锚杆支护课件4.11午

锚杆支护（包括：锚喷、锚网、锚索等支护方式）主讲人：王奎主要内容一、锚杆支护的原理、分类二、锚杆支护设计依据、要点三、锚喷、锚网和锚索支护概述四、锚杆支护施工要求、施工质量检测五．《煤矿安全规程》关于锚杆支护的有关规定一、锚杆支护的原理、分类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。（一）、锚杆支护作用机理1、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。2、组合梁理论机理：将锚固范围内的岩层挤紧，增加各岩层间的摩擦力，防止岩石沿层面滑动，避免各岩层出现离层现象，提高其自撑能力；将巷道顶板锚固范围内的几个薄岩层锁紧成一个较厚的岩层（组合梁）；在上覆岩层载荷的作用下，这种组合厚岩层内的最大弯曲应变和应力都将大大减小，组合梁的挠度亦减小。缺点：将锚杆作用与围岩的自稳作用分开；随着围岩条件的变化，在顶板较破碎、连续性受到破坏时，组合梁也就不存在了。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。3、组合拱（压缩拱）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，只要锚杆间距足够小，各个锚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。1．钢筋或钢丝绳砂浆锚杆钢筋或钢丝绳砂浆锚秆是全长锚固型锚杆。设计锚固为30～50KN。（二）、锚杆的结构类型2．全属倒楔式锚杆此种锚杆由杆体、固定楔、活动倒楔、垫板和螺帽组成，如图5-6所示。这种锚杆属端头锚固型，安装后可立即承载，可回收。锚固力达40KN左右。常用于围岩比较破碎，需要立即承载的地下工程。3．木锚杆普通木锚杆和压缩木锚杆4.树脂锚杆用树脂为粘结剂，在固化剂和加速剂的作用下，将锚杆的头部粘结在锚杆孔内。端头锚固型树脂锚杆是由树脂药包和杆体组成(图5-7)。使用115型树脂锚固剂，可在3～5min内凝胶达到很高的锚固强度，15min后即可套上垫板紧固螺帽。使用82型锚固剂，可在15～60s内凝胶，5min后锚固力可达40KN以上，可满足5min上垫板拧紧螺帽的要求。此类锚杆可分为等强锚杆和非等强锚杆5．快硬水泥锚杆（不常用）快硬水泥锚杆的杆体结构与树脂锚杆相同，是端头锚固型锚杆。目前常用的胶结材料有国产定型早强水泥和双快水泥按一定比例混合而成。使用前需浸水2～3min，在锚杆孔内经杆头搅拌，12min后锚固力开始增长，lh后锚固力可达60kN左右。适用于围岩自稳时间超过12min的各类永久性地下工程。配合先喷后锚，在软岩中亦可应用。6．快硬膨胀水泥锚杆（不常用）快硬膨胀水泥锚杆是用快硬膨胀水泥卷代替树脂药包，对锚杆杆体进行端头锚固的一种锚杆。锚杆杆体用φ14㎜或φ16㎜钢筋做成，头部的前端焊一φ38～40㎜的阻挡垫圈，另一端车有螺纹。7．管缝式锚杆管缝式锚杆又称开缝式或摩擦式锚杆，它是采用高强度钢板卷压成带纵缝的管状杆体外径38.1㎜，用凿岩机强行压入比杆径小2～3mm的锚孔，为安装方便，打入端略呈锥形。由于管壁弹性恢复力挤压孔壁而产生锚固力，属全长锚固型锚杆。对地层横向错动，有良好适应能力，钻孔变弯曲，锚固得更牢。这种锚杆的成本较高，不能回收复用，但锚固性能好，锚固力大。8．可伸缩式锚杆（不常用）⑴结构可伸缩式锚杆。这种锚杆是对杆件、内锚头、外锚头及托板等构件采用特殊结构实现可伸缩的目的。⑵杆体可伸缩锚杆用优质钢材，并对材料进行专门加工处理，可制成较大延伸率的锚杆杆体。9.其它锚杆胀裂式速效预应力锚杆（不常用）玻璃钢锚杆中空自钻式锚杆（不常用）玻璃钢锚杆二、锚杆支护设计依据和要点锚杆支护参数确定⑴按悬吊理论确定支护参数1）锚杆长度锚杆长度的计算公式为：L=L1+L2+L3式中：L1为锚杆外露长度，一般L1=0.1～0.15m。对于端头锚固型锚杆，L1=垫板厚度+螺母厚度+（0.03～0.05）m；对于全长锚固锚杆，还要加上穹形球体的厚度。L2为锚杆有效长度。L3为锚杆锚固段长度，一般端锚L3=0.3～0.4m，由拉拔实验确定；当围岩松软时还要加大。对于全长锚固锚杆，锚杆的有效长度则为L2+L3。有效长度L2，有以下几种确定方法：①当直接顶需要悬吊而它们的范围易于划定时，L2应大于或等于它们的厚度。②当巷道围岩存在松动破碎带时，L2应大于巷道松动破碎区高度hi，hi可按下式确定：式中，RMR为CSIR地质力学分级岩体总评分；B为巷道跨度。③一般还可按L2=KH进行计算，H为软弱岩层厚度（或冒落拱厚度），m；K为考虑软弱岩层变化的安全系数，一般取1.5～2。软弱岩层H的确定是根据地质资料，实测或经验估计，冒落拱高度是按下式估算，即2）锚杆杆体直径锚杆杆体直径根据杆体承载力与锚固力等强度原则确定，即式中，d为锚杆杆体直径，㎜；Q为锚固力，由拉拔实验确定，KN；σt为杆体材料抗拉强度，MPa。3）锚杆间、排距锚杆的间距，排距计算，通常间、排距相等，取为a，并根据锚杆的锚固力应等于或大于被悬吊岩石的重量的原则确定，即：式中，γ为岩石体积力，KN/m3。⑵按挤压加固拱理论计算锚杆参数它不要求锚杆伸入坚固岩层中。这样锚杆长度和间距之间必须满足某种关系，才能形成一定厚度的挤压加固拱，以支承地压，按照挤压加固拱理论，加固拱厚度与锚杆长度和间距之间的关系可按下式b——加固拱厚度，m；L——锚杆的有效长度，m；α——锚杆在松散体中的控制角，度；a——锚杆的间距。根据上式，如果按常用锚杆1600～1800㎜和间、排距500～700㎜，则加固拱厚度将为1000～1200㎜，相当于2～3层料石碹拱的厚度。2、锚杆的布置根据围岩的性质，锚杆可排列成方形、五花形等。方形适用于稳定的岩层，梅花形适用于稳定性较差的岩层，其布置如图5—20所示。锚杆的锚入方向，应与岩层面或主要裂隙面成较大的角度相交，尽可能与其正交；层面与裂隙面不明显时，锚杆应垂直于巷道周边锚入。三、锚喷、锚网和锚索支护1、锚喷支护锚杆和喷射混凝土虽各自有优点，但也有不足之处。锚喷联合支护，恰能使两者取长补短，互为补充，是一种性能更好的支护形式。锚喷支护图示例2、锚网支护锚网支护是将金属网用托板固定或绑扎在锚杆上所组成的支护形式。金属网用来维护锚杆间的围岩，防止小块松散岩石掉落，也可作为喷射混凝土的配筋。被拉紧的金属网还能起到联系各锚杆组成支护整体的作用。常见的金属网有金属菱形网、经纬网，一般采用直径3～4㎜的铁丝编制而成，一般采用镀锌铁丝，由于金属网消耗钢材较大，目前正在使用具有一定抗拉强度和延伸率的玻璃钢纤维或塑料网代替。锚网支护梯形巷道锚网支护拱形巷道3、锚喷网联合支护喷射混凝土能有效的控制锚杆间的石块掉落，但其本身是脆弱的，当岩石变形大时，容易开裂剥落。解决办法之一就是喷射混凝土之前敷设金属网，喷后成钢筋混凝土层，提高了混凝土的整体性，改善了喷层的抗拉性能，这就形成了锚喷网联合支护，能有效的支护松散破碎的软弱岩层。金属网用钢筋直径一般为6～12㎜，钢筋间距一般为200～400㎜。4、锚网带支护锚网带支护由锚杆、钢带及金属网组成。钢带是用扁钢或薄钢板制成，为了便于锚杆安装，在钢带上预先钻好孔，钻孔形状为椭圆形，钻孔直径应由相应锚杆直径确定。也可采用钢筋梯代替钢筋带。5、锚索支护锚索支护是根据矿山压力中煤层顶板是板块原理的假说,让锚索直接打在不冒落的老顶上,然后利用锚索30t的预应力提前把直接顶吊住,来维护巷道,减少顶板下沉量和破坏程度。锚索是锚杆的发展和延伸，其材料一般采用既有一定刚度又有一定柔性的钢铰线制作，长度可达10m甚至20m以上，抗拔力可达几百kN，是地下大断面巷道、硐室，以及岩层有软弱夹层时的有效支护手段。预应力锚索一般由锚固段、自由段和张拉端三部分组成。锚固段是锚索锚固在岩体内提供预应力的根基；自由段式连接锚固段与张拉端的锚体部分；张拉端是锚索位于孔口的外露部分。锚索支护图示例四、锚杆支护施工要求、施工质量检测（一）、支护材料（以沈煤集团西马煤矿中厚煤层为例）1、顶板使用∮20mm螺纹钢等强锚杆，锚杆长2.0m，锚深1.9m，间排距为0.8×0.9m；2、顶板使用∮15.5mm钢铰线锚索，锚索长9.0m，锚深8.7m，沿巷中布置3-3方式，间排距为1.2×1.8m；3、巷帮使用∮20mm螺纹钢等强锚杆，锚杆长1.80m，锚深1.70m，间排距为0.8×0.9m；4、柔性钢带采用∮8mm以上钢丝绳制成，长4.2m，眼距0.8m；金属网规格为1.1×10m；5、锚杆托盘厚度不小于8mm，锚索托钢使用矿工钢制作；6、树脂锚固剂使用数量：顶板完整无节理时，锚杆使用1个锚固剂，锚索使用3个锚固剂；若顶板遇断层、节理、破碎及煤帮松软时，锚杆使用2个锚固剂，锚索使用4个锚固剂；（二）、打锚杆、锚索眼方法打眼前要先敲帮问顶，确认安全后方可开始工作。眼位要准确，误差±100mm。眼深度应与锚杆或锚索长度相匹配。（三）、安装锚杆、锚索程序把树脂锚固剂送入眼口，先用锚杆或锚索顶住树脂锚固剂推至眼底，再用凿岩机或锚杆钻机进行旋转搅拌，时间为8-15秒，直至达到设计深度。搅拌后要等待40秒钟再取下凿岩机或锚杆钻机，而后安装托盘，紧固螺母或托钢锁具。锚杆或锚索眼打完后立即进行安装，其顺序由外向里逐排进行。（四）支护质量保证措施1、锚杆或锚索打设角度必须尽量与岩层层面或巷道轮廓线垂直布置。控制好锚杆或锚索锚深，保证顶锚杆外露长度大于40mm，小于60mm；帮锚杆外露长度大于20mm，小于50mm，螺母必须拧紧，锚索外露长度不大于350㎜；锚杆（索）误差角度±5°。锚杆间排距误差±100mm。2、施工期间锚索托体使用矿工钢，沿前掘方向布置，保证巷道托钢上线。3、安装顶及帮锚杆时必须使用套头，确保树脂锚固剂得以充分搅拌，锚固力达到规定要求，锚杆、锚索打设完后必须及时紧固、锁牢。4、顶网及帮网全部要沿巷道断面铺设并且金属网必须拉直绷紧，贴紧帮顶，网间压茬范围在100mm～200mm之间，网间压茬用12#或14#铁线均匀扭结牢固，其扭结间距不大于300mm。5、柔性钢带紧贴顶板拉紧，锚杆或锚索必须在柔性钢带固定位置内打设。柔性钢带安装时，扭距＜100mm。（五）锚杆锚索支护施工的安全技术措施1）施工期间，必须设专人经常检查工作面及已掘巷道锚杆、锚索的支护情况，如发现托盘变形、托盘未接实帮顶，锚杆、锚索失效等情况，要及时在其周边200mm以内补打锚杆、锚索。2）打锚杆或锚索眼、安装锚杆或锚索期间，施工人员要避开钎杆、锚杆或锚索可能下滑坠落的范围。3）进行锚杆拉力试验期间，施工人员必须避开拉拔器缸体可能坠落的范围，若拉拔发现有不合格锚杆及时按规定进行补打。4）打顶锚杆时工作人员必须站在安全地点，由外向里、由中间向两边进行打设，如前探梁占据锚杆位置，可以先打完其它锚杆后，退出前探梁再打剩余锚杆，必须是打完所有顶锚杆后，再打帮锚杆。5）在打锚杆、锚索眼过程中，必须注意