-3锚索—锚杆支护自承拱作用原理

1-锚索；2-锚杆；3-锚杆压力圈；4-锚索压力圈10岩体上，限制不稳定岩块的位移，防止其冒落。3.组合梁作用

组合梁作用就是锚索穿过层状岩层，使岩层层面和层理之间的摩擦力增大，增强岩体的整体性，阻止岩层间的分离、位移，提高岩层的抗弯强度。这就比单纯的叠合梁具有更大的承载能力。垂直穿过岩层的锚索，其组合梁作用尤其明显。锚索支护的上述几种作用，并非各自孤立存在，常常是同时并存、互为补充，只不过是在不同的条件下某种作用占主导地位而已。例如，在拱形11巷道中用锚索加固围岩，自承拱的作用是主要的；而在支护平层状的巷道中，就是组合梁的作用为主了。因此，在实际工作中应根据围岩情况具体分析，灵活应用。虽然锚索和锚杆的支护作用原理基本相同，但在复合支护中两者的作用并不是简单的重复，这是因为：

（1）锚杆长度小，压力圈薄且离巷道壁较近，这个压力圈的自承载能力较小，在巷道地压大、围岩松动圈厚度大时，锚杆的支护作用更难发挥。锚12索长度远大于锚杆，承载能力强，在预应力作用下形成的围岩压力圈厚度大而且离巷道壁较远，在围岩破碎、地压较大的情况下，锚索的压力圈恰好给锚杆提供一个可靠支护依托，形成大小两个围岩压力圈共同支护的状况。此时，大压力圈可承受巷道深部围岩的自重及压力，并将压力转移到深部围岩，大大减轻小压力圈的压力，成为小压力圈的保护圈。

（2）锚索长度大，间距也很大，一般3～5m以上，在预应力作用下形成压力区的同时，两锚索之13间还有较大的拉应力区，这是锚索支护的弱点所在。锚杆短而密，当锚杆的长度适当时，可基本消除锚索之间的拉应力区。锚索压力区和锚杆压力区组合成厚度更大的压力圈。

（3）在悬吊作用中，锚索可以对大块的松动岩石起作用，把它悬吊于深部岩层，而对小块危岩往往无能为力。锚杆的悬吊作用恰好相反，把小块危岩悬吊与锚索压力圈上。

（4）在节理裂隙发育、围岩破碎的巷道中，锚杆和锚索很难防止岩体风化，在水的长时间软化、14侵蚀以及风化和岩石的蠕变作用下，岩体变得更加破碎，岩石内摩擦角逐渐减小，锚杆和锚索作用下的压力区必然相应减小，最终连续的封闭的压缩带被破坏。因此在锚索、锚杆支护体系中加上喷射混凝土是十分必要的。喷射混凝土可尽早封闭围岩，防止风化，保持围岩的整体强度。其次，喷射混凝土颗粒可填实已有裂隙，使破碎、松散的表层岩石成为连续的完整的岩体，再次，在锚杆作用下围岩表面仍有较小拉应力三角区，喷射混土可使巷道表面围岩改变受力状况，消除或减小拉应力。15（5）围岩严重破碎时，锚杆和喷射混凝往往不能保证松动圈的稳定，此时加上金属网，既可保护锚杆之间的拉应力区中的围岩，又能大大提高喷射混凝土层的抗拉强度。四、小孔径锚索的结构锚索由钢绞线、锚齿（毛刺）、挡箍、垫板和锚具等组成，如图8-4所示。

1.钢绞线

钢绞线是锚索承受、传递支护力的主体，采用单根7×φ5mm冷轧钢绞线,如图8-4所示。应选择预16图8-4孔径预应力锚索结构1-毛刺；2-钢绞线；3-钻孔；4-巷道围岩表面；5-槽钢；6-钢垫板；7-锁具；L1-内锚固段长度；L2-锚索有效长度；L3-锚索外露长度公称直径/mm强度等级/MPa破坏负荷/kN屈服负荷/kN伸长率（%）15（普通钢绞线）1470205.80174.933.5(L0≥600mm)1570219.52186.5915（低松弛钢绞线）1725240.20204.201860260.70221050应力钢绞线，具有强度高、韧性好、低松弛等特点，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快速安装，适合在空间尺寸较小的巷道中使用。常用钢铰线的力学性能指标见表8-1。钢绞线的长度视孔深而定，一般比孔深大0.5m即可。通常长为5～8m。表8-1钢铰线的力学参数182.锚齿锚齿的作用是打烂、搅拌树脂卷。另外，也起到使钢绞线居中定位作用，避免钢绞线偏靠孔壁而影响锚固质量，一般可用螺栓或点焊的方式固定在钢绞线上，沿钢绞线锚固段200～300mm设一个锚齿。3.挡箍挡箍的作用是在搅拌树脂卷、推送钢绞线的过程中，挡住胶状树脂使之不能流出锚固端外。可选用橡胶或塑料，内径能箍紧在钢绞线上为准，外径应略小于孔径。194.垫板、锚具（索头）垫板和锚具是锚索的外锚固端的受力部件。垫板一般采用槽钢加锚杆盘，锚具须选购标准件。索具如图8-5所示。km系列矿用锚索锁头km15、km18型矿用锚索锚具图8-5锁头、锚具图8-6锚索专用锚卡具锚索专用锚卡具如图8-6所示。适用直径φ15mm的高强度低松弛钢绞线，是锚索的必备卡具。技术参数：锚索规格φ15.3mm锚卡具。21五、锚索支护参数的确定其参数按悬吊理论进行设计，保证锚索有能力承担其承载范围内潜在锚落岩层的重量。1.巷道每米长度范围内潜在冒落岩石重量巷道潜在冒落拱高度为：式中HM—巷道潜在冒落拱高度，m；

B—巷道跨度，m；

Kd—顶板岩性系数；22f—直接顶硬度系数。巷道潜在冒落拱面积为：式中SM—巷道潜在冒落拱面积,m2。每米巷道潜在冒落煤岩重量为：式中FZ—每米巷道潜在冒落煤岩重量,t/m;

γ1—直接顶煤岩容重，t/m3。

2.单根锚索所承担的冒落长度式中hs—单根锚索所承担的冒落长度，mm；

As—锚索截面积，mm2；

ηs—锚具效率系数，取值范围0.9～0.95；

ptk—锚索强度标准值，MPa；FZ—每米巷道潜在冒落煤岩重量,t/m。

3.锚索锚固长度

锚索锚固长度有理论锚固长度和实际锚固长度之分，实际锚固长度必须大于理论锚固长度。实际锚固长度:式中Ls—实际锚固长度，mm；—树脂直径，mm；

lj—树脂长度，mm；

φs—锚索钢绞线直径，mm。1Φ2理论上所需锚固长度:式中La—理论上所需锚固长度，mm；Ka—安全系数，取1.5；

φs—锚索钢绞线直径，mm。

ptk—锚索强度标准值，MPa；

fcs—锚索与锚固剂设计粘结强度，取10t/m2。4.确定锚索长度式中L—锚索长度，mm；Kb—安全系数，取2左右；

B—巷道跨度，mm；

n—每排锚索根数，根；Ls—实际锚固长度，mm；

Lw—锚索的外露长度，取300mm。

5.实例

实例一：某煤矿运输顺槽锚网索支护断面如图8-7、8所示。图8-7煤矿运输顺槽锚网索支护方式图8-8煤矿运输顺槽锚网索支护方式

六、锚索施工机具

1.锚索钻机

mqt－85j气动锚杆锚索钻机如图8-9所示。图8-9mqt－85j气动锚杆锚索钻机

mty系列液压锚杆锚索钻机如图8-10所示。

图8-10mty系列液压锚杆锚索钻机2.钻杆锚索钻杆——钻杆间的连接用连接套，如图8-11所示。

图8-11锚索钻杆

3.钻头锚索钻头如图8-12所示。

图8-12锚索钻头

4.锚索搅拌器锚索搅拌器如图8-13所示。图8-13

锚索搅拌器

5.锚索张拉机具锚索张拉机具如图8-14、15所示。图8-14

锚索张拉机具mqy120、mq18-200/50锚索张拉机具图8-15sm系列手动锚索安装机具sm系列手动锚索安装机具如图8-15所示。

6.锚索切断器

锚索切断器如图8-16所示。

图8-16锚索切断器37

七、锚索安装工艺

锚索施工可分为地面准备、钻孔、安装(锚固）、张拉4个主要工序。1.地面准备

首先检查钢绞线，截去松丝、严重锈蚀和死弯部分，按设计长度截断钢绞线，除去铁锈和污泥，在锚固头安装毛齿和挡圈，最后盘成圈。2.钻孔

⑴按设计的孔位、孔深和角度等，用锚杆钻机钻孔。38

⑵钻到设计孔深后，钻杆带着钻头在孔中镗几次，将孔壁上的滋翘的石渣除掉，使孔壁光滑，孔径不小于设计尺寸。

⑶成孔要直，45°角以下的孔要进行吹孔清理。

⑷当钢绞线在孔中推送、拔出顺畅自如时，视该孔为成孔；否则为不合格孔，应按“⑵”条进行清孔。如若此孔实在达不到要求，应错开原孔位另打新孔。3.安装(锚固)

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(1)检查锚索锚固段结构是否完好无损，破坏、松动的部位要修整，沾染的污垢要冲洗干净，禁用折弯等不合格的锚索。

(2)送锚索前用锚索探孔，锚索在孔中推送、拔出自如后方可进行下一步骤，否则要处理钻孔。向孔内送入树脂卷和锚索。先将树脂卷送入孔内，(按快慢性能顺序送入)，后用锚索推送树脂卷至孔底。按图8-17所示连接好安装系统，开动锚杆钻机进行搅拌，锚固锚索。

(3)安装、搅拌要求图8-17树脂药卷快速锚固锚索安装系统

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①一人手扶锚索，使其尽量不打弯减少震动。锚索钻机推力要适中，使其既能转动推进锚索，又不使锚索太弯而影响转动。

②刚开始搅拌的5s内转速要慢，每秒1～2转为宜，然后逐渐提高转速至钻机的额定转速。这一过程3～5s内完成，之后一直平稳搅拌完毕。

③搅拌推进的平均速度为50～60mm/s，整个搅拌过程在20～30s内完成。

④搅拌推进过程不允许间歇停顿，在搅拌推进整个过程结束后，拆除系统过程中不能拉动、转动42锚索，否则将破坏锚固剂的初凝、导致锚固失败。搅拌停止拆卸系统前，稳住锚索不动，停顿30s左右，以保证锚固剂初凝、固定住锚索、不因自重而下滑。4.张拉

当搅拌安装达到凝固时间后(一般凝固时间设计为30min，若工程状况允许可延长些)，就可进行张拉。

张拉过程如下：

(1)按图8-18所示将机具等安装连接好。图8-18锚索张拉系统图44

(2)垫实垫板，垫板平面要垂直于钻孔轴线，保证锚索受力在一条直线上。

(3)1人加压(操作手动或电动加压泵)、1人观看压力表、1人观察千斤顶及其周围情况，达到设计的预应力便停止加压，当出现其它异常情况(如系统漏油、压力突增突减、异常声音、垫板底部结构压坏等)暂停加压，回缸卸压、处理情况。

(4)加压过程要平稳，不能忽快忽慢，使得压力表指针平稳上升或千斤顶油缸均匀伸缩。

(5)一次出缸张拉或重复出缸完成张拉过程情45况都有。若在设计的预应力值范围之内(或进行破坏性张拉试验)达到某一应力值时，只出缸而压力值不升(甚至下降)，则可判定此时拉力值达到了锚索的极限锚固力。

(6)达到设计预应力值后停止加压，扳动换向阀，反向加压、回缸(此时要有专人托住千斤顶，或事先系挂好千斤顶，防止卸压后脱落)，使锚具锁紧。取下千斤顶，完成了一根锚索的张拉。照此重复进行下一锚索的张拉。5.外锚端多余部分锚索切除46

张拉完后需要对外锚端多余部分锚索切除时，利用专用锚索切断器与张拉机具中的加压部分相配合进行切断处理。

外锚端多余部分锚索切除、切断操作程如下：

(1)按图8-19所示连接好机具。

(2)专人托扶切断器或将其系在牢固的结构体上。

(3)穿上切断器后，在钢铰线的端头套上专用套筒并用手攥紧，防止切断瞬间断掉的钢绞线崩散产生危险。图8-19外锚端多余锚索切除系统图48

(4)平稳加压直至切断。若达到通常的切断力仍不切断时，应检查一下刀刃，如为钝刀应及时更换。

(5)切断的瞬间有时产生火花，要有预防瓦斯爆炸的措施(如检验瓦斯含量是否超限，加大通风等)。

(6)安装好的锚索如图8-20所示。图8-20安装好的锚索某煤矿开切眼支护结构如图8-21所示。图8-21

某煤矿开切眼锚网索支护50

八、锚索施工质量检测