錨索支護施工技術(shù)課件（PPT36頁）

1、錨索支護技術(shù)山西大同大學(xué) 郭興明 副教授一、錨索支護的發(fā)展狀況 近年來，英國、澳大利亞等采礦業(yè)較發(fā)達的國家，注重錨索技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，在較差的圍巖條件下，為提高支護強度和效果，通常采用錨索做加強支護。 在交叉點、斷層帶、破碎帶和受采動影響難于支擴的巷道中，都采用錨索做加強支護。我國自20世紀60年代引進這項拄術(shù)以來發(fā)展迅速，目前在巖巷加固、邊坡治理、建筑基坑護壁等工程上均有成功的應(yīng)用。在國內(nèi)煤礦有許多工程都應(yīng)用了錨索技術(shù)，如兗州礦務(wù)局、邢臺礦務(wù)局等。二、錨索的類型及結(jié)構(gòu) 錨索是采用有一定彎曲柔性的鋼絞線通過預(yù)先鉆出的鉆孔以一定的方式錨固在圍巖深部，外露端由工作錨通過壓緊托盤對圍巖進行加固補強的

2、一種手段。作為一種新型可靠有效的加強支護形式，錨索在巷道支護中占有重要地位。其特點是錨固深度大、承載能力高，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，主動支護圍巖，因而可獲得比較理想的支護加固效果，其加固范圍、支護強度、可靠性是普通錨桿支護所無法比擬的。1、錨索類型按鋼絞線的根數(shù)分有單根錨索和錨索束。按錨固材料分有樹脂錨固錨索、水泥錨固錨索及樹脂水泥聯(lián)合錨固錨索。按錨固長度分有端部錨固錨索和全長錨固錨索。按預(yù)緊力分有預(yù)應(yīng)力錨索和非預(yù)應(yīng)力錨索。 （1）樹脂端部錨固錨索 樹脂端部錨固錨索的特點是采用攪拌器攪碎樹脂藥卷，對錨索進行端部錨固。其安裝孔徑為28mm，用普通單體錨桿

3、機可完成打孔、安裝。安裝工序簡單，便于操作，施工速度快。 樹脂端部錨固錨索支護技術(shù)主要用在破碎、復(fù)合頂板煤巷，放頂煤開采沿煤層底板掘進的煤頂巷道，軟弱和高地應(yīng)力巷道，以及大跨度開切眼和巷道交叉點等條件比較復(fù)雜的工程部位。（2）注漿錨固錨索 注漿錨固錨索的特點是采用多根鋼絞線，全長錨固，鉆孔直徑大，承載能力高。由于采用注水泥砂漿錨固，需要一定的固化時間，承載速度不像樹脂端部錨固錨索那樣快，不能用于回采巷道，一般適合于大斷面硐室和巷道的補強加固。（3）樹脂注漿聯(lián)合錨固錨索 樹脂注漿聯(lián)合錨固錨索兼有樹脂端部錨固錨索和注漿錨固錨索的優(yōu)點：單根鋼絞線，先用錨索攪拌樹脂錨固劑，進行端部錨固；樹脂端部錨固后

4、，可施加預(yù)緊力，使錨索及時承載；樹脂端部錨固后實施水泥注漿，進行全長錨固；施工采用單體錨索鉆機，不需要笨重的地質(zhì)鉆機，施工速度很快。2、錨索結(jié)構(gòu)1.錨索部件錨索的主要部件有鋼絞線、鎖具、錨固劑。其中，鋼絞線和鎖具如圖1所示(1)鋼絞線 鋼絞線的選擇標準是強度高、韌性好、低松弛，既有一定剛度又有一定柔性，可盤成卷便于運輸，又能自身攪拌樹脂藥卷實現(xiàn)快速安裝，適合在空間尺寸較小的巷道中使用。目前廣泛采用7股5mm高強度鋼絞線(圖2)，有關(guān)參數(shù)見表1。表1 7股高強度鋼絞線有關(guān)參數(shù)（2）鎖具以片瓦式為主的鎖具具有多種規(guī)格，應(yīng)根據(jù)鋼絞線規(guī)格選擇，保證瓦片與鋼絞線有良好的匹配關(guān)系。鎖具結(jié)構(gòu)如圖3。（3）錨

5、固劑錨固劑有水泥漿、樹脂膠泥和普通樹脂藥卷等。注水泥漿及樹脂膠泥錨固，需配備一套小型注漿泵，施工工藝比采用普通樹脂藥卷錨固復(fù)雜，尤其采用注水泥漿，需養(yǎng)護較長時間才能安裝錨具、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(shè)計錨固力。 采用普通樹脂藥卷加長錨固(里段采用超快或快速樹脂藥卷、外段采用中速樹脂藥卷)，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，由于樹脂藥一般等待1h后即可安裝鎖具、張拉，實現(xiàn)了錨索快速安裝、及時承載，有利于巷道快速施工和圍巖穩(wěn)定。但樹脂藥卷

6、錨固時，其錨固力不穩(wěn)定，鉆孔出水時，錨固力更小。在巷道圍巖較破碎時，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，錨固長度達不到設(shè)計要求，另外受巷道高度及錨桿鉆機的扭矩所限，錨固長度受到限制，一般小1.5m，不如注水泥漿和樹脂膠泥靈活。在施工、設(shè)計時可根據(jù)生產(chǎn)地質(zhì)條件及機具、巷道穩(wěn)定性的要求，合理選擇錨固劑。2.錨索結(jié)構(gòu)錨索結(jié)構(gòu)較為簡單，可分為三段：內(nèi)錨固段、鋼絞線自由段和外錨固段，各段及其構(gòu)成如圖4所示。三、錨索的支護作用分析 錨索支護技術(shù)主要是將一定長度的低松弛高強度的鋼絞線配以專用錨具，用樹脂或砂漿進行錨固，通過液壓千斤頂在其尾部施加預(yù)應(yīng)力，達到對巷道錨固支護的一項

7、技術(shù)。 錨索除具有普通錨桿的懸吊作用、組合粱作用、組合拱作用、楔固作用外，與普通錨桿不同的是對頂板進行深部錨固而產(chǎn)生強力懸吊作用，并且沿巷道縱軸線形成連續(xù)支撐點，以大預(yù)緊力減緩頂板變形擴張。 在采掘現(xiàn)場，對于圍巖松動圈大，巷道圍巖節(jié)理發(fā)育、頂板破碎及偽頂較厚等復(fù)雜頂板條件下的巷道支護，通過錨桿對松動圈內(nèi)的圍巖進行組合梁加固和錨索的補強支護，將其錨固到頂板深部。由于錨索支護給巷道頂板的高預(yù)緊力和它的高承載能力，使頂板由錨桿支護形成的組合梁得到進一步加強，并將其牢固她懸吊在上部直接頂或者頂內(nèi)。同時，這種加強錨桿支護所形成的組合梁對上部重接頂或老頂也進行了保護，阻止了它的下沉移動和松動擴展。使相鄰的

8、錨桿、謹索的作用力相互疊加，組合形成一個新巖梁。這個新的巖梁厚度、剛度、層間抗剪強度成倍增加，使頂板壓力通過巷道煤幫向煤體深部轉(zhuǎn)移。改善巷道受力條件，使頂板得到有效控制，片幫問題也得到了較好的解決。 關(guān)于錨索是否必須錨固在上部堅硬巖石上，目前的認識還不夠統(tǒng)一。1996年，何滿潮教授根據(jù)多年的實踐研究，提出錨索的獨特作用是調(diào)動了深部圍巖的強度，并和巷道淺部圍巖及錨網(wǎng)支護體相互配合作用，從而控制了巷道工程的穩(wěn)定性狀態(tài)。進而指出，錨索是否必須錨固在堅硬頂板巖層上，關(guān)鍵取決于巖體結(jié)構(gòu)和工程尺寸。如果頂板堅硬巖層高度和巷道工程寬度之比大于3，就不必要錨固在堅硬頂扳巖層上。只需充分注意錨固段的結(jié)構(gòu)設(shè)計和施

9、工質(zhì)量，重點考慮深部圍巖強度和巷道淺部支護體之間的相互耦合作用。1、錨索支護的使用條件 一般情況下，I、II類圍巖條件不使用錨索。由于巖體的非均質(zhì)性局部變化及大型硐室或綜采切眼的跨度等因素影響，也有局部少量使用。其作用主要是根據(jù)現(xiàn)場情況變化，確定局部非均勻布置使用。 錨索多使用在、IV、V類圍巖條件的巷道中，更多的使用在、類圍巖條件的巷道中。2、錨索加強支護設(shè)計原則錨索長度原則；錨索強度原則；耦合設(shè)計原則；關(guān)鍵部位原則；反饋設(shè)計原則。（1）錨索長度原則 錨索長度取決于巷道頂板巖性、巖體結(jié)構(gòu)和巷道工程尺寸。堅硬頂扳巖層高度小于3倍巷道寬度時，錨索長度取決于堅硬巖層位置，錨索錨固段要設(shè)計在堅硬巖層

10、內(nèi)11.5m；當堅硬巖層高度大于3倍巷道寬度時，其長度按3倍巷道寬度設(shè)計，同時，要充分注意錨固段的結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工質(zhì)量，重點考慮探部圍巖強度和巷道淺部支護體之間的相互藕合作用。（2）錨索強度原則 錨索承載強度取決于錨索根數(shù)和錨索間排距，其設(shè)計總荷載按巷道頂板塑性軟化區(qū)范圍的巖石質(zhì)量乘以安全系數(shù)來計算。 （3）耦合設(shè)計原則 錨索和錨桿支護達不到耦合作用狀態(tài)，將會出現(xiàn)惡性事故。因此，重視各種時空條件下的預(yù)應(yīng)力施加值的變化至關(guān)重要。一般地說，在迎頭工作面實施錨索支護，預(yù)應(yīng)力值應(yīng)適當小一些，約是錨桿設(shè)計值的0.81.0倍；在掘進機后實施錨索支護時，預(yù)應(yīng)力水平應(yīng)是錨桿設(shè)計荷載值的1.01.3倍比較適宜。4

11、）關(guān)鍵部位原則理論研究表明，錨索設(shè)計在頂板的力學(xué)關(guān)鍵部位效果最好，因此，錨索要盡量設(shè)計在頂扳的關(guān)鍵部位上。（5）反饋設(shè)計原則現(xiàn)場地質(zhì)條件復(fù)雜多變，要加強錨索支護的檢測，及時反饋分析、修正和完善論計，這樣就及時彌補了理論和實踐存在的缺憾。3、錨索支護參數(shù)的確定 根據(jù)錨索支護設(shè)計原則，錨索支護應(yīng)在關(guān)鍵部位出現(xiàn)時的最佳支護時間對關(guān)鍵部位進行加強支護，此時的錨索支護參數(shù)由以下公式確定。（經(jīng)驗：錨索長度計算公式：L=pl/ea p-張拉力單位N l-張拉段長度mm e-彈模N/mm a-面積mm）（1）錨索長度可按式確定 錨索長度，m； 錨索外露長度（一般取0.3m）； 錨索有效長度，m； 錨索錨固長度

12、(一般取1.02.0m)。 對于靜壓軟巖巷道 在錨桿失效的情況下，其潛在的冒落高度為1.5倍的巷道寬度；同時，為保證巷道的穩(wěn)定性，錨索應(yīng)保證錨固到穩(wěn)定巖層內(nèi)，因此錨索的有效長度取 max1.5a， 對于動壓軟巖巷道當時3a max3a， （2）錨索排距確定 （3）耦合參數(shù)確定 為使錨索支擴和錨桿支護達到相互耦合作用的效果，注意各時空條件下預(yù)應(yīng)力參數(shù)的變化至關(guān)重要。一般地說，在迎頭工作面實施錨索支護，預(yù)應(yīng)力值適當小一些，約是錨桿設(shè)計值得0.81.0倍；在掘進機后實施錨索支護時，預(yù)應(yīng)力水平應(yīng)是錨桿設(shè)計荷載值的1.01.3倍比較適宜。四、錨索的布置 為了獲取最佳的懸吊作用效果,錨索以垂直巷道頂板巖層

13、布置安裝最好,因為這樣既有利于施工,又有利于發(fā)揮其傳遞較大拉應(yīng)力的特性,顯示與其支護措施無法比擬的最大優(yōu)點。 錨索布置同錨桿一樣，一般以“三花”或“五花”型為主。五、樹脂藥卷數(shù)量的確定 目前，在采礦工程中，錨索支護多以樹脂錨固劑，以錨固長度的要求，樹脂藥卷可按下公式確定 六、施工工藝1、作用原理 預(yù)應(yīng)力錨索加固巖體，主要是通過錨索將軟弱松動、不穩(wěn)定的巖土體懸吊在深層穩(wěn)定的巖土體上，以防止其離層滑脫，預(yù)應(yīng)力錨索，一方面可直接在滑面上產(chǎn)生抗滑阻力，另一方面通過增大滑面上的正應(yīng)力來增大抗滑摩擦阻力，從而提高圍巖的整體性和穩(wěn)定性。 2、施工步驟錨索施工可分為地面準備、鉆孔、錨固、張拉4個主要工序。 地

14、面準備 首先檢查鋼絞線，截去松絲、嚴重銹蝕和死彎部分，按設(shè)計長度截斷鋼絞線，除去鐵銹和污泥，在錨固頭安裝毛齒和擋圈，最后盤成圈。 鉆孔 鉆孔可采用錨桿鉆機或輕型專用錨索鉆機。在鉆孔時要保持鉆機不挪動，以免鉆孔軸線不在一直線上，給錨索安裝帶來困難，其工藝類似錨桿鉆孔。錨固 根據(jù)選用的錨固劑不同，錨固工藝也有所差別，注水泥漿與樹脂膠泥工藝相似，將注漿管和排氣管綁在鋼紋線上（排氣管綁在最上端，注漿管綁在下端），輕輕送人孔底，封孔后開始注水泥漿或樹脂膠泥，直到撐氣管不出氣或出漿為止采用樹脂藥卷錨固時，按先后順序?qū)⒊旎蚩焖贅渲幘砗椭兴贅渲幘硭腿丝變?nèi)，用鋼絞線輕輕將樹脂卷送人孔底，用攪拌連接器將鋼絞線與鉆機連接起來，開動鉆機，邊攪拌邊推進，攪拌2030S，將鋼絞線卷入孔底，不落鉆機停轉(zhuǎn)，等待12min，落下鉆機，卸下攪拌連續(xù)器，完成錨索的內(nèi)錨固。張拉 注水泥漿錨固需養(yǎng)護67d，注漿脂膠泥錨固需養(yǎng)護45h，樹脂藥卷錨固需養(yǎng)護1h。養(yǎng)護好后再裝托梁、托板、鎖具，并使它們緊貼項板，然后掛上張拉千斤頂，開泵進行張拉，觀測壓力讀數(shù)。若千斤頂行程不夠，應(yīng)迅速回程，然后繼續(xù)張拉。達到