锚杆种类

锚杆分类目前用作支护的锚杆种类很多，按其与被支护体的锚固长度划分，可分为集中锚固类锚杆和全长锚固类锚杆。集中锚固类锚杆是指锚杆装置和杆体只有一部分和锚杆孔壁相接触的锚杆。包括端头锚固、点锚固和局部锚固等；全长锚固类锚杆是指锚固装置或锚杆杆体在全长范围内全部和锚杆孔壁接触的锚杆，包括各种摩擦式锚杆、全长砂浆锚杆、树脂锚杆和水泥锚杆等。根据锚杆的锚固方式可分为机械式锚固型和黏结锚固型两类。锚固装置或锚杆杆体和孔壁接触，靠摩擦力起锚固作用的锚杆，属于机械锚固型锚杆；锚杆杆体部分或全长利用树脂、砂浆、快硬水泥等胶结材料将锚杆杆体和锚杆孔壁黏结固定在一起，靠粘结力起锚固作用的锚杆属于黏结型锚杆。用于制作锚杆的材料种类较多，根据锚杆的材质不同，又可将锚杆分为钢丝绳锚杆、普通钢筋锚杆、螺纹钢锚杆、玻璃钢锚杆、木锚杆和竹锚杆等类型。第一节金属锚杆金属锚杆根据其锚固形式可分为机械式、管缝式和黏结式三大类。一、机械式锚杆机械式锚杆使用最早、结构多样、数量较大的锚杆。机械式锚杆的锚固机构本身是一个统一体，在安装锚杆时，锚固机构主要通过一个楔子系统在钻孔中进行轴向或径向相互错动而紧张在钻孔壁上。锚固机构通过摩擦连接将锚固力多数传递给岩层。机械式锚杆在安装时，多数产生预紧力。有时，甚至锚固机构必须直接依靠预紧力来固定。机械式锚杆的优点有：安装迅速，可即时达到承载力，可二次张紧，某些结构的锚杆还可以回收。其缺点是：钻孔中的锚固段较短，在高应力区容易导致岩层破坏和锚固剂松动，锚固力一般偏低，只能适用于中等稳定以上的岩层条件。机械式锚杆又可分为楔缝式锚杆、倒楔式锚杆和账壳式锚杆。1.楔缝式锚杆楔缝式锚杆主要由杆体、楔子、垫板和螺母等组成，如1-1所示。杆体直径包括18mm、20mm、22mm、25mm等规格，长度1200—1800mm；楔缝长150—250mm，宽2—3mm;楔子长130—150mm，宽18—25mm，上厚22—25mm，下厚3mm。1—杆体；2—楔缝；3—丝扣；4—楔子；5—垫板；6—螺母楔缝式锚杆的特点是：结构简单，设计锚固力为40KN，在中硬岩层中使用时，锚固力在40KN以上，加大锚头时锚固力为60—80KN。楔缝式锚杆一般适用于中等以上的硬质围岩，由于煤层一般强度低、稳定性差，因此在煤巷支护中较少采用楔缝式锚杆。2.倒楔式锚杆倒楔式锚杆主要由金属锚杆、铸铁活楔、固定楔、垫板和螺母等组成，如图1-2所示。杆体直径一般为14—18mm，锚杆全长1200—2300mm；铸铁活楔全150mm，宽28mm；固定楔长150mm，宽30mm。1—铸铁活楔（下楔）；2—固定楔（上楔）；3—杆体；4—垫板；5—螺母倒楔式锚杆的构造简单，不用冲击和锤击，安装简便，易于回收，装上后能立即发挥支护作用，可对围岩产生预压应力。但孔内为灌浆的倒楔式锚杆抗震能力差，在软弱和破碎围岩中锚固力较差。倒楔式锚杆锚杆锚固力为30—50KN。根据经验，固定楔与活楔装严后，研锚头横向上的最大尺寸应比钻杆大5—8mm，锚杆可以回收复用。带钩倒楔式锚杆比倒楔式锚杆性能好，安装容易，并能保证质量，设计锚固力为50—60KN，最大锚固力为90—120KN，对钻孔深度要求不严，可以回收复用，其结构如图1-3所示。1—楔块；2—带钩倒楔；3—杆体；4—垫板；5—螺母3.胀壳式锚杆胀壳式锚杆主要由胀壳、锥形螺帽、杆体、垫板和螺母组成，如图1-4所示。胀壳式锚杆的工作原理与楔缝式锚杆、倒楔式锚杆不同，它是靠旋转杆体，使锥形螺帽向下滑动，迫使胀壳向左右张开，楔嵌入钻孔岩壁，并随着杆体的继续转动，越楔越牢，锚杆所穿越的围岩受到挤压，自稳能力增加，变现受到控制。1—胀壳；2—杆体；3—垫板；4—锥形螺帽；5—钻孔；6—螺母7—连接片；8加焊尖角；9—三角阴螺纹；10—连接片槽涨圈式锚杆结构形式较多，多数较复杂，加工费较高。两瓣涨圈式锚杆结构相对简单些，锚固性能较好，设计锚固力为50—60KN，最大锚固力可以在100KN以上，对钻孔深度要求不严，可以收复用。对软硬岩层均能适应，可用在井下永久性工程。在回采巷道中也可以使用。两瓣涨圈式锚杆主要由杆体、楔形螺母、涨圈和垫板组成，如图1-5所示。杆体直径16—18mm，杆体一端加工螺纹，另一端锻制成24mm×24mm的方头；楔形螺母长28mm，上宽28mm，下宽20mm，楔角16°，中间车制M18螺纹；涨圈的两瓣圈片高72mm，用Φ2mm钢丝焊接成涨圈，直径34mm，高99mm。1—楔形螺母；2—涨圈；3—杆体；4—垫板二、管缝式锚杆管缝式锚杆的杆体由高强度、高弹性钢管制成或薄钢板卷成，沿管全长有一条开缝，管的上端是锥体，在管的下端焊有一个用钢筋制成的圆环。杆体壁厚为2—4mm，直径多为Φ35—Φ45mm（要求比钻孔直径大2—5mm），长度可根据需要加工，一般为1.6—2.0m，开缝宽度一般为10—15mm。当杆体被外力强压入钻孔后，开缝管被迫压缩，与孔壁之间产生径向挤压应力，使杆体牢固地胀撑在钻孔内。杆体与孔壁间的摩擦力便成为锚固力，并且是沿杆体全长分布的，其结构如图1-6所示。管缝式锚杆的抗拉拔力一般为60—100KN，单位长度上的实际锚固力很低，200mm长锚固段的锚固力仅为5—10KN,尤其是当锚杆发生锈蚀后锚固力更低。这种锚杆应用于煤巷顶板支护的可靠性差，因此我国一些煤矿已停止生产和使用这种锚杆。三、黏结式锚杆黏结式锚杆的结构简单，使用方便，锚固力大，可以增加锚固长度或进行全长锚固，进一步大幅度地提高锚固力，是较为理想的顶板锚固形式。1.钢筋、钢丝绳砂浆锚杆该锚杆利用水泥砂浆与锚杆的黏结力和砂浆与岩层的黏结而达到锚固岩层的作用。钢筋、钢丝绳砂浆锚杆的锚固力为50KN。当钢筋直径小于10mm时，可用一眼双筋（竹筋也可用一眼双筋），结构如图1-所示。（a）钢筋砂浆锚杆；（b）钢丝绳砂浆锚杆；（c）竹筋砂浆锚杆2.圆钢麻花锚头锚杆该锚杆一般采用A3圆钢加工而成，如图1-8所示。由麻花锚头、挡圈、杆体和锚尾组成，麻花锚头由圆钢的一端压扁后扭紧形成，在圆钢的另一端加工成作为锚尾，圆钢未经任何加工的部分为杆体，挡圈采用焊接的方式与杆体连接。常用的圆钢麻花锚头锚杆的技术规格如表1-1所列。锚杆的锚头部分通过锚固剂黏结在锚杆钻孔底部，锚固力在60KN以上。1—锚头；2挡圈；3—杆体；4—锚尾名称尺寸/mm偏差/mm杆体直径d14、16、18、20±0.35锚杆长度L1600—240010锚头顶宽bb=D（钻孔直径）－（4-6）锚头长度L1L1≥15d，但不小于240±5锚杆螺纹长度L2L2=80—100±5挡圈距锚头变形点的距离CC=10—50挡圈直径D1D1=D（钻孔直径）－（4—6）3.螺纹钢锚杆该锚杆是用螺纹钢钢筋加工而成的，其加工工艺为：首先在车床上将钢筋一端（长度80—100）外表面切削（或者用专用设备挤压）成直径符合要求的圆，然后在该长度上加工成符合国家标准的螺纹，其结构如图1-9所示。1—杆体及锚头；2—锚尾根据螺纹钢钢筋的横筋和纵筋的不同，螺纹钢锚杆可分为建筑螺纹钢锚杆、左旋右纵筋螺纹锚杆和右旋无纵筋螺纹钢锚杆。建筑螺纹钢锚杆杆体大部分为双向纹两筋螺纹钢，虽然螺纹钢能与锚固剂有较好的结合，但在安装锚杆时，杆体纵筋半径大于杆体螺纹钢旋转半径，造成杆体螺纹不能与树脂胶体紧密结合，不能产生较强的握裹力。同时，双向螺纹不利于锚固剂充填密实，因此降低了锚固强度。针对双向螺纹钢存在的缺陷，将锚杆杆体专门轧制成单向无纵筋螺纹钢，取消纵筋，单向螺纹为左旋方向螺纹，与锚杆注入时旋转方向一致。在旋转注入锚杆，利用锚杆搅拌树脂药巻时，在单向左旋螺纹的旋转作用下，产生强有力的压力向深部推进。在此压力的作用下，呈液体状态的树脂锚固剂可以充填孔中裂隙及排出孔中污水，从而增加锚固剂与锚杆杆体之间的握裹力，以及锚固剂与岩体之间的黏结力，可以有效地提高锚杆的锚固力。单向左旋无纵筋螺纹钢锚杆可以用于各类矿山及地下工程，特别适用于煤巷锚网支护，取得了较好的技术经济效果。4.精轧右旋螺纹钢锚杆为了使锚尾极限承载力不低于锚杆杆体部分的承载力，20世纪80年代美国出现了精轧右旋螺纹钢锚杆，我国也很重视此类锚杆的研究。这种锚杆是由精轧右旋螺纹钢钢筋配合特制螺母制成的，它不需要像普通螺纹钢锚杆那样专门加工锚尾，保证了锚杆整个长度上强度的一致性，解决了普通锚杆锚尾承载能力低于锚杆杆体的矛盾。但是，这种锚杆在技术经济上也存在着难以克服的缺陷，主要表现为以下几方面：①锚杆外表面为右旋螺纹，在搅拌树脂锚固剂时容易将树脂退出，造成锚杆孔底200mm长度的锚杆树脂锚固剂的缺失，不能有效地与围岩锚固在一起，实际上大大降低了设计的锚固长度。②经钢筋轧制形成的螺纹精度不能满足螺纹与螺母的紧密配合，而且螺纹升角过大，螺母不易拧紧，且拧紧后也容易松动。③为了形成可以直接安装螺纹的钢筋，钢筋必须精轧。在增加了杆体成本的同时，又因螺母必须使用非标产品，厚度的质量都较大，成本较高。这种锚杆曾经在全国很多矿业集团公司试用过，但因为技术上的缺陷目前没有被推广应用。5.内注浆锚杆内注浆锚杆是采用焊接管或无缝钢管制作成锚杆，同时利用锚杆兼作注浆管，对巷道围岩进行注浆，可加固巷道周边的破裂岩体，提高围岩的自承能力，改善破裂岩体的结构及力学性能，最大限度地发挥锚杆的锚固作用，使用于不稳定围岩的锚固。根据内注浆锚杆结构形式的不同，可将内注浆锚杆分为多种类型。⑴可控压注浆锚杆（图1-11）1—进浆管；2—逆止阀；3—锚固螺母；4—托盘；5—止浆塞；6—锚杆杆体；—活塞；8—分浆塞；9—弹簧；10—锚固剂挡板；11—锚杆杆尾；12—倒楔这类锚杆的材料可使用无缝管或焊接管加工，它主要用于需要初锚力，需要控压注浆的掘进工作面（如断层破碎带、淋水带，超前锚杆注浆段），不需或不能喷射混凝土的巷道加固。⑵普通内注浆锚杆（图1-12）这类锚杆与普通锚杆配合使用，可以不控压，无需初锚力，因此其结构非常简单，主要由一带螺纹杆体并钻有小孔的钢管构成，一般采用焊接管制成，杆体强度40—50KN。止浆除用止浆塞外，还可用快硬水泥药巻或水泥水玻璃胶泥等。当要求的注浆压力不高，且是加固巷道两帮时采用这类锚杆。⑶端锚内注浆锚杆（图1-13）这类锚杆是在普通内注浆锚杆的杆尾增加一端锚装置，如水泥药巻端锚、树脂药巻端锚、倒楔式端锚等形式。这种锚杆主要用于需要初锚力，且注浆压力较大的巷道，一般采用无缝钢管制作，杆体强度50—0KN。在实际应用中，因可控压内注浆锚杆结构较复杂而较少采用，而普通内注浆锚杆和端锚内注浆锚杆在各类不稳定岩巷及煤巷中均得到较好的应用。⑷外锚内注式注浆锚杆（图1-14）这种锚杆采用空心式快硬锚固剂套在锚杆杆体的锚固段外面机械锚固，制作工艺简单，很好地解决了高压浆液的泄漏问题，而且封孔材料起到了一定的锚固作用。1—杆体；2—托盘；3—压紧螺母；4—螺纹丝扣；5—挡环；6—射浆孔；—钻孔；8—环形密封锚固圈⑸内锚外注式注浆锚杆根据内锚外注式注浆锚杆的结构与加工材料的不同，可分为普通圆管内锚外注式注浆锚杆静儿高强度内锚外注式注浆锚杆两类。普通圆管内锚外注式注浆锚杆的结构如图1-15所示，杆体采用1／2英寸的焊接管制成，其外径21.3mm，内径15mm，杆尾砸扁并制作成锥形，以便于注浆后加大锚固力。高强度内锚外注式注浆锚杆的结构如图1-16所示，采用高强度螺纹钢制成，杆尾钻有注浆孔，既能实现注浆和锚固，又能显著提高锚杆的强度，因此可获得较好的支护效果。1—杆体；2—螺母；3—封孔挡环；4—注浆孔；5—出浆孔6.可回收锚杆可回收锚杆为两端式，如图1-1所示，它由锚固段、杆体和丝套组成。锚固段和杆体均为Φ20mm的螺纹钢（或圆钢）制作。锚固段长400mm，一端车制成M20的标准螺纹；杆体两端均车制成M20的标准螺纹，杆体长度一般为1400—2000mm，具体可根据需要确定。(a)锚固段；(b)锚杆杆体；(c)丝套药巻式可回收锚杆在使用操作及支护效果等方面完全等同于普通端锚式树脂锚杆，具有普通树脂锚杆的优点。同时，；药巻式可回收锚杆应用于平巷的工