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1、锚杆支护资料锚杆支护资料 作者: 日期:第一章巷道分类和巷道支护、锚杆支护理论第一节 理论依据一、锚喷锚网支护理论基础 主动支护:新奥法 二、巷道矿压理论 冒落拱理论 松动圈理论 地应力理论 三、悬吊理论（硬岩） 组合拱理论（软弱岩层) 组合梁理论（软弱岩层）四、单个锚杆、单个锚索支护理论 三力匹配：粘锚力 破断力 托锚力 三径匹配：钻孔孔径 锚固药卷直径 锚杆直径 五、锚杆、锚索共同支护顶板 变形匹配 ：锚杆变形，延伸率1%， 锚索变形，延伸率。 锚杆托盘与顶板岩性匹配： 硬岩,锚杆托盘小，厚些； 软岩，锚杆托盘面积加大,薄些; 煤，加木托盘，加大支护托锚面积。 锚杆药卷匹配: 顶部和外部分

2、别为超快和中速或是快速和慢速,同时要考虑搅拌、凝固时间匹配。 第二节 理论解析一、新奥法 现场监测设计法，新奥法起源于奥地利。 新奥法（NM)是新奥地利隧道施工法的简称。由奥地利学者拉布谢雅茨教授总结前人在隧道方面大量实践经验后于14年提出。 它不是单纯的施工方法,也不是单纯的设计方法，而是充分利用和调动围岩强度与自身承载能力，按围岩和支护共同作用原理制定的一套完整的地下工程设计、施工、支护、监测的新概念。按新奥法的基本原则制定的施工方法和支护措施,能有效的适应和控制地下工程的围岩变形,有效的防止围岩的松动和冒落，提高地下工程的施工质量，取得较好的技术经济效益。因此,自问世以来，很快在国际上受

3、到重视,在世界多国得到推广。 新奥法是煤矿支护方面变革的理论基础。煤矿锚喷、锚杆支护,即主动支护的理论依据是新奥法。新奥法的基本原则是： 、保持和调动围岩的强度，充分利用围岩自身的承载能力。 传统的观点是将地下工程周围的掩体仅仅看作是传递和产生荷载的介质，因而地下工程的稳定性主要取决于支护的承载能力。 新奥法的基本观点是将地下工程的围岩不仅看做是传递和承受载荷的介质，而是看作是与支护结构构成的统一的、相互作用、相互支持的共同承载体,控制并允许有限制的围岩变形,从设计到施工都要求最大限度地保持围岩的原有强度，发挥围岩自身的承载能力。 、运用围岩支护共同作用原理,岩体的动态性质和岩体蠕变发展规律,

4、提出两次支护理论。 、把监测作为必要手段,始终监测围岩位移和支护受力状态。 新奥法强调在地下工程施工过程中,应进行系统的监测和现场观察,掌握围岩活动特性及其安全程度，再以多种量测数据为基础，及时调整支护设计。 监测工作主要包括以下内容: 1、围岩表面收敛量测及绝对位移量测 两帮收敛 顶底板位移 2、围岩岩体内部位移量测 、喷层接触压力和喷层内应力的量测 采用喷层内埋设压力盒、应力计或应变计的方法量测喷层径向应 力和切向应力，以确定喷层受力状态和喷层支护效果。、锚杆实际受力及锚固力量测 采用锚杆拉拔仪量测锚杆的锚固力，以检测锚杆的性能和安装质量;采用量测锚杆监测锚杆不同深度处的受力状态，以检验锚

5、杆的承载效果和围岩内应力的分布状况。 、依据新奥法制定具体措施： 1、光爆要求:周边眼半眼痕、眼距、少装药减少对周边破坏、减少超挖。 、锚杆布置：放射状、松动圈、冒落拱、拱形。 3、浇筑：内外保护层。 、预喷:2m0m，封闭围岩，防止风化等。 5、软岩二次支护。二、巷道矿压理论 、冒落拱理论自然平衡拱理论认为:巷道开掘后,围岩丧失了层间联系。在上覆岩层压力作用下,浅部(巷道周围）围岩发生破坏,而在深部一定范围内形成自然平衡拱。 自然平衡拱以上的岩体是稳定的,锚杆的作用主要是防止破坏区围岩垮落。锚杆所需要的承载能力由破坏岩石的重量确定，而且与巷道断面的形状、尺寸、埋深、采动影响、岩层倾角、强度、

6、结构等有关。 自然平衡拱理论对锚杆支护作用的分析实质上是悬吊作用。 、围岩松动圈理论 可用超声波松动圈测定仪测出松动圈范围。按松动圈范围，也可划分围岩分类： 松动范围围岩分类支护方案040cm稳定围岩整体性好,不易风化可不支护,可喷一层混凝土支护 410m较稳定适用于 锚杆悬吊理论10010cm锚杆喷浆支护100cm锚杆组合拱理论20000 cm锚杆组合拱理论松动圈10c 属于软岩巷道的范畴。 、类顶板，在96年以前一般不采用锚网支护：1、三软(两软)煤层,Rb50米就应考虑) 5、沿空送巷巷道 、全煤(放顶煤)巷道 7、综采大切眼、大断面、交岔点等 即使现在的锚杆喷射混凝土支护规范在对、级围

7、岩中的个别断层或不稳定块体，仍要求进行局部加固，要求对以上地质条件的锚喷支护设计，应通过试验后确定。 、地应力理论 美国、澳大利亚等国家首先采用。从96年以来,我国开始沿用。 中国矿大、北京煤科总院北京开采所，从996年以来可以进行地应力测试，可以测出三个主应力的大小和方向。(三个主应力指:最大水平主应力、最小水平主应力、垂直主应力） 地应力理论完全不同于传统的矿压理论，地应力理论认为井下巷道不仅仅承受以垂直应力为主的矿山压力，并且承受以水平应力为主的侧压。而且在很多矿区、很多煤矿或煤矿的很多巷道以水平应力为主的侧压，远远大于垂直为主的顶部压力。 水平应力为主的地应力，往往与构造线的方向（如:

8、背斜、向斜、大的断层走向)相一致。这也是我们设计时需考虑到的问题。第四节、锚杆支护理论 第三节 锚杆支护理论一、锚杆支护理论概述锚喷支护是以维护和利用围岩的自承能力为基点，及时地进行支护,控制围岩的变形和松弛，使围岩成为支护体系的组成部分。锚杆支护通过锚入围岩内部的杆体,改变围岩本体的力学状态,在巷道周围形成一个整体而又稳定的承载环（带）,和围岩共同作用，达到维护巷道的目的。喷射混凝土支护能起到及时封闭围岩、充填围岩的裂隙和支撑结构的作用，可有效的控制围岩的变形和破坏,提高围岩的强度，使围岩保持原有的稳定性和强度。因此,锚网喷支护是属于积极主动加固围岩的加固型支护系统。二、锚杆支护作用机理锚杆

9、支护的作用机理有加固拱作用,悬吊作用、组合梁作用、围岩补强作用、 和减小跨度带作用。、加固拱作用对于被纵横交错的弱面所切割的块状或破裂状围岩,及时用锚杆加固,能提高岩体结构弱面的抗剪强度,在围岩周边一定厚度的范围内形成一个不仅能维持自身稳定,而且能防止其上部围岩松动和变形的加固拱,从而保持巷道的稳定。试验证明,一根锚杆可以形成一个锥形压缩体,多根锚杆按照一定间距排列,可以通过一个个锥形压缩体相互啮合，形成一定厚度的拱形墙体，从而承压。、悬吊作用是指锚杆把将要冒落的软岩层或围岩层或危岩层悬吊与上部坚固稳定的岩体上,由锚杆来承担围岩或软岩层的作用。、组合梁作用在层状岩层的巷道顶板中，通过一系列的锚

10、杆,将锚杆锚固长度以内的薄煤层岩石组成岩石组合梁,从而提高其承载能力。组合梁理论认为：在层状岩层中,锚杆的作用是提供轴向和切向约束,阻止岩层产生离层和滑动,将若干薄岩层锚固成一个较厚的岩层,形成组合梁。三、喷射混凝土支护作用机理喷射混凝土是将一定比例的水泥、砂、石子的拌合料通过混凝土喷射机，用压缩空气作动力，沿着管路送到喷嘴处与水混合，以较高速度(10ms左右）喷射至岩（煤）面上，凝结硬化形成的一种支护形式。 其作用原理是:、结构作用喷射混凝土具有良好的物理力学性能,抗拉强度较高，可达20,起到结构支撑的作用煤层喷浆,容易形成两张皮;岩层喷浆一定要洒水，冲洗掉岩尘、煤尘，净化岩面。、封闭作用喷

11、射混过凝土层封闭围岩表面,完全隔绝了空气、水与围岩的接触,有效防止了风化、潮解引起的围岩破坏与剥落。、充填作用喷射速度很高(100m左右)，对于破碎状岩层和层状岩体,能很好地充填围岩的裂隙,节理和凹坑的岩面，大大提高围岩的整体性和强度。总之，喷射混凝土在一定程度上改善了围岩的应力状态，围岩由二向应力状态转变为三向应力状态。四、单个锚杆支护理论 、三力匹配 指的是锚杆的锚固端通过树脂药卷的粘结力和顶板岩层紧密的粘结在一起,其粘结所承受的力为粘锚力; 锚杆的破断力; 锚杆的托盘紧贴岩壁所承受的托锚力。 好的三力匹配是锚杆粘锚力、托锚力要大于或等于锚杆的破断力，即锚杆从中、下部断开，锚固端不松动，托

12、锚力不失效。 、三径合理匹配 锚杆直径、钻孔直径、锚固药卷直径等参数合理选择，主要考虑支护效果、成本、效率等因素。 采用合理的“三径匹配”，可以较大地提高锚杆锚固力（粘锚长度加长所致），改善锚杆对围岩的支护效果,有效的控制围岩变形和支护费用。 通过井上、下大量试验,得出以下“三径”合理匹配的参数： 当使用无纵筋左旋螺纹钢锚杆全长锚固时,钻孔直径与锚杆直径之差在410mm之间，树脂药卷直径应比钻孔直径小5mm。这样做,便于钻杆搅拌树脂药卷均匀，使锚杆和钻孔岩壁之间粘结紧密。 根据以上得出结论:选择钻孔即钻头直径72m，树脂药卷直径23，高强度锚杆直径8、0、22、2均可行，钻头直径32则偏大。

13、、托盘力学性能应与锚杆杆体的性能相匹配 托盘的作用可分为二个方面: 1、一是通过螺母施加一定的扭矩使托盘压紧巷道围岩表面,给锚杆提供预紧力，并使预紧力扩散到锚杆周围的煤(岩）体中,从而改善围岩应力状态,抑制围岩离层、结构面滑动和节理裂隙的张开，实现锚杆主动及时支护作用。 2、其二是围岩变形使载荷作用在托盘上，通过托盘将载荷传递到锚杆杆体，充分发挥锚杆控制围岩变形的作用。 、所以,质量标准化P8页：“锚杆安装质量要求:托盘密贴壁面,不松动,未接触部位必须楔紧。” 4、托盘强度不足，安装质量差，受较大偏载等都会显著降低锚杆的作用,对于端锚,托盘是锚杆尾部接触围岩的构件，通过托盘给锚杆施加预紧力，传

14、递围岩载荷至锚杆杆体。托盘本身失效的,以及托盘下方围岩松散脱落，导致托盘与围岩表面不贴紧,都会使锚杆失去支护作用。 、一般来讲：硬岩，要求托盘直径可小些，厚度要求厚些； 6、软岩,要求托盘直径大些，厚度可薄些。 、锚杆与锚索共同支护巷道的变形匹配 一般认为锚杆属刚性支护体,能立即承载,适合煤巷顶板及时主动支护的要求；而锚索属柔性支护体,不能立即承载,然而煤巷所看到的恰恰与此差别很大。类型特性颜色识别凝胶时间（s)搅拌（s）安装托盘(分)测试（分)CK超快红色8401510快速蓝色4020102Z中速白色918001530慢速白色80424五、树脂锚固剂搅拌、安装测试要求、规格型号说明:如K3，

15、CK表示超快；前两位3表示药卷直径,单位为m;后两位代表药卷长度,单位为cm。 、使用两种不同药卷 1、速度快的在上，在里部；速度慢的在下,在外部。 2、按速度慢的计算搅拌时间、凝胶时间、安装托盘时间、测试时间等。 3、使用两种不同的药卷，一般里部选用超快,外部就用中速。 、注意事项: 1、根据支护设计要求，选锚固剂规格、型号，最好选用大厂家。 2、清理钻孔，尤其是帮锚杆眼中的浮碴、浮煤、积水。 3、用杆体将锚固剂送入孔底,启动搅拌器进行旋转搅拌,使用CK、K型需快推、猛搅,搅拌不能超过搅拌时间。同时,锚固剂在固化（凝胶）时间内不要使杆体移位或者晃动。 4、对过期产品经检验合格后方可使用。5、

16、树脂锚固剂为二级易燃品，井下不许乱扔丢弃，需妥善保管、运输。 第四节 煤巷锚杆支护设计方法 一、锚杆支护设计方法国内外锚杆支护设计方法主要分为三大类：工程类比法、理论计算法及数值模拟法。 、工程类比法包括： 、通过类比提出新建工程的支护设计； 、通过巷道围岩稳定性分类提出支护设计; 、采用简单的经验公式确定支护设计。、理论计算法理论计算法是基于某种锚杆支护理论如悬吊理论、组合梁理论及加固拱理论等，计算得出锚杆支护参数。由于多种支护理论都存在一定的局限性和适用条件,一些参数很难准确、可靠确定，因此,其结果往往只能作为参考。 、数值模拟法数值模拟法首先在英、澳大利亚、美等锚杆支护技术先进国家广泛应

17、用。196年,澳大利亚专家在我国推广其设计方法就是在巷道围岩地质力学测试(主要是地应力测试）与评估的基础上,采用数值模拟分析结合其他方法提出锚杆支护初始设计,然后进行井下监测，根据监测数据验证、修改和完善初始设计。数值模拟法是一种有前途的设计方法。 在我国,北京煤科总院北京开采所、中国矿大等单位结合现场实际进行锚网设计，基本上采用这种方法。中国称作为动态信息设计法。其包括5个部分:巷道围岩地质力学评估、初始设计、井下监测、信息反馈与修正设计。、根据已有工程直接提出支护设计1、将已开掘的、成功应用锚杆支护巷道的地质与生产条件,与待开掘的巷道进行比较,在各种条件基本相同的条件下,参照已掘巷道的支护

18、形式与参数,有设计人员根据自己的经验提出待掘巷道的支护设计。 因此，已掘和未掘巷道条件的比较，设计人员的经验是该方法应用成败的关键。 、直接类比法内容 、围岩物理力学性质,指巷道顶底板、煤层赋存的状态、物理力学参数等。 、围岩结构特征,指煤岩体节理、裂隙、层理等。 、地质构造影响,如断层、褶曲、陷落柱等。 、地应力,指垂直与水平应力。 、巷道特征（断面形状与尺寸)与使用条件。 、采动影响情况。 、巷道施工技术,如机掘、炮掘及光爆等、回采巷道围岩稳定性分类及支护设计建议(使用于煤巷沿顶板掘进）： 煤炭系统1988年颁布试用我国缓倾斜、倾斜煤层回采巷道围岩稳定性分类方案经过多年应用，不断完善,发展

19、成为全部采准巷道围岩稳定性分类。 煤巷围岩的稳定性分为五个类别：类为非常稳定,类为稳定,类为中等稳定,类为不稳定，类为极不稳定。附表(-1） 在围岩稳定性分类的基础上,结合已有的支护设计与实践经验,提出了巷道锚杆支护基本形式与主要参数选择的建议。 、巷道围岩松动圈分类及支护设计建议（适用于岩巷拱形）：根据巷道围岩松动圈理论,现场围岩松动圈测试,松动圈大小与巷道支护难易程度的关系,结合锚喷支护机理,将围岩分为： 小松动圈,厚度小于400,为稳定围岩; 中松动圈，厚度在1500mm之间,为一般稳定围岩; 大松动圈，厚度大于1500mm，为不稳定围岩。附表(4-2） 然后提出围岩分类及支护机理与方法

20、。 围岩松动圈大小可通过现场实测获得，测试方法有：超声波测井探测法（常用）、地质雷达、渗流法、地震声学法等。附表:巷道围岩松动圈分类及支护建议。 表4-1巷道顶板锚杆基本支护形式与主要支护参数选择序号巷道围岩稳定情况基本支护形式主要支护参数1非常稳定整体砂岩、石灰岩类岩层；不支护其他岩层;单体锚杆端锚 杆体直径:118m顶锚杆长度：16-18m间排距:0.-.2m设计锚固力：4-80KN2稳定顶板较完整；单体锚杆顶板较破碎;锚杆网端锚 杆体直径：168mm顶锚杆长度:1.6-2.0m间排距：0.81.设计锚固力：60KN中等稳定顶板较完整:锚杆+钢筋梁顶板较破碎锚杆+钢带(或钢筋梁)网,或增加

21、锚索端锚 杆体直径：618mm锚杆长度：1.82.2m间排距：.-.0m 设计锚固力：680K全长锚固杆体直径:182mm锚杆长度:1-2.4m间排距：.6-1.0不稳定锚杆+钢带(或钢筋梁）网,或增加锚索极不稳定1、顶板较完整：锚杆+金属可缩支架或增加锚索2、顶板较破碎:锚杆+网+金属可缩支架,或增加锚索，或加固围岩、底鼓严重：锚杆+环形可缩支架全长锚固杆体直径：8-2mm锚杆长度:2.2.6m间排距：.6.0m注:、巷道锚杆支护形式与主要参数视地应力大小、巷道煤岩体强度、节理状况、护巷煤柱尺寸、巷道断面是否切割等，参照顶板锚杆确定；、对于复合顶板、破碎围岩、易风化、潮解、遇水膨胀围岩，可考

22、虑在基本支护形式基础上采取增加锚索或注浆加固、封闭围岩等措施。3、锚杆各构件强度应与相应锚固力匹配；4、“顶板较完整”指节理、层理分为、级;“顶板较破碎”指、级,见表4-2表-2巷道围岩松动圈分类及支护建议围岩类别分类名称松动圈/cm支护机理及方法备注小松动圈I稳定围岩040喷射混凝土支护围岩整体性好,不易风化的可不支护中松动圈II较稳定围岩0100锚杆悬吊理论，喷层局部支护可用刚性支架II一般围岩100150锚杆悬吊理论，喷层局部支护刚性支架大面积局部破坏大松动圈V一般不稳定围岩500锚杆组合拱理论,喷层、金属网局部支护围岩变形有定期性不稳定围岩2030锚杆组合拱理论，喷层、金属网局部支护围

23、岩变形有定期性VI极不稳定围岩300二次支护理论围岩变形在一般支护条件下无稳定期 三、锚杆支护预紧力的问题 预紧力是锚杆支护中的关键参数，对支护效果起着决定性作用。1、锚杆预紧力锚杆一般预紧力矩为100150Nm,实际操作中一般使用扭力扳手拧紧,其预紧力仅为120KN，有的甚至为零，严重影响了锚杆支护作用的发挥，尤其是煤巷。从理论上讲，锚杆预紧力应为杆体屈服载荷的0%。一般来说，锚杆直径越大，杆体材质越高，要求的预紧力值越高。当前，我国煤矿锚杆预紧力主要通过拧紧螺母、压紧托盘实现。锚杆预紧力与螺母预紧力矩、螺纹规格及摩擦系数等有关。科研单位曾在井下对5mm的锚杆预紧力进行了测试，托盘下安装锚杆

24、测力计，测定锚杆轴向力。采用气动扳手对锚杆螺母施加预紧力，预紧力矩为3007 Nm,从锚杆测力计上测出相应的预紧力。、锚索预紧力锚索具有长度长，拉断载荷高等特点,因此预紧力应更大。根据巷道条件,现有锚索规格及张拉设备，锚索预紧力应为其拉断载荷的40%70%。四、锚杆支护设计初始参数的确定地应力初始设计方法研究P19、巷道布置方向(与设计有关），地应力方向2、煤柱尺寸(沿空送巷理论、矿压理论），侧压3、钻孔直径(按三径匹配原则)、锚固形式（全锚砌体梁、纳鞋底理论,端锚悬吊理论硬岩中1.5米以上）5、锚杆直径锚杆直径对锚杆材料成本的影响不是十分明显，但从支护效果来看锚杆直径变化对巷道的围岩变形有很

25、大的影响,尤其是顶底板移近量。无论受不受采动影响,巷道顶底板移近量均随着锚杆直径的增大而减小。6、锚杆强度问题增加锚杆强度可以减小巷道围岩变形。Q235圆钢、锚杆螺纹钢20in螺纹钢价低,强度高于Q235圆钢。7、锚杆长度与松动圈有关锚杆太短使整个锚杆加固的围岩强化圈的厚度过小,强度降低。、树脂药卷型号、锚杆布置顶锚杆18以上,帮锚杆11以上。顶锚杆排距：类顶板901200mm,、类顶板7000mm，、类顶板680m。帮锚杆:排距与顶锚杆相同巷高定间距可加梯子梁根据巷道垂深、煤层软硬可以确定锚杆长度。护顶先护帮：顶板压力会转移到帮上,严重时会导致两帮片帮、底板底鼓等。0、W钢带、梯子梁由101

26、4钢筋焊接,不能低于10。1、金属网顶板可用34经纬网、菱形网，两帮可用塑料网。2、锚索起补强加固作用。第四章 锚杆杆体材料、支护巷道的工程质量检验和矿压观测四、煤巷锚杆支护材料(一)、锚杆种类1、按锚固方式分:机械式、粘结式（以此为主）、混合式2、按锚固长度分:端锚(不大于00mm或锚孔的/3)、全长锚固、加长锚固(介于二者之间）3、按材质分类:圆钢螺纹钢:左旋（为主）、右旋、交叉按锚杆杆体分为:管式：管缝、水力膨胀、注浆（软岩）柔性:可切割玻璃钢,光圆、粗糙表面、全螺纹(用于综采工作面两巷煤壁侧帮锚),木、竹。按工作特性：普通刚性、可延伸：杆体可延伸、结构原件滑动可延伸能否回收:可回收、不

27、可回收可接长锚杆等。（二)、锚杆支护方式：1、单根锚杆2、锚网支护3、锚梁(带）支护,钢筋托梁、钢带、钢梁等将锚杆组合4、锚梁(带)网支护，锚杆、托梁、网组合5、锚梁网索支护6、锚杆(索）桁架支护:大断面硐室、巷道交叉点7、锚固与注浆加固（围岩非常破碎巷道）（三）、高强度锚杆回采巷道锚杆支护要求有较高的支护阻力,以控制巷道围岩变形;又要具有一定的延伸量,以适应巷道围岩的允许变形。根据澳大利亚SCT公司提出的杆体技术标准:屈服强度MP极限强度00Ma1、延伸率1%结合我国国内钢材市场状况，现将23(普通杆体）、和0MnSi(高强锚杆）比较如下:结论：锚杆杆体选用Mni左旋无纵筋螺纹钢适合杆体技术

28、标准（国外先进锚网支护国家标准)3、拉拔力定期抽检情况顶板采用20MnSi无纵劲左旋螺纹钢全长锚固,锚杆实际工作阻力可达1550KN。采用235圆钢端锚锚杆,实际工作阻力为5060。2MnSi煤帮全长锚固锚杆实际可达35125KN左右，平均0N,(8吨以上);煤帮端锚水泥锚固锚杆,实际仅为102KN。顶板全长锚固高强度锚杆是端锚普通的3.34倍;煤帮全长锚固高强度锚杆是水泥端锚普通的27倍。、规程P2324页,第四十四条,锚杆、锚喷规定。5、软岩使用锚杆支护时，必须全长锚固：全长锚固高强度锚杆的优点:可提高较高的锚固力,增强了围岩抗变形能力。全长锚固高强度锚杆（顶板）锚固力可达0025N（顶板锚杆202吨）；两帮可达35KN(平均0KN)，这样就增大了巷道抗围岩变形能力。全长锚固高强度锚杆的优点：可提高较高的锚固力,增强了围岩抗变形能力。全长锚固高强度锚杆(顶板）锚固力可达20250KN(顶板锚杆202吨）;两帮可达53KN（平均80K），这样就增大了巷道抗围岩变形能力。高强度全长锚固锚杆支护巷道顶底板移近量比普通锚杆支护的顶底板移近量减少了.94%；两帮移近量减少了4。（澳大利亚专家演示巷道检测）以东庞矿为例：顶底板移近量为181mm;两帮收敛量为36mm。使用高强度锚杆全长锚固支护技术,矿压显现结果