锚杆支护

锚杆支护1郭裕辉锚杆支护郭裕辉一、引言目录12435锚杆支护技术的发展过程锚杆支护的作用原理其它华烨煤业锚杆使用类型锚杆、锚索拉拔力试验一锚杆支护发展2个阶段：以1995年引进澳大利亚锚杆支护技术为分界点。锚杆支护理论、锚杆支护设计方法、施工机具、小孔径预应力锚索加强支护、锚杆孔径、锚固剂及锚固方式、监测技术等均发生了变化。美国、澳大利亚接近100%，英国80%，美国锚杆支护为巷道顶板的唯一支护方式。我国1995年时约15.15%，目前约70%。我国煤巷锚杆支护技术的发展过程（1）起步阶段（80年代中后期）（2）攻关阶段（1991—1995年）（3）引进和消化阶段（1996—1997年）（4）推广和提高阶段（1998年至今）锚杆支护从支护机理上看，锚杆支护属于“主动”支护，可以充分利用围岩的自承能力，提高巷道围岩的稳定性，将载荷体变为承载体。在相同生产地质条件下，锚杆支护的巷道围岩变形量比棚式支护减少一半以上。从技术经济上对比，锚杆支护可以节约大量钢材，减少材料运输工作量，减轻工人的劳动强度和改善作业环境；保持采煤工作面上下两道和开切眼的畅通，为回采工作面快速推进和高产高效低成本生产创造有利条件；锚杆支护巷道施工简单，机械化程度高，可大幅度降低巷道支护成本，提高掘进速度和生产效率锚杆支护效果锚杆支护与架棚支护相比，其优越性表现在：⑴属于主动支护⑵将巷道围岩变成承载体⑶对巷道不规则断面适应性强⑷巷道围岩变形量显著减小，安全生产得到保证，大幅度减少了冒顶、瓦斯、火灾事故⑸简化巷道布置，减少岩石工程⑹实现沿空掘巷，提高煤炭资源采出率，延长矿井寿命锚杆支护具有巨大的技术经济效益和社会效益，是我国煤炭行业继综合机械化之后的第二次支护技术革命。二锚杆支护的作用原理·⑸锚杆支护强度强化理论⑴悬吊理论机理：将巷道顶板较软弱岩层悬吊在上部稳定岩层上，以避免较软弱岩层的破坏、失稳和塌落，锚杆所受的拉力来自被悬吊的岩层重量。缺点：没有考虑围岩的自承能力，而且将被锚固体与原岩体分开。适用条件：锚杆可以锚固到顶板坚硬稳定岩层8⑵组合梁理论机理：通过锚杆将几层薄岩层锁紧成一个较厚的岩层（组合梁）。增加岩层间的摩擦力，防止岩石沿层面滑动，提高自撑能力。缺点：将锚杆作用与围岩的自稳作用分开；在顶板较破碎、连续性受到破坏时，难以形成组合梁。适用条件：•层状地层•顶板在相当距离内不存在稳定岩层，悬吊作用处于次要地位。9⑶组合拱理论机理：在破裂区中安装预应力锚杆时，在杆体两端将形成圆锥形分布的压应力，如果沿巷道周边布置锚杆群，只要铺杆间距足够小，各个错杆形成的压应力圆锥体将相互交错，就能在岩体中形成一个均匀的压缩带，即承压拱，这个承压拱可以承受其上部破碎岩石施加的径向荷载。在承压拱内的岩石径向及切向均受压，处于三向应力状态，其围岩强度得到提高，支撑能力也相应加大。缺点：一般不能作为准确的定量设计。适用条件：顶板无稳定岩层拱形巷道10⑷最大水平应力理论机理：矿井岩层的水平应力通常大于垂直应力，水平应力具有明显的方向性。在最大水平应力作用下，顶底板岩层易于发生剪切破坏，出现错动与松动而膨胀造成围岩变形，锚杆的作用即是约束其沿轴向岩层膨胀和垂直于轴向的岩层剪切错动。缺点：直观性较差。11（4）最大水平应力理论（5）锚杆支护强度强化理论围岩与支护强度的关系随支护强度增加，围岩的极限强度和残余强度提高，围岩残余强度提高到一定程度就能保持巷道稳定。（5）锚杆支护强度强化理论锚杆与围岩相互作用，形成锚杆—围岩的共同承载结构，改善锚固体力学性能，提高锚固体峰值强度和残余强度，特别是残余强度的提高，有效提高围岩的自承能力，控制围岩塑性区、破碎区发展，促使巷道围岩由不稳定状态向稳定状态转变。锚杆与围岩相互作用，形成锚杆—围岩的共同承载结构，改善锚固体力学性能，提高锚固体峰值强度和残余强度，特别是残余强度的提高，有效提高围岩的自承能力，控制围岩塑性区、破碎区发展，促使巷道围岩由不稳定状态向稳定状态转变。煤层岩层破碎区、塑性区⑴顶锚杆：Ф20㎜×2000㎜阻尼式螺帽型单向左旋式螺纹钢锚杆规格：直径Ф20㎜，锚杆长度为2000㎜15三华烨煤业锚杆使用类型⒈锚杆使用类型顶部采用φ6mm冷拔钢筋焊织的经纬网，规格为2600㎜×1100㎜，网目60mm×60mm托盘：顶部锚杆采用φ12mm×φ20mm×130mm球型托盘；帮部锚杆采用φ12mm×φ18mm×130mm球型托盘⑵帮部锚杆①采用Ф16mm×1800mm阻尼式螺帽型单向左旋式鱼尾纹钢锚杆(运输顺槽左侧与回风顺槽右侧)规格：直径Ф16㎜，锚杆长度为1800㎜采用12#冷拔铁丝编制的菱形网，规格为宽1300㎜×长10000㎜，网目50mm×50mm②采用Ф18㎜×1800mm全螺纹玻璃锚杆(开口30米后运输顺槽与回风顺槽靠工作面侧帮部支护)规格：直径Ф18㎜，锚杆长度为1800㎜采用塑钢网编制的方格网，规格为宽1200×长10000mm,网目30mm×30mm。⑵锚固剂锚固剂：树脂药卷，一般采用凝结速度为超快与中速的树脂药卷配合。药卷长度一般是CK2340(红色)和CK2360(红色)、Z2360(蓝色)。锚杆煤体快速树脂药卷中速树脂药卷螺母Z2360(蓝色)CK2340(红色)和CK2360(红色)⑶网及钢带网：采用冷拔钢筋焊织的经纬网、冷拔铁丝编制的菱形网、塑钢网编制的方格网。严禁将最前排锚杆螺帽松开或等待后压网。钢带：钢筋梯子梁、W型钢带等。要求钢筋梯子梁采用高强度焊条焊接，防止开焊。钢带的厚度或钢筋直径根据矿压确定。名称型号单位钢带1.3米根钢带1.9米根钢带2.3米根钢带2.5米根钢带2.8米根钢带3.4米根钢带3.8米根钢带4.1米根钢带4.6米根W钢带4.1米片⑷施工机具顶板：煤矿用气动动锚杆钻机帮部：气动手持式钻机⑸锚杆支护工艺一、安装顶板锚杆1、先进行临时支护，同时铺设金属网、安装梯子梁。2、施工顶板锚杆孔：采用1台风动锚杆钻机，直径为Ф28㎜的合金钢钻头。按钢带孔位(钢带要按巷道中线及锚杆设计孔找准后用前探梁固定好)由巷道两帮向中间施工锚杆眼。巷道顶板锚杆杆体长2000㎜，孔深1960㎜-1990㎜。3、送树脂药卷：穿过钢带孔眼向锚杆孔先后装入CK2360和Z2360树脂药卷，用装好的锚杆慢慢将树脂药卷推入孔底。4、搅拌树脂：用带有专用套筒的风动锚杆搅拌器卡住锚杆及螺母，然后边搅拌边升钻机推进锚杆至孔底，搅拌15s〜20s后停机等待1min。5、紧固锚杆：60s后再用钻机通过锚杆安装器点动紧固，使托盘快速压紧钢带及顶板岩面，使锚杆具有较大的预拉力，钻机输出扭矩大于或等于80N·m，最后在掘进迎头采用人工加扭的方式将扭矩增加至100N·m以上。二、安装帮锚杆1、按设计部位施工巷道帮锚杆孔：采用风动帮锚钻机，Ф28㎜钻头打眼，金属锚杆杆体长1800㎜，深孔1760㎜～1790mm。2、两帮连接金属网、铺设钢筋梯子梁、钢带。顶板：煤矿用气动动锚杆钻机四锚杆、锚索拉拔力试验1.试验目的锚杆拉拔力试验的目的是判定巷道围岩的可锚性，评价锚杆、树脂、围岩锚固系统的性能和锚杆的锚固力。试验必须在现场进行，使用的材料和设备与巷道正常支护相同。2.试验工具和设备试验的工具与设备主要有：a）锚杆拉力计（量程＞180kN,分辨率≤1.0kN）b）钻孔机具。3.准备工作3.1.地点的选择试验地点应尽量靠近掘进工作面，围岩较平整，未发生脱落、片帮等现象。试验锚杆应避开钢带（钢筋梯）安装，距邻近锚杆不小于300mm。3.2.锚杆、锚固剂试验用锚杆的表面无锈、油、漆或其他污染物。树脂锚固剂按设计选用。3.3钻孔用锚杆钻机在选择的地点钻孔。试验前测量钻孔直径、锚杆直径、树脂直径。3.4锚杆安装（1）将树脂锚固剂放入孔中，用锚杆将其慢慢推倒孔底。（2）用锚杆钻机将锚杆旋转边推进到孔底，然后再旋转5s～10s停止。（3）等待30s后，退下锚杆钻机；（4）做好标记，以备试验。4.拉拔力试验拉拔试验在锚杆安装后0.5h～4.0h进行。时间过短影响锚固剂固化后的强度，时间过长则因巷道围岩发生变形影响测量结果。按图(33页)所示安设仪器，确保锚杆拉力计油缸的中心线与锚杆轴线重合。试验前，检查手动泵的油量和各连接部位是否牢固，确认无误后再进行试验。试验由两人完成，一人加载，一人记录（见表）。试验时应缓慢均匀地操作手动泵压杆。当锚杆出现明显位移时，停止加压，记录锚杆拉力计此时的读数，即为拉拔试验值。5.锚杆拉拔测试要求煤巷每300根锚杆或掘进100米巷道，抽试三组锚杆，其中每组顶锚杆1根，帮锚杆2根。并相应做锚索预紧力试验一组，试验两根锚索。试验要求：（1）检测部位顶部锚杆：φ18mm阻尼式螺帽型单向左旋式螺纹钢锚杆，拉拔力大于90kN。（2）检测部位帮部锚杆：φ16mm阻尼式螺帽型单向左旋式鱼尾纹锚杆，拉拔力大于70kN。Φ18mm全螺纹玻璃锚杆，拉拔力大于70kN。6.注意事项6.1锚杆拉拔计在试验过程中应固定牢靠。6.2锚杆拉拔时应缓慢地逐级均匀加载，直到锚杆滑动或杆体破坏为止，并作详细记录。6.3拉拔锚杆时，拉拔装置下方和两侧不得站人。6.4拉拔时专人监视顶板，以保证操作人员安全。6.5测试锚杆按规定比例测试，选择好测试点，不能做破坏性试验。6.6拉拔力合格的锚杆要挂好合格标签，如发现不合格的锚杆要按规定补打，在进行测试。6.7拉拔时严禁有人通过，两边放好警戒，以防止工具落伤人。6.8测试后要将锚杆螺母拧紧，保管好设备。监测内容序号监测内容监测仪器1锚杆锚固力矿用锚杆拉拔计2锚杆扭距力扭力扳手3顶板离层状况顶板离层指示仪4锚索拉拔力矿用锚索张拉机具施工单位试验日期施工地点检测单位工程检测部位检测人抽取3组锚杆进行拉拔力试验记录结果抽取序号设计值（KN）拉拔力(KN)测试前锚杆外露长度(mm)测试后锚杆外露长度（mm）是否合格备注试验结果分析1顶部拉拔力不小于设计值的90%。设计值：顶部90KN、帮部70KN。左邦右帮2顶部左邦右帮3顶部左邦右帮锚杆拉拔力试验记录表100（N·M）120（N·M）华烨煤业锚杆扭距力检查记录工程名称：施工单位：检测单位：设计扭矩力：顶：120（N·M）帮：100（N·M）序号部位检测结果（N·M）是否合格检测日期1m顶左右2m顶左右3m顶左右安装顶板锚索1、顶板良好时，迎头锚索及时跟紧。2、安装顶板锚索打设顶板眼：采用Ф28㎜合金钢钻头，施工锚索眼深度为6750㎜-6850mm。锚索直径为15.24㎜，打眼后先用锚索插入孔内试探孔深是否符合要求，孔深不够时，须加深至设计要求为止。送树脂药卷：向孔内先后装入2支CK2360和2支Z2340树脂药卷，用钢绞线慢慢将树脂药卷推入孔底。搅拌树脂：用搅拌接头将锚杆钻机与锚索连接起来，然后升起钻机推进钢绞线，边搅拌边推进。直至将锚索推入孔底，停止升钻机，搅拌20〜30s后停机，并等待2min回落钻机，卸下搅拌连接器，完成锚索的内锚固。安装完毕，进入下一个循环。五其它端头锚固：锚固的长度是锚杆全长的1/3。全长锚固：锚固的长度超过锚杆全长的90%。加长锚固：锚固的长度鉴于锚杆全长的1/3-90%之间。端头锚固和加长锚固区别：⑴加长锚固锚杆能提供更高的锚固力：锚固长度越大，锚固力越高。⑵加长锚固时锚杆的受力状态更好：端头锚固锚固力集中，全长锚固作用相对分散。⑶加长锚固时锚杆使岩石的受力更合理：端头锚固应力集中，岩石受力集中，极易失效。⑷加长锚固锚杆能提供更高的抗剪能力和抗剪刚度。⑸加长锚固有较高的可靠性。⑹加长锚固能起到“防微杜渐”的作用。锚固方式全长锚固：锚杆中部受力最大；增阻速度快。具有较大的抗剪切能力。增加岩层间的法向力，阻止层间错动，防止离层。在锚固范围内锚杆伸长1mm，可产生10～20kN的锚固力，支护刚度大。端头锚固：锚固的长度是锚杆全长的1/3。⑴煤矿安全生产标准化1.锚网索巷道锚杆（索）安装、螺母扭矩、抗拔力、网的铺设连接符合设计要求，锚杆（索）的间、排距偏差-100mm～100mm。⒉锚杆露出螺母长度10mm～50mm（全螺纹锚杆10mm～