教学设计锚杆操作工培训精品教案Word文件下载.docx

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向围岩稳定性差的回采巷道发展

三、引进和消化阶段（1996—1997年）

引进国外技术,推动我国煤巷锚杆支护技术的发展和提高

在引进、吸收和消化的基础上,结合我国具体情况,集中现场、科研院所及大专院校等多方面的优势,经过两年大规模研究和试验,初步形成了适合我国煤矿条件的煤巷锚杆支护成套技术

四、推广和提高阶段（1998年至今）

国内各大矿区广泛推广应用,取得了显著的技术经济效益

煤巷锚杆支护的比例已达到30%以上,少数矿区已超过80%。

第二章、煤巷锚杆支护作用机理

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。

（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。

（2）组合梁理论

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。

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。

（3）组合拱（压缩拱）理论

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。

一般不能作为准确的定量设计。

（4）最大水平应力理论

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。

直观性较差。

第三章、锚杆钻机及支护材料

一、锚杆钻机的分类：

锚杆钻机按结构分为单体式、钻车式、机载式；

按动力分为电动式、气动式、液压式；

按破岩方式分为回转式、冲击式、冲击回转式、回转冲击式。

到目前为止，我国已开发了30多种型号和不同类型的锚杆钻机，但适于井下使用且可靠性较好的只有3～4种产品。

另外，还有许多煤矿在锚杆支护施工中大量使用的还是传统气动凿岩机与煤电钻，这不利于安全、高效作业。

1、气动冲击式锚杆钻机

基本情况：

气动冲击式锚杆钻机基本以双级气腿式为主，因其结构较成熟，可以在坚硬岩石上钻进。

尽管在某种岩石条件下的凿岩速度低于回转式，且噪声颇高，仍被相当多地应用于锚杆支护。

条件限制：

国产气动锚杆钻机已基本能代替进口产品。

但煤矿井下压缩空气系统的输送管道距离长，井下气动设备多，工作面气体工作压力偏低，常常在0.4MPa以下，使钻机性能与钻进速度都比0.63MPa压力下下降30%以上，影响锚杆孔钻进的效果，特别是在坚硬岩石与深孔作业条件下，钻进作业更加困难。

2、液压锚杆钻机。

基本情况:

该机型输出的扭矩高于气动锚杆钻机，在某些场合下应用较好，特别是与掘进机配套是较优越的工作方式。

从目前已正式投入使用的支腿式液压锚杆钻机来看，钻机输出扭矩仍然偏低，液压系统容易发热。

由于以矿物油为工作介质，在煤矿井下使用中存在安全隐患。

液压锚杆钻机的输出扭矩比气动锚杆钻机大，但是，有的产品扭矩值偏低，扭矩低于60N.m，加上管路压力损失，井下钻进无力。

有的产品液压系统温升过高，连续运转2h后系统温度升至65℃以上，性能急剧下降。

若保持工作压力不变，转速下降率达50%以上。

有的产品性能尚好，虽然液压系统温度高于65℃，性能下降率不到20%，但过高的温度易使工作液变质，密封件容易早期失效。

3、电动锚杆钻机的输出特性较差，实际钻孔速度较低，电机可靠性及防水性能存在严重问题，尚无良好的推进方式。

另外，电动锚杆钻机扭矩特性不好，有的产品过载能力不到额定值的2倍，不能满足锚杆孔钻进时需克服相当于额定扭矩2.5倍左右的阻力矩的要求，产品固有可靠性不高，因此电动锚杆钻机尚未正式在井下成批使用。

与锚杆钻机配套的钻具，因破岩方式不同而不同，总的来说有回转类破岩钻具、冲击类破岩钻具以及回转冲击类破岩钻具。

煤矿锚杆钻机多为回转式，所以回转式钻头也比较流行。

为配合推广小直径树脂锚杆，钻头采用27～29mm的回转钻头，其结构类型多为两翼对称、两翼不对称和两翼连筋式，可供钻进不同性质岩石时选用。

目前，硬质合金仍是钻头采用的主要材料。

钻头型式与国产硬质合金片的性能，影响钻头的应用范围。

目前，普通硬质合金的岩石钻头主要适用于页岩、砂页岩及部分砂岩（磨蚀性不高的砂岩），寿命为30m左右。

高于常规钻头价格50%的国产优质合金钻头，可以钻进抗压强度60～80MPa的中等磨蚀性岩石，寿命可达25～30m.然而，相当多的生产厂家因受经济利益驱动，不按标准要求组织生产，硬质合金质量低劣，工艺技术不高，产品寿命只有10～20m.甚至5-10m.

钻杆由B19或B22（少数）六角中空钢加工。

经多年联合攻关，我国锚杆钻头和钻杆已能初步满足一定条件下锚杆支护的需要。

二、锚杆类型

1、机械式锚杆

机械式锚杆是使用最早、结构多样、数量较大的锚杆主要类型。

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张紧在钻孔壁上。

锚固机构通过摩擦连接将锚固力大多传递给岩层。

机械式锚杆在安装时，大多都产生预紧力。

有时，甚至锚固机构必须直接依靠预紧力来固定。

机械式锚杆的优点是，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区松动；

因此，它主要用于强度较高的岩层。

2、管缝式锚杆

管缝式锚杆的杆体，由高强度、高弹性钢管或薄钢板卷成。

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35-45mm（要求比钻孔直径大2-5mm），长度可据需要加工，一般为1.60-2.0M；

开缝宽度一般10-15mm为宜。

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，使杆体牢固的胀撑在钻孔内；

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。

管缝式锚杆具有锚固可靠、安装方便且易于实现机械化操作；

即可实现全长锚固、又有较大预应力和滑移让压特性。

3、粘结式锚杆

粘结式锚杆是通过粘结剂来取代锚固机构。

粘结剂注入钻孔内，凝固后可将杆体粘固在钻孔中。

锚杆锚固力向岩层的传递，主要是通过粘结的形式，而不是向钻孔壁通过机械或摩擦胀固等施加的挤压力。

粘结式锚杆的优点是，它能在较深的钻孔中显示出很好的粘着力，而且可以不可压缩的传递很大的力。

由于它在锚固岩层时，并不产生特别的接触压力，所以对岩层强度无特殊要求，从而也可在松散岩层中成功的使用。

4、高强锚杆

锚杆的结构主要由螺纹钢杆体、穹形球体、塑料增压垫圈、驱动螺母、托盘和树脂药卷等组成。

三、锚固剂

我国煤矿中主要使用的锚固剂是树脂和快硬水泥两种类型。

这两种类型的锚固剂在如下几个方面的性能具有十分显著的差别。

（1）固化时间

超快型树脂锚固剂的凝胶（初凝）时间为0.5-1.0钟，快硬水泥锚固剂的凝胶（初凝）时间为3-5分钟。

这就意味着使用树脂锚固剂更能及时地支护围岩，保证顶板安全和稳定。

（2）不同时期的抗压强度

超快型树脂锚固剂在锚杆安装5分钟后强度就可达到21MPa，相当其最终强度的30%左右;

半小时后的强度大于35MPa。

各种类型树脂锚固剂在1天后的强度便可超过60MPa，达到最终强度的80%以上。

快硬水泥锚固剂的早期强度则很低，锚杆安装5分钟时强度几乎为零;

半小时后的强度为4.3-4.6MPa，一小时后的强度也仅为8-10MPa；

7天以后抗压强度仅可达到树脂锚固剂强度的一半左右。

树脂锚固剂的强度性能比快硬水泥好得多，尤其是在早期强度方面树脂锚固剂有更大的优越性。

（3）锚固力

树脂锚固和水泥锚固相比最大的优点是锚固力大。

根据邢台矿务局葛权、东庞，邢台等矿煤巷数百根锚杆拉拔力试验对比分析，树脂锚杆的拉拔力一般比使用水泥锚固剂大2.7-4.2倍。

使用CK型树脂锚固剂时，15-25分钟时的锚固力就是用水泥药卷1天后的锚固力的2.7倍左右，这对于及时加固围岩具有重要意义。

（4）可靠性

使用树脂锚固剂时锚杆一般使用机具安装，安装质量容易保证，所以每根树脂锚杆的锚固力通常都能达到设计能力。

使用快硬水泥锚固剂的锚杆安装都是手工作业，许多工序（例如浸水时间、捣固药卷等）的施工质量不好控制，很难保证锚杆安装质量。

根据实测结果，水泥药卷锚固时各根锚杆的锚固力相差很大，达不到设计锚固力的锚杆往往占较大比例

锚杆支护形式：

（1）单体锚杆支护

（2）锚网支护

（3）锚梁（带）支护

（4）锚梁（带）网支护

（5）锚梁（带）网、锚索支护

（6）锚棚支护

（7）锚网、喷等联合支护。

第四章、锚杆钻机操作安全技术措施

（一）、基本规定

1、施工锚杆眼前，必须仔细检查钻具、电缆、管路，确保完好。

2、施工锚杆时必须派专人观山，且保持退路畅通，随时注意帮顶情况，支设锚杆机必须将顶锥立于实底，防止滑移，严禁将顶锥立于溜子中或其他物件上。

3、锚杆机右侧手把必须用Φ6.5mm2及以上钢丝绳固定，钢丝绳的另一端必须固定在距锚杆机一定距离的锚杆托盘上，且钢丝绳两端必须用两个以上的绳卡卡死后方可使用锚杆机。

4、钻眼前，要检查顶板安全情况，及时处理片帮、伞檐、活石等不安全隐患。

在临时支护下施工锚杆。

5、用锚杆机进行钻眼工作时，必须检查设备完好情况，并检查连接头是否牢固可靠，并注油试运转，保证钻机处于完好正常。

6、操作锚杆机打锚杆时，严禁戴手套，工作服袖口必须扎好，防止钎杆转动而扭转伤人。

打眼扶钻人员，要躲开眼口方向，站在钻机侧面，各操作人员要相互配合，根据岩石硬度，恰当控制锚杆机速度，以免折断钎杆或损坏其他部件伤人，当出现卡钻时，操作人员要立即停钻并降下锚杆机后重新施工，严禁强行操作锚杆机。

7、打眼后要做到“一净二齐”。

一净：

掘进工作面的锚杆机，管路撤干净。

二齐：

撤出的管件要盘放整齐，撤出的钻具要擦拭干净，存放整齐。

8、站在高处操作时，要站在合适的位置，并要站稳，双手操作，双腿叉开，操作过