錨桿支護原理

1、礦山井巷支護之錨桿支護的原理與常用錨桿介紹錨桿是一種錨固在巖體內(nèi)部的桿狀體。采用錨桿支護巷道，就是當巷道掘進后向圍巖中鉆眼，然后將錨桿安設(shè)在錨桿眼內(nèi)，對巷道圍巖進行人工加固。錨桿具有很多優(yōu)點：節(jié)約坑木和鋼材，降低支護成本，掘進斷面小，巷道的變形小，維修費用低，工作安全，輕便，可以減輕體力勞動，減小通風阻力，有利于一次成巷施工和加快掘進速度，使用范圍廣，適應(yīng)性強，減少運輸量，有利于礦井的運輸和提升。但是錨桿不能預防圍巖風化，不能完全防止錨桿與錨桿之間裂隙巖石的剝落，因此，錨桿配合其他支護措施，如與金屬網(wǎng)、噴漿或噴射混凝土等聯(lián)合使用，會取得更好的支護效果。錨桿支護原理(1)懸吊作用：錨桿將軟弱巖層

2、吊掛在上面堅固穩(wěn)定的巖層上，防止離層脫落。煤層巷道的直接頂板一般比較軟弱且較薄，容易離層冒落，它上面的老頂則比較堅固。錨桿可以通過直接頂板達到老頂，把直接頂錨固在老頂上。錨桿的懸吊作用圖（2）組合梁作用：在層狀巖層的巷道頂板中，通過錨人一系列的錨桿，將錨桿長度以內(nèi)的薄層巖石錨成巖石組合梁，從而提高其承載能力。在相同的荷載作用下，組合梁比未組合板梁的撓度和內(nèi)應(yīng)力大為減小。(3)圍巖補強作用：巷道深部圍巖中的巖石處于三軸受壓狀態(tài)，而靠近巷道周邊的巖石則處于二軸受力狀態(tài)，強度小于前者，故易于破壞而喪失穩(wěn)定性。巷道圍巖被錨桿錨固后，表層巖石部分地恢復了三軸受力狀態(tài)，增大了它本身的強度，另外，錨桿還可以

3、增加巖層弱面的剪斷阻力，使巷道周邊圍巖不易破壞和失穩(wěn)，這就叫作圍巖補強作用。(4)擠壓聯(lián)結(jié)作用：錨桿將巷道圍巖擠緊，對巖石施加預應(yīng)力，阻止裂隙的繼續(xù)擴大，而且，對于松散巖石也能起到擠壓聯(lián)結(jié)和加固作用。國外做過一個簡單而有趣的試驗：用一個長方形木箱，里面填緊小碎石，并用模擬的錨桿將它們錨固起來，錨桿擰緊以后，將木箱翻轉(zhuǎn)，其中充填的小碎石竟倒不出來。通過錨桿的預應(yīng)力作用，可以在彼此毫無粘結(jié)力的碎石之間產(chǎn)生一種側(cè)向擠壓摩擦阻力，足以支持碎石自身的重量而不會掉下來，好像碎石間互相聯(lián)結(jié)起來一樣。（5）擠壓加固拱作用：將上述試驗繼續(xù)做下去，用錨桿錨拴起來的小碎石，不僅它們擠壓聯(lián)結(jié)在一起足以支持自身的重量，

4、而且，它還可以作為一種承載結(jié)構(gòu)，支持額外的荷重。通過加載試驗，發(fā)現(xiàn)加載的錨固碎石構(gòu)件在錨桿墊板之間會出現(xiàn)一個拉應(yīng)力區(qū)，致使該區(qū)內(nèi)的小碎石松散而脫落下來，并形成了穹窿。當荷載增大時，這穹窿將擴大而導致承載結(jié)構(gòu)的崩塌解體。為防止這一情況，在錨桿墊板下張掛細鐵絲網(wǎng)便大大提高了錨桿的支護能力，當荷載加到相當大日寸（反復加載），破壞是以鐵絲網(wǎng)被剪斷而開始的。以上試驗說明，松散碎石在預應(yīng)力作用下圍繞每根錨桿形成一個兩頭帶圓錐形的筒形擠壓區(qū)或壓縮應(yīng)力區(qū)，在系統(tǒng)排列的錨桿群中，這些擠壓區(qū)便組成了一個具有相當寬厚的均勻壓縮加固帶，它相當于一種承載結(jié)構(gòu)而支承相當大的荷載。巷道周圍安裝成組排列和徑向布置的錨桿后，便

5、在圍巖的一定厚度范圍內(nèi)形成了一個拱形壓縮帶或擠壓加固拱，它使巷道圍巖由原來是支架上的“荷載”變成了“承載”結(jié)構(gòu)。拱形壓縮帶的厚度與錨桿的長度、間距有關(guān)。以上所述錨桿的五種作用，通常不是單獨存在，而是互相聯(lián)系、互相補充、共同作用的。錨桿的類型多種多樣：按錨固原理來分，有端頭錨固、全長錨固和兩者并用型；按錨桿組成材料來分，有金屬錨桿、木錨桿、鋼筋或鋼絲繩砂漿錨桿和樹脂錨桿等。下面介紹幾種常用錨桿。(1)金屬錨桿金屬楔縫式錨桿。由桿體、楔子、墊板和螺帽組成。桿體常用直徑18-22mm的3號鋼制作，其上端加工成寬2-5mm、長150-200mm的縱向楔縫，桿體下端100-150mm長的范圍內(nèi)加工成螺紋

6、。楔子用軟鋼或鑄鐵制造。墊板多用厚6lOmm的鋼板制成，其規(guī)格為150mm×150mm或200mm×200mm。安裝時，先把楔子夾在楔縫中，輕輕插入預先鉆好的錨桿眼眼底，在桿體下端加保護套筒或擰上保護螺紋的螺母，然后對桿體不斷錘擊，楔子擠入楔縫，從而迫使桿體的錨入端張開而擠緊眼底孔壁，最后取下保護套筒，安上墊板，擰緊螺帽。這種錨桿結(jié)構(gòu)簡單，加工容易，在硬巖中錨固力較大，一般可達lOOkN或以上。但它對鉆孔的精確性要求嚴格，桿體直徑較大，鋼材用量較多，在軟巖中它的錨固力不足，不宜采用。金屬倒楔式錨桿。它的錨入端有一個大頭朝向孔底的鑄鐵固定楔，固定楔與圓鋼桿體澆注在一起，另外配

7、有一個鑄鐵活動倒楔，桿體的另一端加工成螺紋。安裝時，先把倒楔綁在固定楔的下部，慢慢送人錨桿眼內(nèi)，并使楔底距眼底一定距離，然后用一根專用的錘擊桿，頂在倒楔的尾端，再用鑿巖機進行錘擊，就可將錨桿錨固在巖層中，最后裝上墊板擰緊螺帽即成。這種錨桿除了結(jié)構(gòu)簡單制造容易外，它比楔縫式錨桿的桿體直徑小，一般為12-16mm，可節(jié)省鋼材，對鉆孔深度的要求不太嚴格，而且巷道報廢時能夠回收，一般錨固力在50kN以上，因此這種錨桿在我國應(yīng)用較多。(2)樹脂錨桿樹脂錨桿以合成樹脂為粘結(jié)劑，在固化劑和加速劑的作用下固化，從而將錨桿體與巖石牢固地粘結(jié)成為一個堅固的整體。樹脂錨桿的最大特點是固化時間快，能在幾分鐘到幾小時內(nèi)

8、獲得很高的初錨力，能夠迅速有效地控制圍巖變形。我國研制成功的樹脂錨桿是一種藥包式端頭錨固的錨桿，由樹脂藥包和錨桿桿體組成。樹脂藥包結(jié)構(gòu)。藥包有23mm×50mm和23mm×35mm兩種規(guī)格，由內(nèi)藥包和外藥包組成。內(nèi)藥包為8mm-12mm的玻璃小管，內(nèi)裝固化劑與少量填料；外藥包為聚乙烯薄膜塑料袋或玻璃管，內(nèi)裝不飽和聚酯樹脂、加速劑及填料（瓷粉或石英粉）。桿體。有鋼、木桿體兩種，鋼桿體見，它是由6mm-8mm的普通圓鋼加工而成。桿體長1.5- 2.5m，插入孔底的一端做成反麻花狀。桿體的外露端與其他金屬錨桿一樣加工成螺紋，并用墊板和螺帽緊固。安裝時，用錨桿體將樹脂藥包送到眼底，以煤電鉆為動力，通過特制的連接頭帶動桿體轉(zhuǎn)動，將藥包搗破并攪拌