fAAA锚杆支护理论与工程实践.ppt

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1、fAAA锚杆支护理论与工程实践 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望1995年时国内外状况年时国内外状况u澳、美、英锚杆支护比重已达90%以上，德、俄、波正在大力发展，比重在50%以上；我国为15.15%（低水平）。1锚杆支护发展锚杆支护发展2u世界上最早使用锚杆并以锚杆作为唯一的煤矿顶板支护方式的国家。u美国最早开创性地使用锚杆可以追溯到本世纪30年代初，1943年开始有计划有系统地使用锚杆。u1947年在原美国矿务局研究中心旨在减少顶板事故的努力下锚

2、杆受到普遍欢迎。在不到2年的时间内，锚杆在采矿工业中得到普及。国外国外美国美国3uu6060年代末年代末发明树脂锚固剂发明树脂锚固剂，锚杆使用的相当一部分，锚杆使用的相当一部分比例都是以树脂锚固剂全长胶结的形式比例都是以树脂锚固剂全长胶结的形式。uu在在7070年代末，美国首次将涨壳式锚头与树脂锚固剂年代末，美国首次将涨壳式锚头与树脂锚固剂联合使用，使得锚杆具有很高的预拉力，锚杆的联合使用，使得锚杆具有很高的预拉力，锚杆的高高预拉力预拉力可以达到杆体本身强度的可以达到杆体本身强度的50%50%75%75%。4美国锚杆技术精髓美国锚杆技术精髓“两高一大两高一大”uu高强度高强度uu高预拉力高预拉

3、力uu大排间距大排间距uu支护领域的专业化、产业化。支护领域的专业化、产业化。uu锚杆设计、制造、服务一体化。锚杆设计、制造、服务一体化。uu锚杆等支护产品精细加工，而非材料消耗、废品利用锚杆等支护产品精细加工，而非材料消耗、废品利用uu 支护手段多样化、多系列，以适应各种不同的条件。支护手段多样化、多系列，以适应各种不同的条件。uu 高新技术用于锚杆设计。高新技术用于锚杆设计。美国的成功经验美国的成功经验5uu19521952年大规模使用机械式端部锚固锚杆（楔缝式、倒年大规模使用机械式端部锚固锚杆（楔缝式、倒楔式、涨壳式），锚固力变化大、支护刚度小、可靠楔式、涨壳式），锚固力变化大、支护刚度

4、小、可靠性差。但最终证明英国较软弱的煤系地层不适宜用机性差。但最终证明英国较软弱的煤系地层不适宜用机械式锚杆。械式锚杆。uu到到6060年代中期，英国逐渐开始不使用锚杆支护技术。年代中期，英国逐渐开始不使用锚杆支护技术。uu19871987年，由于煤矿亏损，煤矿私有化。英国煤炭公司年，由于煤矿亏损，煤矿私有化。英国煤炭公司参观澳大利亚煤矿，引进澳大利亚锚杆技术，在全行参观澳大利亚煤矿，引进澳大利亚锚杆技术，在全行业重新推广锚杆支护，煤矿开始盈利。业重新推广锚杆支护，煤矿开始盈利。英国英国6uu主要推广全长树脂锚固锚杆，强调锚杆强度要高。主要推广全长树脂锚固锚杆，强调锚杆强度要高。uu其锚杆设计

5、方法是将地质调研、设计、施工、监测、信其锚杆设计方法是将地质调研、设计、施工、监测、信息反馈等相互关联、相互制约的各个部分作为一个系统息反馈等相互关联、相互制约的各个部分作为一个系统工程进行考察，使它们形成一个有机的整体，形成了锚工程进行考察，使它们形成一个有机的整体，形成了锚杆支护系统的设计方法。杆支护系统的设计方法。澳大利亚澳大利亚7uu自自19321932年发明型钢支架以来，主要采用型钢支架年发明型钢支架以来，主要采用型钢支架支护巷道，支护比重达到支护巷道，支护比重达到90%90%以上。以上。uu自自8080年代以来，由于采深加大，型钢支架支护费用年代以来，由于采深加大，型钢支架支护费用

6、高，巷道维护日益困难，开始使用锚杆支护。高，巷道维护日益困难，开始使用锚杆支护。uu8080年代初期，锚杆支护在鲁尔矿区试验成功。年代初期，锚杆支护在鲁尔矿区试验成功。德国德国8uu采用高强度、超高强度材料制造锚杆，加工精细，采用高强度、超高强度材料制造锚杆，加工精细，将锚杆作为产品、实现了产业化、商品化，而不将锚杆作为产品、实现了产业化、商品化，而不是简单的支护材料，并形成适用于不同条件的系是简单的支护材料，并形成适用于不同条件的系列化产品。列化产品。uu形成一整套比较科学的设计方法，以巷道围岩地形成一整套比较科学的设计方法，以巷道围岩地质力学评估及井下实测数据为基础，强调最大水质力学评估及

7、井下实测数据为基础，强调最大水平应力在巷道布置与支护参数设计上的应用。平应力在巷道布置与支护参数设计上的应用。国外锚杆支护的发展现状国外锚杆支护的发展现状成功经验成功经验9uu采用可靠的监测手段，大力推广应用顶板光纤窥采用可靠的监测手段，大力推广应用顶板光纤窥视仪、顶板离层指示仪、围岩深部多点位移计、视仪、顶板离层指示仪、围岩深部多点位移计、测力锚杆等监测仪器。测力锚杆等监测仪器。uu坚持科学管理，严格质量监测，形成了从理论到坚持科学管理，严格质量监测，形成了从理论到实践的完善的锚杆支护技术体系。实践的完善的锚杆支护技术体系。uu有比较可靠的配套机具，采用掘锚一体化联合掘有比较可靠的配套机具，

8、采用掘锚一体化联合掘进机或性能良好的单体锚杆钻机，满足施工要求，进机或性能良好的单体锚杆钻机，满足施工要求，并能实现快速掘进。并能实现快速掘进。10国内支护发展支护发展2个阶段：以个阶段：以1995年引进澳大利亚锚杆支护技术为年引进澳大利亚锚杆支护技术为分界点。（之前机械锚固、钢丝绳砂浆锚杆以及开发分界点。（之前机械锚固、钢丝绳砂浆锚杆以及开发研制的快硬水泥锚杆；之后高强度树脂锚固锚杆）研制的快硬水泥锚杆；之后高强度树脂锚固锚杆）锚杆支护理论、锚杆支护设计方法、施工机具、小锚杆支护理论、锚杆支护设计方法、施工机具、小孔径预应力锚索加强支护、锚杆孔径、锚固剂及锚固孔径预应力锚索加强支护、锚杆孔径

9、、锚固剂及锚固方式、监测技术等均发生了变化。方式、监测技术等均发生了变化。美国、澳大利亚接近美国、澳大利亚接近100%100%，英国，英国80%80%，美国锚杆，美国锚杆支护为巷道顶板的唯一支护方式。支护为巷道顶板的唯一支护方式。我国我国1995年时约年时约15.15%15.15%，目前约，目前约50%。11锚杆支护使用范围锚杆支护使用范围、类全面推广，类全面推广，、类得到推广应用类得到推广应用综放沿空掘巷锚杆支护综放沿空掘巷锚杆支护软弱、破碎煤巷锚杆支护软弱、破碎煤巷锚杆支护三软煤巷锚杆支护三软煤巷锚杆支护深井煤巷锚杆支护深井煤巷锚杆支护12锚杆支护效果锚杆支护效果锚杆支护与架棚支护相比，其

10、优越性表现在：锚杆支护与架棚支护相比，其优越性表现在：属于主动支护属于主动支护将巷道围岩变成承载体将巷道围岩变成承载体对巷道不规则断面适应性强对巷道不规则断面适应性强巷道围岩变形量显著减小，安全生产得到保证，大幅巷道围岩变形量显著减小，安全生产得到保证，大幅度减少度减少了冒顶、瓦斯、火灾事故了冒顶、瓦斯、火灾事故简化巷道布置，减少岩石工程简化巷道布置，减少岩石工程实现沿空掘巷，提高煤炭资源采出率，延长矿井寿命实现沿空掘巷，提高煤炭资源采出率，延长矿井寿命锚杆支护具有巨大的技术经济效益和社会效益，是锚杆支护具有巨大的技术经济效益和社会效益，是我国煤炭行业继综合机械化之后的第二次我国煤炭行业继综合

11、机械化之后的第二次支护技术革命支护技术革命13拱型可缩性支架破坏木支架严重损坏支架破坏实况架棚巷道变形和支架损坏情况架棚巷道变形和支架损坏情况14沿空掘巷维护状况沿空掘巷维护状况15锚杆支护巷道维护状况锚杆支护巷道维护状况162锚杆支护理论17（1）悬吊理论）悬吊理论机理：将巷道顶板较软弱岩层悬吊在稳定岩层上，以机理：将巷道顶板较软弱岩层悬吊在稳定岩层上，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。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

12、开。原岩体分开。18（1）悬吊理论）悬吊理论适用条件：适用条件：锚杆可以锚固到顶板坚硬稳定岩层19（2）组合梁理论）组合梁理论机理：将锚固范围内的岩层挤紧，增加岩层间的摩擦力，机理：将锚固范围内的岩层挤紧，增加岩层间的摩擦力，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。将几层薄岩层锁紧成一个较厚的岩层（组合梁）自撑能力。将几层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。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。曲应变和应力都将大大减小

13、，组合梁的挠度亦减小。缺点：将锚杆作用与围岩的自稳作用分开；在顶板较破碎、缺点：将锚杆作用与围岩的自稳作用分开；在顶板较破碎、连续性受到破坏时，难以形成组合梁。连续性受到破坏时，难以形成组合梁。适用条件：适用条件：层状地层层状地层顶板在相当距离内不存在稳定顶板在相当距离内不存在稳定岩层，悬吊作用处于次要地位。岩层，悬吊作用处于次要地位。20（3）组合拱理论）组合拱理论机理：在破碎区安装预应力锚杆时，在杆体两端将形成机理：在破碎区安装预应力锚杆时，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，各个锚杆形成的压应力

14、圆锥体将相要铺杆间距足够小，各个锚杆形成的压应力圆锥体将相互交错，在岩体中形成一个均匀的压缩带，即承压拱，互交错，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。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。态，其围岩强度得到提高，支撑能力也相应加大。缺点：缺点：一般不能作为准确的定量设计。适用条件：适用条件：顶板无稳定岩层21（4）最大水平应力理论）最大水平应力理论机理：矿井岩层的水平应力通常大于垂直应力，水平机

15、理：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。胀和垂直于轴向的岩层剪切错动。22（4）最大水平应力理论）最大水平应力理论23围岩与支护强度的关系围岩与支护强度的关系围岩与支护强度的关系围岩与支护强度的关系随支护强度增加，围岩的极限强度和残余强度提高，随支护强度增加，围岩的极限强度和残余强度提高，

16、随支护强度增加，围岩的极限强度和残余强度提高，随支护强度增加，围岩的极限强度和残余强度提高，围岩残余强度提高到一定程度就能保持巷道稳定。围岩残余强度提高到一定程度就能保持巷道稳定。围岩残余强度提高到一定程度就能保持巷道稳定。围岩残余强度提高到一定程度就能保持巷道稳定。（5）锚杆支护围岩强度强化理论）锚杆支护围岩强度强化理论24（5）锚杆支护强度强化理论）锚杆支护强度强化理论 锚杆与围岩相互作用，形成锚杆锚杆与围岩相互作用，形成锚杆围岩的共同承载围岩的共同承载结构，改善锚固体力学性能，提高锚固体峰值强度和残结构，改善锚固体力学性能，提高锚固体峰值强度和残余强度，特别是残余强度的提高，有效提高围岩

17、的自承余强度，特别是残余强度的提高，有效提高围岩的自承能力，控制围岩塑性区、破碎区发展，促使巷道围岩由能力，控制围岩塑性区、破碎区发展，促使巷道围岩由不稳定状态向稳定状态转变。不稳定状态向稳定状态转变。25 锚固体锚固体C C、C C*、*随锚杆支护强度随锚杆支护强度 t t的增加而提高。的增加而提高。不同锚杆支护强度下锚固体破坏前的不同锚杆支护强度下锚固体破坏前的C、值值锚杆支护强度锚杆支护强度 t/MPa00.060.080.110.140.170.22等效内聚力等效内聚力C/MPa0.34660.35680.36260.36770.38280.37730.3869等效内摩擦角等效内摩擦角

18、 /31.5131.5333.5135.5737.1438.840.4不同锚杆支护强度下锚固体破坏后的不同锚杆支护强度下锚固体破坏后的C*、*值值锚杆支护强度锚杆支护强度t/MPa00.060.080.110.140.170.22等效内聚力等效内聚力C*/MPa0.01680.01820.01830.01840.01860.01940.021等效内摩擦角等效内摩擦角 */31.5131.5333.5135.5737.1438.840.426图图锚固体应力应变曲线图锚固体应力应变曲线图注：曲线上数字为锚杆支护强度注：曲线上数字为锚杆支护强度t（MPa）锚固体强度随锚杆支护强度锚固体强度随锚杆支护

19、强度t 的提高而得到强的提高而得到强化，达到一定程度就可保持围岩稳定。化，达到一定程度就可保持围岩稳定。锚固体锚固体 1、1*的表达式：的表达式：式中：式中：1锚固体极限强度，锚固体极限强度，MPa，1*锚固体残余强度，锚固体残余强度，MPa。t 锚杆支护强度，锚杆支护强度，MPa提高支护强度提高支护强度 t，可使，可使C、C*、*提提高；它们的提高，使高；它们的提高，使 1、1*显著增强。显著增强。发展高（超高）强发展高（超高）强度锚杆，提高支护强度度锚杆，提高支护强度 t 、围岩更加稳定。、围岩更加稳定。273锚杆支护体系锚杆支护体系283.1 锚杆的结构类型1）钢筋或钢丝绳砂浆锚杆钢筋砂

20、浆锚杆钢丝绳砂浆锚杆钢筋或钢丝绳砂浆锚杆是全长锚固型锚杆。设计锚固为为3050KN。292）全属倒楔式锚杆由杆体、固定楔、活动倒楔、垫板和螺帽组成，属端头锚固型，安装后可立即承载，可回收。锚固力达40kN左右。常用于围岩比较破碎，需要立即承载的地下工程。303 3）楔缝式锚杆楔缝式锚杆 楔缝式锚杆结构1-杆体2-楔缝3-丝扣4-楔子5-垫板6-螺母314 4）胀壳式锚杆胀壳式锚杆 u胀胀壳壳式式锚锚杆杆：靠靠锥锥形形螺螺帽帽前前移移迫迫使使胀胀壳壳向向左左右右张张开开、楔楔嵌嵌入入孔孔壁壁。锚锚杆杆结结构构较较复复杂杂，对对围围岩岩能能及及时时支支护护。锚锚固固力力一一般般为为5050100k

21、N100kN。可可回收。回收。杆体涨圈垫圈楔形螺母325 5）两瓣涨圈式锚杆）两瓣涨圈式锚杆 33用树脂为粘结剂，在固化剂和加速剂的作用下，将锚杆用树脂为粘结剂，在固化剂和加速剂的作用下，将锚杆的头部粘结在锚杆孔内。端头锚固型树脂锚杆是由树脂药包的头部粘结在锚杆孔内。端头锚固型树脂锚杆是由树脂药包和杆体组成。和杆体组成。6 6）树脂锚杆）树脂锚杆347 7）注浆锚杆）注浆锚杆 35快硬水泥锚杆的杆体结构与树脂锚杆相同，是端头锚固型锚杆。8 8）快硬膨胀水泥锚杆）快硬膨胀水泥锚杆36 管缝式锚杆是采用高强度钢板卷压成带纵缝的管状杆体外径38.1，用凿岩机强行压入比杆径小23mm的锚孔，为安装方便

22、，打入端略呈锥形。由于管壁弹性恢复力挤压孔壁而产生锚固力，属全长锚固型锚杆。对地层横向错动，有良好适应能力，钻孔变弯曲，锚固得更牢。9 9）管缝式锚杆）管缝式锚杆37 结构可伸缩式锚杆结构可伸缩式锚杆。这种锚杆是对杆件、内锚头、外锚头及托板等构件采用特殊结构实现可伸缩的目的。1010）可伸缩式锚杆）可伸缩式锚杆38（2）杆体可伸缩锚杆）杆体可伸缩锚杆用优质钢材，并对材料进行专门加工处理，可制成较大延伸率的锚杆杆体。3911）其它锚杆l水力膨胀式锚杆l胀裂式速效预应力锚杆l玻璃钢锚杆l中空自钻式锚杆40玻璃钢锚杆水力膨胀锚杆将无缝钢管轧制成双层异形杆体，然后注入压力2530MPa的高压力水，使异

23、形钢管锚杆膨胀变形，紧紧地镶嵌在锚孔的岩壁上。413.2目前我国锚杆支护体系及要求目前我国锚杆支护体系及要求（1）锚杆）锚杆高强度、大直径。破断载荷一般在高强度、大直径。破断载荷一般在200300kN以以上，近年应用破断载荷上，近年应用破断载荷400kN以上的锚杆。以上的锚杆。延伸率均大于延伸率均大于15%锚杆直径锚杆直径2022mm稳定性较高、维护要求低、服务时间短的巷道可稳定性较高、维护要求低、服务时间短的巷道可以采用以采用Q235圆钢制造。圆钢制造。42采用左旋、无纵筋高强度螺纹钢锚杆，等强（锚采用左旋、无纵筋高强度螺纹钢锚杆，等强（锚杆尾部螺纹部分采用墩粗或热处理、滚丝）杆尾部螺纹部分

24、采用墩粗或热处理、滚丝）锚杆成套：锚杆成套：杆体杆体、托盘托盘（钢板轧制，厚度根据矿（钢板轧制，厚度根据矿压确定）、压确定）、球形垫圈球形垫圈（铸钢）、（铸钢）、减摩垫圈减摩垫圈（1个聚个聚氨酯、氨酯、1个铝合金）、个铝合金）、螺母螺母（高强度、快速安装螺（高强度、快速安装螺帽）帽）43（2）锚固剂及锚固方式）锚固剂及锚固方式锚固剂：树脂药卷，一般采用凝结速度为超快与中速锚固剂：树脂药卷，一般采用凝结速度为超快与中速的树脂药卷配合。的树脂药卷配合。44锚固方式锚固方式锚固方式锚固方式全长锚固全长锚固全长锚固全长锚固：锚杆中部受力最大；增阻速度快。具有较：锚杆中部受力最大；增阻速度快。具有较大的

25、抗剪切能力。增加岩层间的法向力，阻止层间错大的抗剪切能力。增加岩层间的法向力，阻止层间错动，防止离层。在锚固范围内锚杆伸长动，防止离层。在锚固范围内锚杆伸长1mm，可产生，可产生1020kN的锚固力，支护刚度大。的锚固力，支护刚度大。端头锚固：端头锚固：类。类。全长或加长锚固：全长或加长锚固：类类uu约束围岩的径约束围岩的径向膨胀和横向向膨胀和横向剪切剪切45使用药卷长度一般使用药卷长度一般CK2335、Z2360mm，复合顶板一，复合顶板一般采用双速般采用双速2360和和Z2360。46（3）三径匹配）三径匹配钻孔直径比锚杆直径大钻孔直径比锚杆直径大610mm钻孔直径比树脂药卷大钻孔直径比树

26、脂药卷大6mm左右左右一般钻孔直径一般钻孔直径29mm，锚杆直径，锚杆直径20、22mm，树脂，树脂药卷直径药卷直径23mm。锚固力与钻孔直径、锚固力与钻孔直径、锚杆直径的关系锚杆直径的关系47（4）网及钢带）网及钢带网：采用金属网、塑料网。严禁将最前排锚杆网：采用金属网、塑料网。严禁将最前排锚杆螺帽松开或等待后压网。螺帽松开或等待后压网。钢带：钢筋梯子梁、钢带：钢筋梯子梁、M型钢带、型钢带、W型钢带等。型钢带等。要求钢筋梯子梁采用要求钢筋梯子梁采用高强度高强度焊条焊接，防止开焊条焊接，防止开焊。钢带的厚度或钢筋直径根据矿压确定。焊。钢带的厚度或钢筋直径根据矿压确定。48（5）施工机具）施工机

27、具机载锚杆钻机机载锚杆钻机钻机钻机顶板：风动锚杆钻机、液压钻机、凿岩机顶板：风动锚杆钻机、液压钻机、凿岩机两帮：强力煤电钻、帮锚杆钻机两帮：强力煤电钻、帮锚杆钻机钻头：合金钢钻头、金刚石钻头钻头：合金钢钻头、金刚石钻头钻杆：钻杆：B19、B22六方中空合金钢钻杆六方中空合金钢钻杆安装器：顶板锚杆采用锚杆钻机，帮锚杆采用风炮安装器：顶板锚杆采用锚杆钻机，帮锚杆采用风炮联接器：快速联接器联接器：快速联接器联接器联接器快速安装螺母快速安装螺母49（5）施工机具）施工机具顶板钻机：风动锚杆钻机、液压钻机、凿岩机顶板钻机：风动锚杆钻机、液压钻机、凿岩机两帮钻机：强力煤电钻、帮锚杆钻机两帮钻机：强力煤电钻

28、、帮锚杆钻机当当当当f8f8，优先选用锚杆机；当，优先选用锚杆机；当，优先选用锚杆机；当，优先选用锚杆机；当f 8f 8时，宜选用凿岩机。时，宜选用凿岩机。时，宜选用凿岩机。时，宜选用凿岩机。锚杆安装：应采用锚杆机，严禁采用凿岩机。锚杆安装：应采用锚杆机，严禁采用凿岩机。锚杆安装：应采用锚杆机，严禁采用凿岩机。锚杆安装：应采用锚杆机，严禁采用凿岩机。50钻头：合金钢钻头、金刚石钻头钻头：合金钢钻头、金刚石钻头钻头：合金钢钻头、金刚石钻头钻头：合金钢钻头、金刚石钻头在在在在f6f6时，使用两种钻头钻速基本一致，而普通型时，使用两种钻头钻速基本一致，而普通型时，使用两种钻头钻速基本一致，而普通型时

29、，使用两种钻头钻速基本一致，而普通型钻头消耗费用低，因此应优先选用普通型钻头；在钻头消耗费用低，因此应优先选用普通型钻头；在钻头消耗费用低，因此应优先选用普通型钻头；在钻头消耗费用低，因此应优先选用普通型钻头；在6f 86f 8时，使用金刚石钻头的钻速提高时，使用金刚石钻头的钻速提高时，使用金刚石钻头的钻速提高时，使用金刚石钻头的钻速提高4 4倍以上，倍以上，倍以上，倍以上，而且费用接近，因此应优先选用金刚石钻头。而且费用接近，因此应优先选用金刚石钻头。而且费用接近，因此应优先选用金刚石钻头。而且费用接近，因此应优先选用金刚石钻头。51（6）小孔径预应力锚索加强支护）小孔径预应力锚索加强支护是

30、一种主动加强支护是一种主动加强支护以锚杆支护为主，以锚索为辅以锚杆支护为主，以锚索为辅树脂锚固端加粗，钻孔与锚索直径不匹配树脂锚固端加粗，钻孔与锚索直径不匹配锚固在稳定煤岩层中均可以锚固在稳定煤岩层中均可以高应力巷道可以采用直径高应力巷道可以采用直径18mm的锚索的锚索52（7）桁架支护）桁架支护桁架改变顶板的应力状态，拉应力将减小，甚桁架改变顶板的应力状态，拉应力将减小，甚至出现压应力；至出现压应力；预紧力增加裂隙体间的摩擦作预紧力增加裂隙体间的摩擦作用，提高顶板稳定性；用，提高顶板稳定性；提高顶板两肩窝的抗剪提高顶板两肩窝的抗剪切能力，防止剪切冒落。切能力，防止剪切冒落。53单式双拉杆桁架

31、锚杆 1锚头；2锚杆；3托架；4水平拉杆 54复式桁架锚杆 1锚杆；2拉杆；3拉紧器；4垫木 55交叉桁架锚杆 564 锚杆支护巷道冒顶调查分析（参考贾明魁博士学位论文）（参考贾明魁博士学位论文）574 锚杆支护巷道冒顶调查分析（参考贾明魁博士学位论文）（参考贾明魁博士学位论文）18个矿区调研结果开滦、铁法、大同、汾西、潞安、晋城、邢台、平顶山、鹤壁、郑州、徐州、淮南、淮北、兖州、新汶、邯郸、焦作、义马等58（1）岩层组合劣化型）岩层组合劣化型l非稳定岩层变厚超过锚杆（索）长度非稳定岩层变厚超过锚杆（索）长度冒顶原因:直接顶板泥岩厚度由设计时的4.4m变为冒顶时的6.3m,超过了设计的锚索长度

32、(5m)共发生48起，占总事故数的29.63%。59（1）岩层组合劣化型）岩层组合劣化型l稳定岩层变薄稳定岩层变薄冒顶原因:9与10煤层间设计时粉砂岩厚79m变为冒落时的4.06m。锚索锚在了煤层中,锚固能力大大降低.冒落长40m，宽6m，高6.5m.此类事故共发生19起，占总事故数的11.73%。60（1）岩层组合劣化型）岩层组合劣化型l顶板一定范围内出现软弱夹层顶板一定范围内出现软弱夹层此类事故共发生32起，占总事故数的19.75%。冒顶原因:直接顶板泥岩与基本顶砂岩间突然出现50mm厚的一层煤线。长9.4m，宽4.2m，高2.35m61（2）岩层结构缺陷型）岩层结构缺陷型 l顶板出现小断

33、层顶板出现小断层此类事故共发生15起，占总事故数的9.26。62（2）岩层结构缺陷型）岩层结构缺陷型 l巷道附近出现隐含小断层巷道附近出现隐含小断层事故共发生10起，占总事故数的6.17%。63（2）岩层结构缺陷型）岩层结构缺陷型 l节理发育节理发育褶曲构造引起顶板局部变化，斜交节理发育，导致巷道顶板楔形冒落。长宽高为（2030）(2.83.2)（0.82.5）m此类事故共有7起，占总事故数的4.32。64（2）岩层结构缺陷型）岩层结构缺陷型 l围岩出现镶嵌型结构围岩出现镶嵌型结构共4起，占调查事故总数的2.5%65l（3）应力突变）应力突变因应力突变导致冒顶事故共有因应力突变导致冒顶事故共有

34、10起，占调查事故总数起，占调查事故总数的的6.2l（4）施工不良型）施工不良型此类原因造成的顶板事故收集到3起66CD型（岩层组合劣化型）CB1 型（锚固失效）-2起，1.23%CB2 型（不及时支护）-4起，2.47%CB3 型（偷工减料）-3起，1.85%CB型（施工不良型）CD1型（非稳定岩层变厚）-48起，29.63%CD2型（稳定岩层变薄）-19起，11.73%CD3型（锚固范围外的岩层间出现软弱夹层）-32起，19.75%CD4型（与水分有关）SF2.1型（显现）-15起，9.26%SF2.2型（隐含）-10起，6.17%SF3.1型（锅底矸）-2起 SF3.2型（古槽）-1起

35、SF3.3型（陷落柱）-1起 SF1型（节理）-7起，4.32%SF2型（断层）SF3型（镶嵌型构造）SF型（岩层结构缺陷型）SC型（应力突变型）SC1 型（原岩应力）-4起，2.47%SC2 型（次生应力）-6起，3.7%CD4.1型（地下水）-6起，CD4.2型（潮湿空气）-2起，4.93%（107起，66.4%）（25起，15.43%）（4起，2.47%）（36起，22.22%）（10起，6.2%）（9起，5.55%）冒顶事故分类冒顶事故分类67多发地点断层、褶曲等地质构造破坏带层理裂隙发育的岩层中掘进工作面无支护巷道过长685锚杆支护设计方法可归纳为三大类，分别是可归纳为三大类，分别是

36、工程类比法、理工程类比法、理论计算法论计算法、以计算机数值模拟为基础的、以计算机数值模拟为基础的动态动态系统设计方法系统设计方法。69（1）工程类比法）工程类比法是一种实用的方法，在我国锚杆支护设计中占是一种实用的方法，在我国锚杆支护设计中占主导地主导地位位。在已有的大量、成功实践的基础上，根据巷道的生产在已有的大量、成功实践的基础上，根据巷道的生产地质条件确定支护参数。地质条件确定支护参数。主要有以回采巷道围岩主要有以回采巷道围岩稳定性分类稳定性分类为基础的工程类为基础的工程类比法；巷道围岩比法；巷道围岩松动圈分类松动圈分类为基础的工程类比法。为基础的工程类比法。采用采用我国缓倾斜、倾斜煤层

37、回采巷道稳定性分类方我国缓倾斜、倾斜煤层回采巷道稳定性分类方案案，将巷道分为，将巷道分为5类。制订相应的煤巷锚杆支护技术规类。制订相应的煤巷锚杆支护技术规范。范。70第第1条条顶顶板板必必须须采采用用树树脂脂药药卷卷锚锚固固、金金属属锚锚杆杆支支护护。全全长长锚锚固固或或加加长长锚锚固固应应采采用用左左旋旋无无纵纵筋筋螺螺纹纹钢钢高高强强锚锚杆杆支支护护。顶顶板板锚锚杆杆破破坏坏性性拉拉拔拔力力不不小小于于100kN，正正常常拉拉拔拔力力不不小小于于80kN。靠靠巷巷道道两两帮帮的的顶顶锚锚杆杆，宜宜向向煤煤帮帮倾倾斜斜1020度度（与与铅铅垂垂线线夹夹角角），其其它它顶顶锚锚杆应尽可能与岩层

38、层面垂直。避免顶锚杆沿岩层层面布置。杆应尽可能与岩层层面垂直。避免顶锚杆沿岩层层面布置。顶角锚杆倾斜的作用：顶角锚杆倾斜的作用：v使锚固端位于两帮使锚固端位于两帮上方稳定的区域，锚上方稳定的区域，锚杆锚固力大；杆锚固力大；v显著减小两顶角处显著减小两顶角处的剪应力；的剪应力；v避免钻孔诱导顶板避免钻孔诱导顶板破坏面的形成。破坏面的形成。71第第2条条巷巷帮帮支支护护：两两帮帮必必须须支支护护。帮帮锚锚杆杆的的普普通通拉拉拔拔力不小于力不小于60kN。第第3条条锚索的预紧力不得小于锚索的预紧力不得小于100kN。第第4条条对对于于复复杂杂、困困难难地地质质条条件件的的锚锚杆杆支支护护巷巷道道，应

39、应优优先先选选择择小小孔孔径径预预应应力力锚锚索索作作加加强强支支护护。而而类类围围岩岩巷巷道道在在基基本本支支护护形形式式的的基基础础上上，必必须须另另加加锚锚索索加加强强支支护。护。72第第5条条锚锚杆杆孔孔径径与与锚锚杆杆杆杆体体直直径径之之差差宜宜在在612mm范围内范围内当当螺螺纹纹钢钢锚锚杆杆直直径径为为2022mm时时，钻钻孔孔直直径径2633mm，锚固力最大。，锚固力最大。因此，一般应使用直径因此，一般应使用直径28mm的钻头。的钻头。73（2）理论计算法）理论计算法根据悬吊理论、组合梁理论、组合拱理论计算锚根据悬吊理论、组合梁理论、组合拱理论计算锚杆长度、间排距、破断载荷等。

40、杆长度、间排距、破断载荷等。（3）动态系统设计方法）动态系统设计方法首先进行地质力学评估（含地应力测试），将地首先进行地质力学评估（含地应力测试），将地质力学参数、锚杆参数等输入计算机数值模拟软件，质力学参数、锚杆参数等输入计算机数值模拟软件，以围岩强度强化理论为依据，按控制围岩变形效果和以围岩强度强化理论为依据，按控制围岩变形效果和经济合理的原则选择最优方案，组织施工，并对巷道经济合理的原则选择最优方案，组织施工，并对巷道围岩稳定状况和锚杆载荷监测，根据监测反馈信息确围岩稳定状况和锚杆载荷监测，根据监测反馈信息确定是否调整锚杆支护参数，经反复实践，在动态中修定是否调整锚杆支护参数，经反复实践

41、，在动态中修改完善设计。改完善设计。746锚杆支护施工锚杆支护施工（1）保证锚杆高预紧力）保证锚杆高预紧力v锚杆预紧力的作用锚杆预紧力的作用主动支护，拉应力转化为压应力或减小拉应力，有主动支护，拉应力转化为压应力或减小拉应力，有效抑制巷道围岩破裂区向深部发展，发挥围岩的自效抑制巷道围岩破裂区向深部发展，发挥围岩的自身承载能力，提高稳定性。身承载能力，提高稳定性。75v预紧力的确定预紧力的确定：采用现场实测与数值计算相耦合的方法：采用现场实测与数值计算相耦合的方法确定锚杆预紧力的合理值确定锚杆预紧力的合理值巷道变形量与预紧力的关系巷道变形量与预紧力的关系76v实现高预紧力实现高预紧力大扭矩大扭矩

42、：大扭矩的锚杆钻机、风炮保证大扭矩，不：大扭矩的锚杆钻机、风炮保证大扭矩，不小于小于200Nm。采用成套锚杆，主要指使用减摩垫圈（采用成套锚杆，主要指使用减摩垫圈（1个铝合金垫个铝合金垫圈、圈、1个塑料垫圈）。个塑料垫圈）。锚杆螺纹加工精细，减小摩擦阻力。锚杆螺纹加工精细，减小摩擦阻力。建议不采用等强锚杆，顶板锚杆不得采用等强锚杆。建议不采用等强锚杆，顶板锚杆不得采用等强锚杆。77v预紧力的检查预紧力的检查采用扭力扳手采用扭力扳手固定专人负责上紧螺母固定专人负责上紧螺母当班验收员检查当班验收员检查有关职能部门抽查，并及时上紧。有关职能部门抽查，并及时上紧。抽查抽查迎头迎头14排排锚杆锚杆78（

43、2）锚杆外露长度）锚杆外露长度锚杆外露不超长，小于锚杆外露不超长，小于70mm，最好控制在，最好控制在50mm内。内。外露超长：锚固长度、锚杆有效长度减小外露超长：锚固长度、锚杆有效长度减小（3）使用快速安装器）使用快速安装器v提高巷道掘进速度提高巷道掘进速度v保证锚杆支护质量保证锚杆支护质量79（4）锚杆孔要求）锚杆孔要求v锚杆孔深度比锚杆长度少锚杆孔深度比锚杆长度少50100mm。钻杆与锚杆长度相等。钻杆与锚杆长度相等v钻孔直径比锚杆直径大钻孔直径比锚杆直径大612mm。v顶角锚杆向两帮倾斜，锚固端在两帮煤体内顶角锚杆向两帮倾斜，锚固端在两帮煤体内300mm以上，其以上，其它顶锚杆与顶板垂

44、直。它顶锚杆与顶板垂直。（5）巷道成型）巷道成型80（1）监测的必要性）监测的必要性保证安全保证安全掌握巷道围岩活动规律和锚杆载荷变化规律掌握巷道围岩活动规律和锚杆载荷变化规律为优化锚杆支护参数提供依据为优化锚杆支护参数提供依据7锚杆支护巷道监测锚杆支护巷道监测81（2）监测内容）监测内容序号序号监测内容监测内容监测仪器监测仪器1锚杆锚固力锚杆锚固力拉拔计拉拔计2顶板离层状况顶板离层状况顶板离层指示仪顶板离层指示仪3巷道表面位移巷道表面位移测杆、测枪测杆、测枪4深部位移深部位移多点位移计多点位移计5锚杆载荷锚杆载荷测力锚杆、液压枕测力锚杆、液压枕82（3）监测要求）监测要求锚杆锚固力：测量围岩

45、、树脂药卷、锚杆杆体三者之锚杆锚固力：测量围岩、树脂药卷、锚杆杆体三者之间的可锚性，合理确定锚固长度、检验树脂药卷质量间的可锚性，合理确定锚固长度、检验树脂药卷质量等。每等。每300根根测量测量1组，组，不少于不少于6根根，顶板、两帮锚杆均，顶板、两帮锚杆均要拉拔。要拉拔。83顶板离层状况：判断顶板锚固区内、锚固区外稳定状顶板离层状况：判断顶板锚固区内、锚固区外稳定状况及锚杆支护参数的合理性。在迎头安装，一般每况及锚杆支护参数的合理性。在迎头安装，一般每5080m安装安装1套顶板离层指示仪，每天观测套顶板离层指示仪，每天观测1次，稳定次，稳定后后12周观测周观测1次。次。84巷道表面位移：反映

46、巷道表面位移的大小及断面收缩巷道表面位移：反映巷道表面位移的大小及断面收缩程度，判断围岩稳定状况。一般测量顶底板、两帮相程度，判断围岩稳定状况。一般测量顶底板、两帮相对移近量。在迎头设置测站对移近量。在迎头设置测站85深部位移：反映巷道深部位移的大小，判断围岩破碎深部位移：反映巷道深部位移的大小，判断围岩破碎区、塑性区的大小及围岩稳定状况。在迎头设置测站区、塑性区的大小及围岩稳定状况。在迎头设置测站86锚杆载荷：反映锚杆载荷大小，判断锚杆处于弹性状锚杆载荷：反映锚杆载荷大小，判断锚杆处于弹性状态，还是塑性状态，确定顶板是否稳定，锚杆支护参态，还是塑性状态，确定顶板是否稳定，锚杆支护参数是否合理。顶板采用测力锚杆观测，两帮采用锚杆数是否合理。顶板采用测力锚杆观测，两帮采用锚杆液压枕测量。液压枕测量。87谢谢88