煤矿井下锚杆支护知识原理和锚杆索计算及支护设计公式文档格式.docx
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7、挤压连接作用
锚杆将巷道锚栓挤紧,对岩石施加预应力,以平衡岩石内所产生的张拉力,阻止裂隙的继续扩人,而且对于松散岩石也能起到挤压连接作用。
上述几种锚杆支护作用并非是孤立存在的,实际上是相互补充的综合作用,只不过在不同地质条件下,某种支护作用占的地位不同而已。
二、锚杆支护作用机理分析
巷道开掘以后,由于受掘进工作面迎头及两帮的支撐,顶板下沉和变形很小。
此时安装锚杆,其主要作用是控制顶板浅部岩层的离层、滑动。
锚杆安装越及时,预应力越人,则锚固范围内岩层的整体刚度越高,岩层处于压缩状态,岩层间不发生离层和弯曲变形等有害变形,岩层的完整性和整体强度得到保持。
相反,如果锚杆没有预应力,则只有当岩层产生一定变形时锚杆才有载荷,显然不能控制在这以前顶板岩层的离层和错动,导致顶板从浅部向深部逐渐离层、破坏,失去完整性与稳定性。
预应力太小也不能起到有效约束顶板离层的作用。
如果锚杆安装不及时,较人范围内的岩层已产生离层、滑动,岩层承载能力丧失很大,再打锚杆,支护效果效果会受到明显影响。
综上所述,提出锚杆支护机理的要点为:
(1)锚杆支护主要作用在于控制锚固区围岩的离层、滑动、裂隙张开、新裂纹产生等扩容变形与破坏,尽量使围岩处于受压状态,抑制圉岩弯曲变形、拉伸与剪切破坏的出现,最人限度地保持锚固区圉岩的完整性,提高锚固区围岩的整体强度和稳定性。
(2)在锚固区内形成刚度较大的次生承载结构,阻止锚固区外岩层产生离层,同时改善围岩深部的应力分布状态。
(3)为了实现上述支护效果,锚杆支护系统的刚度十分重要,特别是锚杆预应力起着决定性作用。
根据巷道围岩条件确定合理的锚杆预应力是支护设计的关键。
当然,较高的预应力要求锚杆具有较高的强度。
(4)锚杆预应力的人小对支护效果非常重要,锚杆预应力的扩散同样重要。
单根锚杆预应力的作用范围是很有限的,必须通过托板、钢带和金属网等构件将锚杆预应力扩散到离锚杆更远的围岩中。
特别是对于巷道表面,即使施加很小的支护力,也会明显抑制围岩的变形与破坏,保持顶板的完整。
因此,钢带、金属网等护表构件在预应力支护系统中发挥重要的作用。
(5)鉴于锚杆支护的上述作用,锚杆支护应尽量一次支护就能有效控制围岩变形与破坏,避免二次支护和巷道维修。
三、锚索支护作用机理分析
锚索作为锚杆的一种,从加固拱理论上讲,它能使更人直径的巷道围岩成为一个整体,使其具有更强的承载能力;
从悬吊理论上讲,它更有把握围岩悬M于稳定的老顶屮,确保巷道支护的可靠性。
锚索与锚杆相比,具有锚固深度大、可施加较大的预紧力等诸多优点,是困难巷道工程支护加固不可缺少的重要手段。
锚索的作用主要有两方面:
其一是将锚杆支护形成的次生承载结构与深部围岩相连,提高次生承载结构的稳定性,同时充分调动深部围岩的承载能力,使更人范围内的岩体共同承载;
其二是锚索施加较人的预紧力,可挤紧和压密岩层中的层理、节理裂隙等不连续面,增加不连续面之间的抗剪力,从而提高围岩的整体强度。
①20mm的等强螺纹钢锚杆的锚固力130KN,抗拉载荷156KN;
锚索015.24mm的锚索锚固力不低于200KN,最低抗断载荷为260KN。
所以,锚索无论从锚固力及材料的破断力上讲,都远远优于螺纹钢锚杆。
四、锚杆支护技术管理规定
第3条锚杆的锚固方式
1、端锚:
树脂锚固段长度鼻350伽。
2、加长锚:
树脂锚固段长度700mmo
3、全锚:
树脂锚固段长度2锚深的80%;
水泥锚固段长度为锚深的100%o
一般情况下应采用;
III〜V类煤巷顶板和深部全岩巷道严禁使用端锚。
6、锚杆布置一般要沿巷道轴线方向的岩面上成菱形排列。
锚杆间排距一般在600〜1200mmo要在作业规程中明确规定。
顶板靠巷道两帮的锚杆,必须向巷道两帮倾斜,锚固端距各自邻近帮距离不小于0.5m并与钢带连接;
巷道两帮肩角锚杆距顶板不大于400mm,倾斜角度根据顶板倾角调整,保证锚固端在顶板岩石中;
巷道两帮最下一排锚杆距巷道底板不大于300mm(回采顺槽起底掘进,煤层底板为坚硬岩石时,最下一排锚杆锚至煤层底板岩石,距巷道底板不大于600mm),并向下倾斜,与水平线呈10°
〜30。
夹角,锚固端位于底板岩石中。
肩角锚杆一般比正常使用锚杆长200mm。
第8条煤巷锚杆支护质量监测和检查验收
1、煤巷锚杆支护质量监测
⑴锚杆锚固力检测
1201南综掘机存放嗣室断而图
单位:
mm比例:
1:
50
说明:
1、S掘=U.2m;
S净=93m;
J钢常(1200X250X5imi)配菱形网、0>
20>
^25001・全螺<
«
等强锚
杆支护顶板:
两帘采用O20XL2500nim全螺纹钢等强備杆配“WFq带及菱形网支
3.锚村排距为0・8米。
K止常施工时毎隔2・lm住巷道顶板偏匕帮
200nim施工1根锚索.锚索打在两顶板钢带中间.严禁打住顶板钢带匕・锚索丽迎头只大不超过30米。
①锚杆必须按规定做拉力实验。
在井下做锚固力实验时,必须有安全措施。
试验数量,巷道每成巷30-50m或每300根(含300根以下)抽样一组(5根)进行检查。
②巷道内的锚索毎20根抽检2根,锚索锚固力用张拉油缸进行检测。
巷道交岔点和恫室的锚索视其支护状况确定是否需要检测,由分管矿长或分管副总确定。
③锚固力合格条件:
被检查所有锚杆均应符合要求。
其中有1根不合格,继续抽样检查,若再不符合要求,由矿分管矿长组织分析锚杆质量不合格原因,并采取补充加强支护措施进行处理。
④拉拔试验后,应及时重新拧紧螺母;
如果锚杆失效应及时补打锚杆。
⑵螺纹钢锚杆扭矩检测
对当班新打锚杆和迎头10米范围内锚杆,必须进行扭矩检测。
每小班抽样一组(5个)做螺母扭矩的检验,使用扭矩扳手,每个螺母拧紧力矩应不小于400N•ni,埋深大于600米的深部巷道锚杆预紧力<5TO如果其中一个扭矩不合格,将扭矩不足的螺母重新拧紧;
有2个以上不合格,应将所有螺母重新拧紧一遍,螺母还应每月检查一次,对松动的螺母要拧紧。
使用新型锚杆时,扭矩及初锚力符合设计要求。
⑶螺纹钢锚杆检测
每月随机抽样一组(5根)锚杆送检,一组不合格再抽样一组;
若再不合格,分析原因,并按规定对有关责任单位和人员进行处罚。
(4)锚杆安装质量检查
①螺纹钢锚杆外露长度符合规定。
锚索外露长度不大于200mmo
②锚杆角度:
巷道各部位锚杆角度要符合设计要求。
⑸锚固剂安装位置监测
①每条锚杆安装时,在未上托盘之前,必须进行锚固剂位置检查,并填写在班质量检查记录中。
②矿旬检、月检时也必须对锚固剂位置进行抽查。
每次抽查不少于5根。
2、检查验收有关规定
⑴锚杆安装班次、人员要有明显标记,并记录于工程档案中。
⑵工区实行班验收制度,矿实行旬检查、月验收制度。
检查验收结果纳入巷道工程档案管理,进行巷道工程质量和巷道保修制考核。
⑶锚杆支护巷道须配齐20或30吨锚杆拉力计,并根据所使锚杆种类配齐拉杆。
同时,还应根据锚杆直径,配齐锚杆扭矩搬手。
⑷煤巷锚杆支护巷道顶、帮基本支护形式、锚杆类型、锚杆直径、锚杆长度、锚固力、锚固形式等要符合附表1要求,否则该巷道工程质量视为不合格。
(5)凡因无质量标准化检查工具造成锚固力、锚杆扭矩无法检查的,锚固力和锚杆安设质量视为不合格。
(6)使用不合格锚杆支护材料的巷道工程,其巷道工程质量视为不合格。
⑺分管矿长、副总及专业管理人员必须按规定对锚杆锚固力等进行抽测,并填表备查。
第三节锚喷支护
第9条锚喷支护设计
1、锚喷支护形式有四种:
⑴锚喷支护;
⑵锚网喷支护;
⑶喷锚喷、锚网喷支护;
⑷喷锚梁喷、锚网喷支护。
2、锚喷支护适用范围:
⑴锚喷支护适用于服务年限5年以下石灰岩、砂岩等坚硬完整岩层巷道。
⑵锚网喷支护适用于服务年限5年以下稳定及较稳定岩层巷道。
⑶锚喷二次支护(高强锚杆一次支护)适用于服务年限5年以上,埋深600米以上的开拓、准备巷道支护。
⑷喷锚梁喷、锚网喷支护适用于处于松软、破碎带或应力集中区的二次锚网喷巷道支护。
3、锚喷支护主要参数选择
⑴锚杆设计锚固力
服务年限5年以下一般巷道,设计锚固力不低于70KN;
服务年限5年以下主要巷道,设计锚固力不低于100KN;
服务年限5年以上主要巷道,设计锚固力不低于130KN。
⑵锚杆长度不低于1.6ni。
喷锚喷、锚网喷支护巷道要实行加长锚或全锚。
⑶喷射混凝土强度
服务年限5年以上的锚喷巷道,喷射混凝土强度应为C18以上;
服务年限5年以下的应为C13以上。
特殊地点的锚喷巷道,喷射混凝土强度必须在C18以上。
(利用自然陶粒专利技术喷射混凝土强度不小于此规定)。
⑷喷射混凝土厚度。
服务年限5年以上的主要巷道,喷碗厚度一般不大于150毫米,5年以下的不大于120毫米,一般巷道不大于100毫米。
第10条喷浆材料的技术要求
1、水泥:
喷射栓所用水泥质量要符合标准要求,每批出厂要有合格证,过期失效水泥禁止使用,水泥标号不低于425%
2、砂子:
釆用河砂作配料,下井前要过筛,颗粒粗细要均匀,含泥量按重量计算不大于3%。
3、石子:
采用瓜子石作骨料,颗粒直径为5^lOnuiio
4、速凝剂:
质量符合标准要求,每批有出厂合格证,过期失效速凝剂禁止使用,其配比为水泥重量的2〜4%。
5、喷射混凝土配比:
喷射砂浆的配比一般为1:
2;
喷射栓配比一般为1:
2:
2o
6、利用电厂粉煤灰喷浆时:
⑴粉煤灰组成:
炉底灰80%,烟道灰20%。
⑵质量要求:
粉煤灰严格按要求掺匀,不得有超过lOnmi的颗粒和脏杂物,其含泥量不得超过3%。
⑶配比。
初喷:
水泥:
粉煤灰:
石子=1:
1.5;
复喷:
水泥:
20
⑷速凝剂用量为水泥用量的2〜4%。
⑸水灰比为0.4〜0.5。
7、利用自然陶粒喷浆时:
(1)自然陶粒:
煤歼石自燃形成的具有陶粒特性的产物称为自燃氧化的煤歼石陶粒。
经过锤式破碎机破碎,粒度<15mmo
⑵配比。
自燃氧化的煤歼石混合料:
水泥=4:
1。
⑶速凝剂用量为水泥用量的2〜4%。
⑷水灰比为0.4〜0.65o
第11条锚喷支护工艺要求及有关规定
1、采用锚喷支护巷道必须按光爆要求施工,确保眼痕率不少于50%,超挖尺寸不大于150mm,欠挖不超过质量标准规定。
2、锚喷二次支护工艺要求
⑴初期支护。
采用初喷作临时支护。
初喷厚度不小于30mm,初凝20分钟后进行打、安锚杆及扒装。
锥杆间排距一般为1.0〜1.6mo
⑵一次支护。
按作业规程规定的距离和喷浆厚度完成第一次喷浆支护。
第一次支护必须进行拉线喷浆,在拱顶、拱肩、拱基处拉线,不少丁5条,使巷道成形光滑、平整、无急角。
一次喷浆厚度达不到要求,严禁进行二次支护。
在一次喷浆支护时,要将里层锚杆栓铁丝引出喷层之外,作为布置外层锚杆的标志,并用作二次支护时栓金属网。
⑶二次支护。
一般在距迎头50〜100米范围内进行(具体距离由各矿根据巷道矿压显现规律在作业规程中规定)二次支护的锚杆要按里层锚杆所留标志五花布置。
安装二次锚杆时用托盘把网压紧,并用预留的铁丝栓网。
网与网之间每隔200mm扭接一处,然后喷浆盖网。
二次喷浆厚度为20〜40mm,要起到防锈作用。
⑷两帮最下边的一排锚杆,距底板距离不大于200mm,必须呈
10〜30°
打入。
⑸两帮喷浆必须有《100mm的基础(设计有水沟一侧除外)o
⑹永久水沟的施工
①迎头掘进时,应把水沟一并打眼放炮带出。
②在一次支护段,要把水沟荒断面掘岀。
③永久水沟施工要在二次支护后进行。
靠巷帮一侧必须补打一排锚杆,金属网要压入最下一排锚杆,然后浇注水沟混凝土。
3、高强锚杆锚喷一次支护工艺要求
锚杆支护参数设计在规程中明确规定。
⑵锚网支护。
按作业规程规定的锚杆支护参数跟迎头进行一次锚网支护。
⑶喷浆。
一般在距迎头50〜100米范围内进行(具体距离由各矿根据巷道矿压显现规律在作业规程中规定),喷浆厚度达到规程设计要求。
4、采用人工上料喷射机喷射混凝土、砂浆时,必须采用潮料,并使用除尘机对上料口、余气口除尘。
5、对松软、破碎岩层或应力集中区锚喷巷道要预先存放备用棚料,其具体规格、型号、数量和存放地点在作业规程中明确规定。
第12条锚喷支护巷道工程质量监测及质量验收规定
1、锚杆锚固力监测按煤巷锚杆支护锚固力监测有关规定执行。
2、喷射混凝土强度检测
⑴喷射混凝土巷道对喷体应做厚度和强度检查,并有检查和实验记录。
⑵检测方法。
釆用点荷载试验法。
用混凝土取样钻机在已喷好的经28犬养护的巷道中,直接钻取直径30mm,长度大于直径1.1倍的
混凝土芯样,用点荷载仪测试其点荷载强度,然后确定混凝土强度。
⑶喷射混凝土芯样数量应符合下表中的规定。
表七喷射混凝土试块芯样数量
序号
工程分类
工程量
检查点数
备注
1
服务年限5年以上巷
道
每30米及以下
不少于1
1•每个检查点取碇芯样5个,取样要均匀分布。
2.芯样要在养护28天的巷道喷体上钻取。
3•材料或配合比变更时应另行取样。
2
服务年限5年以下巷
每50米及以下
3
銅室
1000m3以上
不少于5
⑷喷射混凝土强度质量评判:
①根据5个测点强度值,计算算术平均值,作为该巷道混凝土强度代表值;
②当这5个测点强度中的最大值或最小值与中间值之差,超过中间值的15%时,其强度不应作为评定的依据。
③巷道工程喷射混凝土强度合格的条件。
喷射混凝土抗压强度平均值不低于标准值;
检测点喷射混凝土抗压强度中的最小值不低于标准值的85%时,其喷射栓强度为合格。
3、锚喷支护巷道的检查验收程序及检查制度与煤巷锚杆支护巷道相同。
4、服务年限5年以上,埋深600米以上主要巷道,不按规定进行喷锚喷、锚网喷支护的,工程质量视为不合格。
第四节锚索加固支护
第13条锚索的适用条件。
1、当III、IV、V类煤层巷道或深部主要巷道采用锚杆支护不能有效阻止顶板下沉、两帮移近等巷道变形时。
V类煤层巷道顶板使用直径17.8nun及以上的锚索。
2、大断面恫室和跨度大于6米交岔点,V类煤层巷道顶板使用直径17.8mm及以上的注浆锚索。
第14条锚索支护方式及支护参数的确定
1、煤层巷道直接顶比较完整时、拱型锚喷巷道、大断面咽室及交岔点加固,应釆用点式锚索支护;
当巷道直接顶裂隙比较发育且上部为复合顶时,宜采用锚索行架支护。
2、锚索参数的确定原则:
⑴最小锚固长度。
水泥(砂)浆锚固^3.5m,树脂锚固Ml・5ni。
⑵锚索长度。
顶板锚索长度范围为5.5〜10.5m,两帮锚索长度范围为3〜5m。
⑶锚索间、排距:
SWL/2(L—锚索孔长度,单位m,S—锚索间排距,单位m)。
⑷锚索锚固力。
预应力锚索单根设计锚固力应大于200KNo
第15条锚索支护材料
1、矿用锚索钢绞线、索具和其它附件应符合中华人民共和国煤炭行业标准MT/T942-2005要求,并应按规定申办索具及整套锚索的国家回标志。
2、锚索:
一般选用高强度、低松驰(I【级)粘结式1X7钢绞线,其技术参数如下:
⑴直径:
15.24mm,每米重量:
1.102kg/m,级别:
270K,强度:
1860N/uun2
截面积:
140.00mmJ,延伸率:
$3.5%,最低破断负荷260KN,执行标准:
ASTMA416-90G
⑵直径:
17.8mm,每米重量:
1.5kg/m,级别:
1860N/mm2
191.00mm2,延伸率:
$3.5%,最低破断负荷353KN,执行标准:
⑶直径:
31〜35mm,由注浆嘴、预应力锚头、9根”7mm钢丝、支撑骨架、注浆管、搅拌头等部分组成,破断载荷600KN,预应力250KNo
(4)1x7结构钢绞线的尺寸及允许偏差、每米参考质量应符合表十的规定,外形见右图:
3、锚固剂:
选用中速树脂锚固剂,全长锚固时可配用慢速锚固剂或水泥(砂)浆。
4、托盘:
宜选用钢制蝶形托盘,规格尺寸不小于230mmX230mm(方形)或<1)230mm(®
形);
若选用平板托盘,托盘中心孔径比钢绞线公称直径大2-4mm。
托盘强度要与锚索强度相匹配,托盘承载力应不小于锚索设计承载力的1.5倍。
第16条服务年限10年以上锚索,采用树脂锚固剂时,锚孔必须注满砂浆防锈或采用防腐锚索。
采用425号普通硅酸盐水泥,注纯水泥浆,水灰比根据围岩条件调配,一般为1:
0.45-1o注浆压力0.5-1兆帕。
如钻孔漏浆,需反复注浆,每次注浆间隔约6小时,也可隔天注浆。
第17条锚索施工管理
1、锚索施工人员必须熟悉锚杆打眼机的操作维修,要掌握锚索设计的技术参数和安装要求。
2、钢较线旋向应与搅拌工具旋转方向相反;
树脂锚固剂凝固1小时后进行张拉和顶紧上托盘工作。
3、锚索安装后必须对锚固剂位置进行检查。
4、锚索张拉预紧力应控制在80—100KN,锚索安装48小时后,如发现预紧力下降,必须及时补拉。
张拉时如发现锚固不合格,必须补打合格的锚索。
5、建立锚索施工管理档案,对逐条锚索进行编号,把施工人员、验收人员记录在档。
第18条对于接近或达到顶板离层临界值,有冒顶危险的区域必须及时进行隔离,挂危险牌,严禁人员进入,自安全区由外向里及时采取合理可靠的加固措施。
第19条合理安排生产接续,尽量缩短回采巷道的服务年限,减少巷道变形时间及破坏程度。
第20条本规范自下发之日起执行,与本规范有抵触的以本规范为准。
按悬吊理论计算锚杆参数:
一、巷宽3.5米锚杆参数计算
1、锚杆长度计算:
式中:
L—锚杆长度,m;
H-冒落拱高度,m;
K—安全系数,一般取K二2;
厶一锚杆锚入稳定岩层的深度,一般按经验取0.3m;
L?
—勢1f在巷爭?
护外露长度,一般取0.05m;
其中:
TI———0.58wl
2f2x3
B—巷道开掘宽度,取3.50m;
f—岩石坚固性系数,泥岩取3;
则Z=2X0.58+0.3+0.05=1.51(m)
2、锚杆间距、排距计算,通常间、排距相等,取3:
a—锚杆间、排距,m;
Q—锚杆设计锚固力,50KN;
H—冒落拱高度,取0.58m;
R—被悬吊泥岩的重力密度,取23.5KN/m3;
K—安全系数,一般取K二2;
a=
^2x0.58x23.5丸甌)
通过以上计算,
巷道顶板选用直径14mm、长度1700mm的等强度圆
钢锚杆。
二、巷宽4.0米锚杆参数计算
1、锚杆长度计算:
L二KH+L】+L,
H—冒落拱高度,m;
厶一锚杆锚入稳定岩层的深度,一般按经验取0.3m;
厶一锚杆在巷道屮的外露长度,一般取0.05m:
„B4.00门—
H===0.0/in
其中:
2/2x3
B—巷道开掘宽度,取4.00m;
则Z=2X0.67+0.3+0.05=1.69(m)
2、锚杆间距、排距计算,通常间、排距相等,取a:
Q-锚杆设计锚固力,50KN;
H—冒落拱高度,取0.67m;
・。
.乳23.5=1'
59(m)
巷道顶板选用直径14mm、氏度1700mm的等强度圆
3.巷宽4.5米锚杆参数计算
K—安全系数,一般取K二2;
乙一锚杆锚入稳定岩层的深度,一般按经验取0.3m;
L:
—辛暂F在曹粤g的外露长度,一般取0.05m;
M===0.75m
B—巷道开掘宽度,取4.50m;
则Z=2X0.75+0.3+0.05=1.85(m)
Q—锚杆设计锚固力,50KN;
H—冒落拱高度,取0.75m;
R—被悬吊泥岩的重力密度,取23.5KN/m3;
a二
Lo.Z23.5=1-19(m)
巷道顶板选用直径14mm.长度20