1、1 生產準備隊2014年7月（一級培訓一級教案）錨桿支護實用技術2.煤巷錨桿支護技術的沿革 我國煤巷錨桿支護技術的發展過程（1）起步階段（80年代中后期）（2）攻關階段（19911995年）（3）引進和消化階段（19961997年）（4）推廣和提高階段（1998年至今）2.煤巷錨桿支護技術的沿革 起步階段主要進行一些基礎性的研究和試驗錨桿支護理論、錨桿支護材料、施工機具與巖石巷道相同沒有合理的監測儀器煤巷錨桿支護的應用主要集中在少數幾個礦區 ,如徐州、新汶、淮南、西山等。 2.煤巷錨桿支護技術的沿革攻關階段煤巷錨桿支護技術作為國家“八五”期間的重點項目進行攻關 ,取得了一大批科研成果：n出現了

2、中性點等新理論n錨桿型式多樣化n液壓和電動鉆機相繼研究成功錨桿支護應用范圍明顯擴大。n大斷面開切眼n向圍巖穩定性差的回采巷道發展2.煤巷錨桿支護技術的沿革引進和消化階段引進國外技術 ,推動我國煤巷錨桿支護技術的發展和提高在引進、吸收和消化的基礎上 ,結合我國具體情況 ,集中現場、科研院所及大專院校等多方面的優勢 ,經過兩年大規模研究和試驗 ,初步形成了適合我國煤礦條件的煤巷錨桿支護成套技術2.煤巷錨桿支護技術的沿革推廣和提高階段國內各大礦區廣泛推廣應用 ,取得了顯著的技術經濟效益煤巷錨桿支護的比例已達到 30%以上 ,少數礦區已超過 80 %7煤巷錨桿支護作用機理從支護機理上看，錨桿支護屬于“

3、主動”支護，可以充分利用圍巖的自承能力，提高巷道圍巖的穩定性，將載荷體變為承載體。在相同生產地質條件下，錨桿支護的巷道圍巖變形量比棚式支護減少一半以上。從技術經濟上對比，錨桿支護可以節約大量鋼材，減少材料運輸工作量，減輕工人的勞動強度和改善作業環境；保持采煤工作面上下兩道和開切眼的暢通，為回采工作面快速推進和高產高效低成本生產創造有利條件；錨桿支護巷道施工簡單，機械化程度高，可大幅度降低巷道支護成本，提高掘進速度和生產效率。8（1） 懸吊理論 機理：機理：將巷道頂板較軟弱巖層懸吊在上部穩定巖層上，以避免較軟弱巖層的破壞、失穩和塌落，錨桿所受的拉力來自被懸吊的巖層重量。缺點：缺點：沒有考慮圍巖的

4、自承能力，而且將被錨固體與原巖體分開。適用條件：適用條件：錨桿可以錨固到頂板堅硬穩定巖層9（2） 組合梁理論 機理：機理：將錨固范圍內的巖層擠緊，增加各巖層間的摩擦力，防止巖石沿層面滑動，避免各巖層出現離層現象，提高其自撐能力。將巷道頂板錨固范圍內的幾個薄巖層鎖緊成一個較厚的巖層（組合梁）。在上覆巖層載荷的作用下，這種組合厚巖層內的最大彎曲應變和應力都將大大減小，組合梁的撓度亦減小。缺點：缺點：將錨桿作用與圍巖的自穩作用分開；隨著圍巖條件的變化，在頂板較破碎、連續性受到破壞時，組合梁也就不存在了。適用條件：適用條件：層狀地層頂板在相當距離內不存在穩定巖層，懸吊作用處于次要地位。10（3） 組合

5、拱（壓縮拱）理論 機理：機理：在破裂區中安裝預應力錨桿時，在桿體兩端將形成圓錐形分布的壓應力，如果沿巷道周邊布置錨桿群，只要鋪桿間距足夠小，各個錯桿形成的壓應力圓錐體將相互交錯，就能在巖體中形成一個均勻的壓縮帶，即承壓拱，這個承壓拱可以承受其上部破碎巖石施加的徑向荷載。在承壓拱內的巖石徑向及切向均受壓，處于三向應力狀態，其圍巖強度得到提高，支撐能力也相應加大。缺點缺點：一般不能作為準確的定量設計。適用條件：適用條件：頂板無穩定巖層11（4） 最大水平應力理論 機理：機理：礦井巖層的水平應力通常大于垂直應力，水平應力具有明顯的方向性。在最大水平應力作用下，頂底板巖層易于發生剪切破壞，出現錯動與松

6、動而膨脹造成圍巖變形，錨桿的作用即是約束其沿軸向巖層膨脹和垂直于軸向的巖層剪切錯動。缺點：缺點：直觀性較差。12一、金屬錨桿類型機械式錨桿 管縫式錨桿 粘結式錨桿13（1）機械式錨桿機械式錨桿是使用最早、結構多樣、數量較大的錨桿主要類型。機械式錨桿的錨固機構本身是一個統一體，在安裝錨桿時，錨固機構主要通過一個楔子系統在鉆孔中進行軸向或徑向相互錯動而張緊在鉆孔壁上。錨固機構通過摩擦連接將錨固力大多傳遞給巖層。機械式錨桿在安裝時，大多都產生預緊力。有時，甚至錨固機構必須直接依靠預緊力來固定。 機械式錨桿的優點是，安裝迅速，可即時達到承載力，可二次張緊，某些結構的錨桿還可以回收。其缺點是，鉆孔中的錨

7、固段較短，在高應力區容易導致巖層破壞和錨固區松動；因此，它主要用于強度較高的巖層。14（2）管縫式錨桿管縫式錨桿的桿體，由高強度、高彈性鋼管或薄鋼板卷成。沿管全長有一條開縫，管的上端是錐體，在管的下端焊有一個用鋼筋制成的圓環。桿體壁厚為2-4mm、直徑多為35-45mm（要求比鉆孔直徑大2-5mm），長度可據需要加工，一般為1.60-2.0M；開縫寬度一般10-15mm為宜。當桿體被外力強壓入鉆孔后，開縫管被迫壓縮，與孔壁之間產生徑向擠壓應力，使桿體牢固的脹撐在鉆孔內；桿體與孔壁間的摩擦力，便成為錨固力，并且是沿桿體全長分布的。管縫式錨桿具有錨固可靠、安裝方便且易于實現機械化操作；即可實現全長

8、錨固、又有較大預應力和滑移讓壓特性。15（3）粘結式錨桿 粘結式錨桿是通過粘結劑來取代錨固機構。粘結劑注入鉆孔內，凝固后可將桿體粘固在鉆孔中。錨桿錨固力向巖層的傳遞，主要是通過粘結的形式，而不是向鉆孔壁通過機械或摩擦脹固等施加的擠壓力。 粘結式錨桿的優點是，它能在較深的鉆孔中顯示出很好的粘著力，而且可以不可壓縮的傳遞很大的力。由于它在錨固巖層時，并不產生特別的接觸壓力，所以對巖層強度無特殊要求，從而也可在松散巖層中成功的使用。16高強錨桿錨桿的結構主要由螺紋鋼桿體、穹形球體、塑料增壓墊圈、驅動螺母、托盤和樹脂藥卷等組成。17國外高強錨桿高強（s=340360Mpa），超高強 s600 Mpa

9、延伸率 1727%澳大利亞研究的高強度錨桿，桿體（直徑）的破斷力達；直徑的超高強度錨桿，其桿體的破斷力達。美國制造錨桿的鋼材屈服強度為a。而英國制造錨桿的鋼材的屈服強度可達a。18二、錨固劑我國煤礦中主要使用的錨固劑是樹脂和快硬水泥兩種類型。這兩種類型的錨固劑在如下幾個方面的性能具有十分顯著的差別19樹脂錨固劑20(1)固化時間超快型樹脂錨固劑的凝膠(初凝)時間為0.5-1.0鐘，快硬水泥錨固劑的凝膠(初凝)時間為3-5分鐘。這就意味著使用樹脂錨固劑更能及時地支護圍巖，保證頂板安全和穩定。21(2)不同時期的抗壓強度超快型樹脂錨固劑在錨桿安裝5分鐘后強度就可達到21MPa，相當其最終強度的30

10、%左右;半小時后的強度大于35MPa。各種類型樹脂錨固劑在1天后的強度便可超過60MPa，達到最終強度的80%以上。快硬水泥錨固劑的早期強度則很低，錨桿安裝5分鐘時強度幾乎為零;半小時后的強度為4.3-4.6MPa，一小時后的強度也僅為8-10MPa；7天以后抗壓強度僅可達到樹脂錨固劑強度的一半左右。樹脂錨固劑的強度性能比快硬水泥好得多，尤其是在早期強度方面樹脂錨固劑有更大的優越性。22(3)錨固力樹脂錨固和水泥錨固相比最大的優點是錨固力大。根據邢臺礦務局葛權、東龐，邢臺等礦煤巷數百根錨桿拉拔力試驗對比分析，樹脂錨桿的拉拔力一般比使用水泥錨固劑大2.7-4.2倍。使用CK型樹脂錨固劑時，15-

11、25分鐘時的錨固力就是用水泥藥卷1天后的錨固力的2.7倍左右，這對于及時加固圍巖具有重要意義。23(4)可靠性使用樹脂錨固劑時錨桿一般使用機具安裝，安裝質量容易保證，所以每根樹脂錨桿的錨固力通常都能達到設計能力。使用快硬水泥錨固劑的錨桿安裝都是手工作業，許多工序(例如浸水時間、搗固藥卷等)的施工質量不好控制，很難保證錨桿安裝質量。根據實測結果，水泥藥卷錨固時各根錨桿的錨固力相差很大，達不到設計錨固力的錨桿往往占較大比例。24三、托梁及護網25托梁鋼帶主要使用在頂板。在巷道兩幫煤體較破碎、松軟時可使用鋼筋梯子梁護幫。鋼筋梯子梁也使用在頂板。26護網網的作用主要是維護錨桿間比較破碎的巖石，防止小巖

12、塊掉落，同時對提高錨桿支護的整體效果也有一定的作用。網可分為金屬網和非金屬網。27鋼（鐵）絲網一般采用-的鋼（鐵）絲編織而成。根據網孔形狀和結構的不同，可分為經緯網和菱形網，經緯網孔的尺寸為-。而菱形網孔的尺寸為 - 。由于菱形網具有柔性好、強度高、孔形不變、連接方便等優點，現在逐步取代了經緯網。28鋼筋網由鋼筋焊接而成的大網格金屬網，它由受力筋和分布筋構成。鋼筋網橫向筋一般為受力筋，直徑左右，縱向筋一般為左右。網格左右。這種網強度和剛度都比較大，不僅能夠阻止松動巖塊掉落，而且可以有效地增加錨桿支護的整體效果，適用于大變形、高地應力巷道。29塑料、聚脂網塑料網的優點是成本低、輕便、抗腐蝕等，但

13、其強度和剛度較低。聚脂網具有強度大、重量輕、剛度好等諸多優點。但由于價格較高，還沒有廣泛使用。30四、錨桿鉆機、鉆頭鉆桿從動力區分有風動、電動、液壓三種。從破巖方式區分有旋轉、沖擊兩種。為了實現樹脂錨桿的快速安裝，保證有較大的扭矩，一般采用旋轉式錨桿鉆機。31液壓錨桿鉆機鉆孔應特別注意在開孔時鉆機的推力要小，正常鉆進時保持推力與鉆進速度相匹配，防止鉆桿彎曲及造成孔壁不光滑而影響錨桿的安裝。在更換鉆桿時不要挪動錨桿鉆機，以免第二根鉆桿不能沿第一根鉆桿原有的軸線進行鉆進，使鉆孔不能保持直線，給錨桿安裝帶來困難。安裝錨桿時，也不要挪動錨桿鉆機，以免錨桿不能沿鉆孔的軸線前進，使錨桿與鉆孔的摩擦阻力過大

14、，安裝困難。32風動錨桿鉆機33鉆頭鉆桿鉆頭一般使用-。鉆桿使用19或六方鉆桿，其長度根據設計孔深選擇。當錨桿長度大于時，因單體錨桿鉆機最低高度在.左右，而巷道高度大多小于，不能用一根鉆桿一次成孔，需換鉆桿；即使巷道高度滿足一次成孔高度要求，因過長的鉆桿露在孔外易產生彎曲變形，在鉆機推力大而鉆進速度慢的情況下易出現鉆桿折斷、傷人事故，所以鉆時先用短鉆桿再換長鉆桿。34五、快速安裝器 35開槽銷釘式快速安裝器的安裝過程鉆孔至設計深度；將樹脂藥卷輕輕送入鉆孔內，一般使用超快或快速和中速兩種凝結速度的樹脂藥卷，超快或快速的藥卷放在孔底，中速的藥卷放在孔的外段；用組裝好的錨桿將藥卷輕輕送人孔底并與鉆機

15、聯結；開動錨桿鉆機邊推進邊攪拌，直到將錨桿送人孔底，時間大約-；等待樹脂藥卷固化，大約-；開動鉆機將剪切銷剪斷后，用鉆機上緊螺母；關閉旋轉及氣腿開關，放下鉆機。36六、小孔徑預應力錨索加強支護 預應力錨索主要材料為：鋼絞線、鎖具、錨固劑。由于它錨固深度大，將下部不穩定巖層錨固在上部穩定的巖層中，可靠性較大；可施加預應力，主動支護圍巖，因而是支護技術中一種可靠有效的手段。在大斷面、地質構造破壞地段、頂板軟弱且較厚、高地應力、綜放巷道等困難、復雜的巷道中，37注水泥漿及樹脂膠泥錨固注水泥漿及樹脂膠泥錨固，需一套小型注漿泵，施工工藝相對采用普通樹脂藥卷錨固要復雜，尤其采用注水泥漿，需養護較長時間才能

16、安裝錨具、張拉，不能及時支護。但注水泥漿及樹脂膠泥錨固可靠性較高，錨固力大，在鉆孔含水時，采用普通樹脂藥卷錨固，其錨固力較小，有可能達不到設計錨固力。38用普通樹脂藥卷加長錨固采用普通樹脂藥卷加長錨固，與注水泥漿和樹脂膠泥相比，不需注漿泵，使用錨桿鉆機帶動錨索攪拌樹脂藥卷，簡化了錨索安裝工序，由于樹脂藥卷凝結時間短，一般等待后即可安裝鎖具、張拉，實現了錨索快速安裝、及時承載，有利于巷道快速施工和圍巖穩定。但樹脂藥卷錨固時，其錨固力不穩定，鉆孔出水時，錨固力更小。在巷道圍巖較破碎時，常出現不能將樹脂藥卷送人孔底，錨固在鉆孔的中部，藥卷擠入圍巖裂隙后，錨固長度達不到設計要求，另外受巷道高度及錨桿鉆

17、機的扭矩所限，錨固長度受到限制，一般小于，不如注水泥漿和樹脂膠泥靈活。39七、現場監測巷道圍巖表面位移巷道圍巖深部位移全長錨固錨桿的受力分布端部錨固錨桿的載荷大小錨桿錨固區內、外的離層值40巷道表面收斂反映巷道表面位移的大小及巷道斷面縮小程度，可以判斷圍巖的運動是否超過其安全最大允許值，是否影響巷道的正常使用；41圍巖深部位移反映距巷道表面不同深度的圍巖移近量，可以判定圍巖的塑性區范以及圍巖的穩定狀況，分析錨桿和圍巖之間是否發生錯動，可以判斷錨桿的應變是否超過限應變；42 錨桿的受力其大小可以判斷錨桿的工作狀態及其參數是否合理，如錨桿選擇、布置密度是否合適等；43頂板下沉量反映巷道表面的收斂以及斷面的縮小情況；44頂板錨固區內力的離層值用于判斷頂板錨固區內、外圍巖的穩定性以及錨桿支護數的合理性；45頂板錨桿受力的大小及分布可以判斷錨桿是否發生斷裂、屈服，從而確定頂板是否定，錨桿支護參數是否合理。46測力錨桿 47測力錨桿的組成測力錨桿是測量錨桿全長錨固工作狀態下受力的大小及分布狀況的專用錨桿，主要由桿體、保護接頭、靜態電阻應變儀、多通道轉換開關、安裝接頭、聯接導線等幾部分組成。48安裝測力錨桿的目的分析錨桿和圍巖的相互作用關系，研究全長錨固機理；實測錨桿受力，確定支護強度，分析圍巖的強化程度，為錨桿支護設計提供依據；根據錨桿受力變化，判斷錨桿