锚杆分类及性能Word文档格式.docx

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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；

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X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24mm³

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；

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.

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—杆体与锚头；

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与排出孔中污水,从而增加锚固剂与锚杆杆体之间的握裹力,以与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与地下工程,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与力学性能,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与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.

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与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作面一侧时,在采煤过程中超前回收还可消除锚杆对采煤机截割工艺的影响,且锚杆的锚固段因长度较短,采煤过程中不会被采煤机截割而破坏.药巻式可回收锚杆具备回收复用的特点,可降低锚网支护巷道的支护费用,具有较好的经济效益.

四、新型金属粗尾锚杆

1.金属粗尾锚杆结构金属粗尾锚杆主要由杆体与锚尾组成,杆体与锚尾为同一材质的整体式,锚杆可根据工程需要选择不同的材质,杆体也可根据需要加工成不同的外观形式,而锚尾一般为滚死加工的螺纹.该锚杆在结构上区别于其他锚杆的最大特点是：

锚尾的螺纹公称直径大于杆体直径,且杆体与锚尾为整体式连接,而非焊接式连接.其结构如图1-18所示.2.金属粗尾锚杆的技术特征

金属粗尾锚杆具有良好的力学性能,如表1-2所列〔称金属粗尾锚杆以外的金属锚杆为普通金属锚杆〕,主要表现在如下几点：

〔1〕锚杆整体抗拉强度提高.目前我国金属锚杆最常用的规格是公称直径为Φ20mm的锚杆.当锚杆材料为A3圆钢时,粗尾锚杆的屈服极限与破断载荷分别较普通锚杆提高56%和61%；

当锚杆材料为 

20MnSi螺纹钢时,粗尾锚杆的屈服极限与破坏载荷比普通锚杆提高13%和24%. 

⑵锚杆整体延伸率大,锚尾不易首先发生破断.因为锚尾经过加热、镦粗与冷却过程,使锚尾部分的组织晶粒进一步细化,组织更加致密,提高了强韧性和综合机械性能.这样,当锚尾横截面上某点应力过高时通过塑性变形自动释放一部分过高的应力,与时调整整个截面上的应力分布状态,使其接近受纯拉伸时锚杆截面上的应力值,避免了锚尾从某点首先出现裂纹,从而导致锚尾全断面破断现象的发生.因此,无论锚尾处的受力状态如何,金属粗尾锚杆锚尾的破断载荷都大大高于杆体的屈服极限,锚杆破断部位在杆体,使锚杆整个自由段的延伸率都充分发挥,克服了普通金属锚杆锚尾破断载荷过低、在锚杆杆体发生屈服前就破断的缺陷,同时也提高了锚杆的整体强度.

⑶在经济上更具有优越性.金属粗尾锚杆除具有优良的可延伸防破断性能外,在相同破断条件下,比普通金属锚杆节约成本15%以上.

第二节可切割锚杆金属锚杆采煤机不能直接切割,容易发生锚杆卷入采煤机滚筒中的事故,使采煤机截齿损坏,且易产生火花,在高瓦斯矿井中易引起瓦斯、煤层爆炸,影响采煤工作面的正常生产,甚至对矿井和工作人员的安全构成威胁.木锚杆、竹锚杆等可切割锚杆的锚固力小,一般不超过30KN,不能满足现代化矿井煤巷支护的要求.玻璃钢锚杆强度高、成本低、可切割,比金属锚杆、木锚杆、竹锚杆更适用于煤帮支护.

一、木锚杆

普通木锚杆

普通木锚杆主要由杆体、内楔块、垫板和外楔块组成,如图1-23所示.杆体直径一般为38mm,长1200—1800mm,楔缝长10—20mm,宽3mm；

内楔块长150—250mm,宽36mm,上厚23mm,下厚3mm;

垫板规格〔长³

宽³

厚〕为400mm³

200mm³

50mm,中孔Φ46mm；

外楔块规格同内楔块.

3—内楔块；

5—外楔块

木锚杆的结构与构造简单,易加工,成本低,施工安装方便,但锚杆强度和锚固较低,无预紧力,易腐烂,服务年限短.锚杆的锚固力在10KN.锚杆杆体和楔块采用硬杂木制造,而垫板可采用普通木材制成.在使用前,应对锚杆作防腐处理.对锚杆不作防腐处理的,可使用于服务年限在1年左右的采区巷道；

对锚杆作防腐处理,并配合喷浆封闭的,可使用于服务年限在5—10年的采区巷道.

2.压缩木锚杆

压缩木锚杆主要由杆体、内楔块、垫板、加固钢圈和外楔块组成,如图1-24所示.杆体直径一般为38mm,长1530mm,楔缝长200mm,宽3mm；

内楔块长160mm,宽35mm,上厚23mm,下厚3mm,垫板规格〔长³

高〕为400mm³

加固钢圈用铸铁制造,内径46mm,外径110mm,厚16mm；

5—加固钢圈；

6—外楔块

压缩木锚杆是采用普通木材单向压缩后加工而成,锚杆的锚固力在20KN左右,在杆体遇水膨胀后即达到全长锚杆的效果,使用之前应对锚杆作防腐处理.压缩木锚杆主要用于采区巷道的巷帮支护.对于不喷浆封闭的巷道,可用于服务年限在2—5年的采区巷道；

对于喷浆封闭的巷道,可用于服务年限在5—10年的采区巷道.

二、竹锚杆

1.竹片锚杆

竹片锚杆主要由竹片杆体、铁丝箍、垫板、圆锥内楔块和圆锥外楔块等组成,如图1-25所示.竹片杆体直径38mm,杆体长1200—1500mm,采用4根8—10mm、宽30—38mm的竹片制成,并用22号铁丝箍成圆形,铁丝箍间距300—400mm,杆体两端至铁箍距离稍大于楔子的长度,一般为10—20mm,垫板规格〔长³

内楔块长150—250mm,宽36mm,上厚23mm；

下厚3mm；

2—铁丝箍；

4—圆锥内楔块；

5—圆锥外楔块

竹片锚杆的锚固力在10KN左右,且在使用之前,应对锚杆作防腐处理.竹片锚杆的主要使用X围可同普通木锚杆.在竹材产地主要应用于一些次要巷道,可大大减低巷道的支护成本.2.百夹竹锚杆

百夹竹锚杆主要由杆体、铁丝箍、垫板、圆锥内楔和圆锥外楔组成,如图1-26所示.杆体选取直径20—25mm的白夹竹,截取需要的长度〔一般为1500mm〕,然后将杆体对破开,经防腐处理后,将竹心灌以1:

2的水泥砂浆,并在杆体两端留下木楔长度,用铁丝捆轧一道,加上铸铁垫板,两端插入用硬木加工的圆锥形木楔,即成为百夹竹锚杆,起到锚固作用.距杆头150—250mm为内楔缝,圆锥内楔直径3—39mm,长150—200mm；

外楔缝与圆锥外楔同内楔缝与圆锥内缝.

百夹竹锚杆的锚固力为20KN左右,且在使用之前,应对锚杆作防腐处理.其主要使用X围同竹片锚杆.

三、玻璃钢锚杆

1.楔缝式玻璃钢锚杆

2.锚杆杆体是用不饱和聚脂树脂为基本材料,以14m玻璃纤维为增强材料制成的.锚杆杆体有18㎜、20㎜、22㎜、26㎜4种,一般长度为1.6—3.0-m,托盘、压紧圈、挡板等附件均用玻璃钢制成,如图1-2所示.

2—玻璃钢托盘；

3—玻璃钢压紧圈；

4—玻璃钢挡板；

5—楔子

玻璃钢锚杆采用全长锚固,为便于杆体进入钻孔与搅拌,其头部采用45°

斜面状.尾部为安装托盘与压紧圈,采用楔形大头结构,即在尾端杆体劈开后,用一个木楔或玻璃钢楔子涂上树脂楔入后黏结而成.楔形大头是一个死头,井下安装时,需预先套入压紧圈与托盘,采用速凝树脂药巻锚固.

这种锚杆在其锚尾开切口,用顶头楔固定,受力时产生应力集中,容易折断,锚固力低,不易安装,且不能对围岩施加预紧力.

2.钢套式玻璃钢锚杆

钢套式玻璃钢锚杆由杆体、托盘、锚头、钢套、螺母、固定销组成.杆体是以191号不饱和聚脂树脂为基体材料,以中碱无蜡玻璃纤维为增强材料制成的.锚头为螺纹齿形,是在杆体前端用玻璃纤维缠绕制成.锚尾是在杆体末端钻孔,安装固定销将钢套固定其上,钢套上有螺纹,以便使其与螺母相配与安装固定销,如图1-28所示.采用水泥锚固剂锚固.

3—锚头；

4—固定销；

5—螺母；

6—钢套；

—水泥锚固剂

该锚杆锚尾采用在锚尾端钻孔、用销钉固定螺纹钢套的结构,破坏了杆体结构,且受力时造成应力集中,大大降低了杆体的强度.另外,水泥锚固剂的稳定性和可靠性差,降低了锚固力.

3.销钉锚头玻璃钢锚杆

销钉锚头玻璃钢锚杆由杆体、锚杆、锚尾三部分组成,采用树脂锚固剂锚固.锚头的端部为尖头,成一斜面状,锚头的长度在200mm以上,在杆体端部均匀地钻有十字形小孔,；

用于安装销钉；

销钉安装成十字形,在安装锚杆时用于搅拌树脂.锚尾形式有两种：

一种是把螺纹钢套黏结在杆体尾部,螺母拧在螺纹钢套上固定托盘,如图1-29所示；

另一种是在杆体尾部沿杆体轴向开切一切缝,带切口的护套对准切缝装在杆体尾部,外套装在护套上,扁楔打入切缝中.

1—销钉；

3—螺母；

4—螺纹钢套

该锚杆的缺点是:

在锚头部位存在着小孔,降低了杆体强度；

锚尾采用黏结钢套结构,不牢固,锚固力小；

采用锚尾切口加护套、外套结构,破坏了杆体结构.降低了杆体强度,不能对围岩施加预应力,且不易安装.同时,这种玻璃钢锚杆还存在着生产自动化程度低、工艺复杂的缺点.

4.全螺纹玻璃钢锚杆与空心玻璃钢锚杆全螺纹玻璃钢锚杆形式为左旋或右旋螺纹杆体,其螺纹可作为锚头使锚杆锚固,也可配合螺母作为锚尾使用,如图1-30所示.空心玻璃钢锚杆常作为注浆锚杆使用,如图1-31所示.

全螺纹玻璃钢锚杆的抗拉强度≥245MPa,抗剪强度≥6MPa,扭矩≥41N²

m.全螺纹玻璃钢锚杆使用树脂锚固剂,在锚固长度为380±

50mm时,其锚固力达到50—90KN,如表5-3所列.

四、新型玻璃钢锚杆—压痕金属套管玻璃钢锚杆

1.压痕金属套管玻璃钢锚杆的结构压痕金属套管玻璃钢锚杆的结构如图1-32所示,采用"

压痕金属套管式玻璃钢柔性锚杆〞和"

左旋螺纹式玻璃钢锚杆〞两项专利技术研究生产,由杆体、抗拉加强筋、金属套管组成.其杆体材料为玻璃钢,玻璃纤维纵向排列,最大限度地发挥可玻璃纤维抗拉强度高的优势,满足了杆体的抗拉强度要求.抗扭加强筋由浸胶玻璃纤维束在杆体周围缠绕而成,呈左旋方向分布,可增加锚杆的抗扭强度,锚杆安装时能够充分搅拌树脂锚固剂,有效地将锚杆与煤帮钻孔孔壁黏结在一起,获得较大的锚固力.锚尾带有金属套管,其上加工有螺纹,锚尾的金属套管与玻璃干杆体的连接方式为：

用一段或几段带有锥度的凹槽,将金属套管压入到玻璃杆体中,形成二者的相互嵌解接,使其形成一个整体,以提高连接强度.这种锚尾结构可获得较高的抗拉强度,保护孔口锚尾,大大增强锚尾的抗弯曲和抗剪切能力,能够有效地避免锚尾的破断.套管与杆体的连接方式保证锚杆具有足够的锚固力,同时,通过钢套管与杆体间在工作阻力较大时的相对滑动增大锚杆整体的延伸率,以弥补玻璃钢杆体延伸率较小的不足,适应煤帮在矿山压力作用下变形较大的特点.

2.压痕金属套管玻璃钢锚杆的力学性能⑴拉伸性能试验试件为：

采用挤压工艺制作的圆截面直杆,长度为300mm〔其中两端各100mm夹具所夹持,中间100mm为工作区〕,试件直径为15.6mm.试验在万能试验机上进行,分析表明,锚杆破断力为68.0—93.5KN,平均为8.2KN；

破断应力为355.9—489.45MPa,平均为409.36MPa,满足煤帮锚杆的要求〔煤帮锚杆拉拔力一般要求大于50KN〕.