錨桿支護(hù)實(shí)用技術(shù)

1、1 生產(chǎn)準(zhǔn)備隊(duì)2014年7月（一級(jí)培訓(xùn)一級(jí)教案）錨桿支護(hù)實(shí)用技術(shù)2.煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)的沿革 我國(guó)煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)的發(fā)展過程（1）起步階段（80年代中后期）（2）攻關(guān)階段（19911995年）（3）引進(jìn)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(hù)技術(shù)的沿革 起步階段主要進(jìn)行一些基礎(chǔ)性的研究和試驗(yàn)錨桿支護(hù)理論、錨桿支護(hù)材料、施工機(jī)具與巖石巷道相同沒有合理的監(jiān)測(cè)儀器煤巷錨桿支護(hù)的應(yīng)用主要集中在少數(shù)幾個(gè)礦區(qū) ,如徐州、新汶、淮南、西山等。 2.煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)的沿革攻關(guān)階段煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)作為國(guó)家“八五”期間的重點(diǎn)項(xiàng)目進(jìn)行攻關(guān) ,取得了一大批科研成果：n出現(xiàn)了

2、中性點(diǎn)等新理論n錨桿型式多樣化n液壓和電動(dòng)鉆機(jī)相繼研究成功錨桿支護(hù)應(yīng)用范圍明顯擴(kuò)大。n大斷面開切眼n向圍巖穩(wěn)定性差的回采巷道發(fā)展2.煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)的沿革引進(jìn)和消化階段引進(jìn)國(guó)外技術(shù) ,推動(dòng)我國(guó)煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)的發(fā)展和提高在引進(jìn)、吸收和消化的基礎(chǔ)上 ,結(jié)合我國(guó)具體情況 ,集中現(xiàn)場(chǎng)、科研院所及大專院校等多方面的優(yōu)勢(shì) ,經(jīng)過兩年大規(guī)模研究和試驗(yàn) ,初步形成了適合我國(guó)煤礦條件的煤巷錨桿支護(hù)成套技術(shù)2.煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)的沿革推廣和提高階段國(guó)內(nèi)各大礦區(qū)廣泛推廣應(yīng)用 ,取得了顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益煤巷錨桿支護(hù)的比例已達(dá)到 30%以上 ,少數(shù)礦區(qū)已超過 80 %7煤巷錨桿支護(hù)作用機(jī)理從支護(hù)機(jī)理上看，錨桿支護(hù)屬于“

3、主動(dòng)”支護(hù)，可以充分利用圍巖的自承能力，提高巷道圍巖的穩(wěn)定性，將載荷體變?yōu)槌休d體。在相同生產(chǎn)地質(zhì)條件下，錨桿支護(hù)的巷道圍巖變形量比棚式支護(hù)減少一半以上。從技術(shù)經(jīng)濟(jì)上對(duì)比，錨桿支護(hù)可以節(jié)約大量鋼材，減少材料運(yùn)輸工作量，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和改善作業(yè)環(huán)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(jìn)和高產(chǎn)高效低成本生產(chǎn)創(chuàng)造有利條件；錨桿支護(hù)巷道施工簡(jiǎn)單，機(jī)械化程度高，可大幅度降低巷道支護(hù)成本，提高掘進(jìn)速度和生產(chǎn)效率。8（1） 懸吊理論 機(jī)理：機(jī)理：將巷道頂板較軟弱巖層懸吊在上部穩(wěn)定巖層上，以避免較軟弱巖層的破壞、失穩(wěn)和塌落，錨桿所受的拉力來自被懸吊的巖層重量。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：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(jiān)硬穩(wěn)定巖層9（2） 組合梁理論 機(jī)理：機(jī)理：將錨固范圍內(nèi)的巖層擠緊，增加各巖層間的摩擦力，防止巖石沿層面滑動(dòng)，避免各巖層出現(xiàn)離層現(xiàn)象，提高其自撐能力。將巷道頂板錨固范圍內(nèi)的幾個(gè)薄巖層鎖緊成一個(gè)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(nèi)的最大彎曲應(yīng)變和應(yīng)力都將大大減小，組合梁的撓度亦減小。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：將錨桿作用與圍巖的自穩(wěn)作用分開；隨著圍巖條件的變化，在頂板較破碎、連續(xù)性受到破壞時(shí)，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(dāng)距離內(nèi)不存在穩(wěn)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(jī)理：機(jī)理：在破裂區(qū)中安裝預(yù)應(yīng)力錨桿時(shí)，在桿體兩端將形成圓錐形分布的壓應(yīng)力，如果沿巷道周邊布置錨桿群，只要鋪桿間距足夠小，各個(gè)錯(cuò)桿形成的壓應(yīng)力圓錐體將相互交錯(cuò)，就能在巖體中形成一個(gè)均勻的壓縮帶，即承壓拱，這個(gè)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(nèi)的巖石徑向及切向均受壓，處于三向應(yīng)力狀態(tài)，其圍巖強(qiáng)度得到提高，支撐能力也相應(yīng)加大。缺點(diǎn)缺點(diǎn)：一般不能作為準(zhǔn)確的定量設(shè)計(jì)。適用條件：適用條件：頂板無穩(wěn)定巖層11（4） 最大水平應(yīng)力理論 機(jī)理：機(jī)理：礦井巖層的水平應(yīng)力通常大于垂直應(yīng)力，水平應(yīng)力具有明顯的方向性。在最大水平應(yīng)力作用下，頂?shù)装鍘r層易于發(fā)生剪切破壞，出現(xiàn)錯(cuò)動(dòng)與松

6、動(dòng)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(cuò)動(dòng)。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：直觀性較差。12一、金屬錨桿類型機(jī)械式錨桿 管縫式錨桿 粘結(jié)式錨桿13（1）機(jī)械式錨桿機(jī)械式錨桿是使用最早、結(jié)構(gòu)多樣、數(shù)量較大的錨桿主要類型。機(jī)械式錨桿的錨固機(jī)構(gòu)本身是一個(gè)統(tǒng)一體，在安裝錨桿時(shí)，錨固機(jī)構(gòu)主要通過一個(gè)楔子系統(tǒng)在鉆孔中進(jìn)行軸向或徑向相互錯(cuò)動(dòng)而張緊在鉆孔壁上。錨固機(jī)構(gòu)通過摩擦連接將錨固力大多傳遞給巖層。機(jī)械式錨桿在安裝時(shí)，大多都產(chǎn)生預(yù)緊力。有時(shí)，甚至錨固機(jī)構(gòu)必須直接依靠預(yù)緊力來固定。 機(jī)械式錨桿的優(yōu)點(diǎn)是，安裝迅速，可即時(shí)達(dá)到承載力，可二次張緊，某些結(jié)構(gòu)的錨桿還可以回收。其缺點(diǎn)是，鉆孔中的錨

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

8、錨固、又有較大預(yù)應(yīng)力和滑移讓壓特性。15（3）粘結(jié)式錨桿 粘結(jié)式錨桿是通過粘結(jié)劑來取代錨固機(jī)構(gòu)。粘結(jié)劑注入鉆孔內(nèi)，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(jié)的形式，而不是向鉆孔壁通過機(jī)械或摩擦脹固等施加的擠壓力。 粘結(jié)式錨桿的優(yōu)點(diǎn)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(shí)，并不產(chǎn)生特別的接觸壓力，所以對(duì)巖層強(qiáng)度無特殊要求，從而也可在松散巖層中成功的使用。16高強(qiáng)錨桿錨桿的結(jié)構(gòu)主要由螺紋鋼桿體、穹形球體、塑料增壓墊圈、驅(qū)動(dòng)螺母、托盤和樹脂藥卷等組成。17國(guó)外高強(qiáng)錨桿高強(qiáng)（s=340360Mpa），超高強(qiáng) s600 Mpa

9、延伸率 1727%澳大利亞研究的高強(qiáng)度錨桿，桿體（直徑）的破斷力達(dá)；直徑的超高強(qiáng)度錨桿，其桿體的破斷力達(dá)。美國(guó)制造錨桿的鋼材屈服強(qiáng)度為a。而英國(guó)制造錨桿的鋼材的屈服強(qiáng)度可達(dá)a。18二、錨固劑我國(guó)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(gè)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(shí)間超快型樹脂錨固劑的凝膠(初凝)時(shí)間為0.5-1.0鐘，快硬水泥錨固劑的凝膠(初凝)時(shí)間為3-5分鐘。這就意味著使用樹脂錨固劑更能及時(shí)地支護(hù)圍巖，保證頂板安全和穩(wěn)定。21(2)不同時(shí)期的抗壓強(qiáng)度超快型樹脂錨固劑在錨桿安裝5分鐘后強(qiáng)度就可達(dá)到21MPa，相當(dāng)其最終強(qiáng)度的30

10、%左右;半小時(shí)后的強(qiáng)度大于35MPa。各種類型樹脂錨固劑在1天后的強(qiáng)度便可超過60MPa，達(dá)到最終強(qiáng)度的80%以上?？煊菜噱^固劑的早期強(qiáng)度則很低，錨桿安裝5分鐘時(shí)強(qiáng)度幾乎為零;半小時(shí)后的強(qiáng)度為4.3-4.6MPa，一小時(shí)后的強(qiáng)度也僅為8-10MPa；7天以后抗壓強(qiáng)度僅可達(dá)到樹脂錨固劑強(qiáng)度的一半左右。樹脂錨固劑的強(qiáng)度性能比快硬水泥好得多，尤其是在早期強(qiáng)度方面樹脂錨固劑有更大的優(yōu)越性。22(3)錨固力樹脂錨固和水泥錨固相比最大的優(yōu)點(diǎn)是錨固力大。根據(jù)邢臺(tái)礦務(wù)局葛權(quán)、東龐，邢臺(tái)等礦煤巷數(shù)百根錨桿拉拔力試驗(yàn)對(duì)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(shí)，15-

11、25分鐘時(shí)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(duì)于及時(shí)加固圍巖具有重要意義。23(4)可靠性使用樹脂錨固劑時(shí)錨桿一般使用機(jī)具安裝，安裝質(zhì)量容易保證，所以每根樹脂錨桿的錨固力通常都能達(dá)到設(shè)計(jì)能力。使用快硬水泥錨固劑的錨桿安裝都是手工作業(yè)，許多工序(例如浸水時(shí)間、搗固藥卷等)的施工質(zhì)量不好控制，很難保證錨桿安裝質(zhì)量。根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果，水泥藥卷錨固時(shí)各根錨桿的錨固力相差很大，達(dá)不到設(shè)計(jì)錨固力的錨桿往往占較大比例。24三、托梁及護(hù)網(wǎng)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(shí)可使用鋼筋梯子梁護(hù)幫。鋼筋梯子梁也使用在頂板。26護(hù)網(wǎng)網(wǎng)的作用主要是維護(hù)錨桿間比較破碎的巖石，防止小巖

12、塊掉落，同時(shí)對(duì)提高錨桿支護(hù)的整體效果也有一定的作用。網(wǎng)可分為金屬網(wǎng)和非金屬網(wǎng)。27鋼（鐵）絲網(wǎng)一般采用-的鋼（鐵）絲編織而成。根據(jù)網(wǎng)孔形狀和結(jié)構(gòu)的不同，可分為經(jīng)緯網(wǎng)和菱形網(wǎng)，經(jīng)緯網(wǎng)孔的尺寸為-。而菱形網(wǎng)孔的尺寸為 - 。由于菱形網(wǎng)具有柔性好、強(qiáng)度高、孔形不變、連接方便等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在逐步取代了經(jīng)緯網(wǎng)。28鋼筋網(wǎng)由鋼筋焊接而成的大網(wǎng)格金屬網(wǎng)，它由受力筋和分布筋構(gòu)成。鋼筋網(wǎng)橫向筋一般為受力筋，直徑左右，縱向筋一般為左右。網(wǎng)格左右。這種網(wǎng)強(qiáng)度和剛度都比較大，不僅能夠阻止松動(dòng)巖塊掉落，而且可以有效地增加錨桿支護(hù)的整體效果，適用于大變形、高地應(yīng)力巷道。29塑料、聚脂網(wǎng)塑料網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)是成本低、輕便、抗腐蝕等，但

13、其強(qiáng)度和剛度較低。聚脂網(wǎng)具有強(qiáng)度大、重量輕、剛度好等諸多優(yōu)點(diǎn)。但由于價(jià)格較高，還沒有廣泛使用。30四、錨桿鉆機(jī)、鉆頭鉆桿從動(dòng)力區(qū)分有風(fēng)動(dòng)、電動(dòng)、液壓三種。從破巖方式區(qū)分有旋轉(zhuǎn)、沖擊兩種。為了實(shí)現(xiàn)樹脂錨桿的快速安裝，保證有較大的扭矩，一般采用旋轉(zhuǎn)式錨桿鉆機(jī)。31液壓錨桿鉆機(jī)鉆孔應(yīng)特別注意在開孔時(shí)鉆機(jī)的推力要小，正常鉆進(jìn)時(shí)保持推力與鉆進(jìn)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(shí)不要挪動(dòng)錨桿鉆機(jī)，以免第二根鉆桿不能沿第一根鉆桿原有的軸線進(jìn)行鉆進(jìn)，使鉆孔不能保持直線，給錨桿安裝帶來困難。安裝錨桿時(shí)，也不要挪動(dòng)錨桿鉆機(jī)，以免錨桿不能沿鉆孔的軸線前進(jìn)，使錨桿與鉆孔的摩擦阻力過大

14、，安裝困難。32風(fēng)動(dòng)錨桿鉆機(jī)33鉆頭鉆桿鉆頭一般使用-。鉆桿使用19或六方鉆桿，其長(zhǎng)度根據(jù)設(shè)計(jì)孔深選擇。當(dāng)錨桿長(zhǎng)度大于時(shí)，因單體錨桿鉆機(jī)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(zhǎng)的鉆桿露在孔外易產(chǎn)生彎曲變形，在鉆機(jī)推力大而鉆進(jìn)速度慢的情況下易出現(xiàn)鉆桿折斷、傷人事故，所以鉆時(shí)先用短鉆桿再換長(zhǎng)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(shè)計(jì)深度；將樹脂藥卷輕輕送入鉆孔內(nèi)，一般使用超快或快速和中速兩種凝結(jié)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(jī)

15、聯(lián)結(jié)；開動(dòng)錨桿鉆機(jī)邊推進(jìn)邊攪拌，直到將錨桿送人孔底，時(shí)間大約-；等待樹脂藥卷固化，大約-；開動(dòng)鉆機(jī)將剪切銷剪斷后，用鉆機(jī)上緊螺母；關(guān)閉旋轉(zhuǎn)及氣腿開關(guān)，放下鉆機(jī)。36六、小孔徑預(yù)應(yīng)力錨索加強(qiáng)支護(hù) 預(yù)應(yīng)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(wěn)定巖層錨固在上部穩(wěn)定的巖層中，可靠性較大；可施加預(yù)應(yīng)力，主動(dòng)支護(hù)圍巖，因而是支護(hù)技術(shù)中一種可靠有效的手段。在大斷面、地質(zhì)構(gòu)造破壞地段、頂板軟弱且較厚、高地應(yīng)力、綜放巷道等困難、復(fù)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(duì)采用普通樹脂藥卷錨固要復(fù)雜，尤其采用注水泥漿，需養(yǎng)護(hù)較長(zhǎng)時(shí)間才能

16、安裝錨具、張拉，不能及時(shí)支護(hù)。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(shí)，采用普通樹脂藥卷錨固，其錨固力較小，有可能達(dá)不到設(shè)計(jì)錨固力。38用普通樹脂藥卷加長(zhǎng)錨固采用普通樹脂藥卷加長(zhǎng)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(jī)帶動(dòng)錨索攪拌樹脂藥卷，簡(jiǎn)化了錨索安裝工序，由于樹脂藥卷凝結(jié)時(shí)間短，一般等待后即可安裝鎖具、張拉，實(shí)現(xiàn)了錨索快速安裝、及時(shí)承載，有利于巷道快速施工和圍巖穩(wěn)定。但樹脂藥卷錨固時(shí)，其錨固力不穩(wěn)定，鉆孔出水時(shí)，錨固力更小。在巷道圍巖較破碎時(shí)，常出現(xiàn)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(zhǎng)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，另外受巷道高度及錨桿鉆

17、機(jī)的扭矩所限，錨固長(zhǎng)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(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)巷道圍巖表面位移巷道圍巖深部位移全長(zhǎng)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(qū)內(nèi)、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(yùn)動(dòng)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(qū)范以及圍巖的穩(wěn)定狀況，分析錨桿和圍巖之間是否發(fā)生錯(cuò)動(dòng)，可以判斷錨桿的應(yīng)變是否超過限應(yīng)變；42 錨桿的受力其大小可以判斷錨桿的工作狀態(tài)及其參數(shù)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(qū)內(nèi)力的離層值用于判斷頂板錨固區(qū)內(nèi)、外圍巖的穩(wěn)定性以及錨桿支護(hù)數(shù)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(fā)生斷裂、屈服，從而確定頂板是否定，錨桿支護(hù)參數(shù)是否合理。46測(cè)力錨桿 47測(cè)力錨桿的組成測(cè)力錨桿是測(cè)量錨桿全長(zhǎng)錨固工作狀態(tài)下受力的大小及分布狀況的專用錨桿，主要由桿體、保護(hù)接頭、靜態(tài)電阻應(yīng)變儀、多通道轉(zhuǎn)換開關(guān)、安裝接頭、聯(lián)接導(dǎo)線等幾部分組成。48安裝測(cè)力錨桿的目的分析錨桿和圍巖的相互作用關(guān)系，研究全長(zhǎng)錨固機(jī)理；實(shí)測(cè)錨桿受力，確定支護(hù)強(qiáng)度，分析圍巖的強(qiáng)化程度，為錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)提供依據(jù)；根據(jù)錨桿受力變化，判斷錨桿