錨索支護(hù)施工技術(shù)課件

錨索支護(hù)技術(shù)山西大同大學(xué)郭興明副教授一、錨索支護(hù)的發(fā)展?fàn)顩r近年來(lái)，英國(guó)、澳大利亞等采礦業(yè)較發(fā)達(dá)的國(guó)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(hù)強(qiáng)度和效果，通常采用錨索做加強(qiáng)支護(hù)。在交叉點(diǎn)、斷層帶、破碎帶和受采動(dòng)影響難于支擴(kuò)的巷道中，都采用錨索做加強(qiáng)支護(hù)。我國(guó)自20世紀(jì)60年代引進(jìn)這項(xiàng)拄術(shù)以來(lái)發(fā)展迅速，目前在巖巷加固、邊坡治理、建筑基坑護(hù)壁等工程上均有成功的應(yīng)用。在國(guó)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(tái)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(guò)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(guò)壓緊托盤(pán)對(duì)圍巖進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)的一種手段。作為一種新型可靠有效的加強(qiáng)支護(hù)形式，錨索在巷道支護(hù)中占有重要地位。其特點(diǎn)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(dòng)支護(hù)圍巖，因而可獲得比較理想的支護(hù)加固效果，其加固范圍、支護(hù)強(qiáng)度、可靠性是普通錨桿支護(hù)所無(wú)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(shù)脂錨固錨索、水泥錨固錨索及樹(shù)脂水泥聯(lián)合錨固錨索。按錨固長(zhǎng)度分有端部錨固錨索和全長(zhǎng)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(shù)脂端部錨固錨索樹(shù)脂端部錨固錨索的特點(diǎn)是采用攪拌器攪碎樹(shù)脂藥卷，對(duì)錨索進(jìn)行端部錨固。其安裝孔徑為28mm，用普通單體錨桿機(jī)可完成打孔、安裝。安裝工序簡(jiǎn)單，便于操作，施工速度快。樹(shù)脂端部錨固錨索支護(hù)技術(shù)主要用在破碎、復(fù)合頂板煤巷，放頂煤開(kāi)采沿煤層底板掘進(jìn)的煤頂巷道，軟弱和高地應(yīng)力巷道，以及大跨度開(kāi)切眼和巷道交叉點(diǎn)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(diǎn)是采用多根鋼絞線，全長(zhǎng)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(shí)間，承載速度不像樹(shù)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(bǔ)強(qiáng)加固。（3）樹(shù)脂注漿聯(lián)合錨固錨索樹(shù)脂注漿聯(lián)合錨固錨索兼有樹(shù)脂端部錨固錨索和注漿錨固錨索的優(yōu)點(diǎn)：①單根鋼絞線，先用錨索攪拌樹(shù)脂錨固劑，進(jìn)行端部錨固；②樹(shù)脂端部錨固后，可施加預(yù)緊力，使錨索及時(shí)承載；③樹(shù)脂端部錨固后實(shí)施水泥注漿，進(jìn)行全長(zhǎng)錨固；④施工采用單體錨索鉆機(jī)，不需要笨重的地質(zhì)鉆機(jī)，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(biāo)準(zhǔn)是強(qiáng)度高、韌性好、低松弛，既有一定剛度又有一定柔性，可盤(pán)成卷便于運(yùn)輸，又能自身攪拌樹(shù)脂藥卷實(shí)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(qiáng)度鋼絞線(圖2)，有關(guān)參數(shù)見(jiàn)表1。表17股高強(qiáng)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）錨錨固固劑劑錨固固劑劑有有水水泥泥漿漿、、樹(shù)樹(shù)脂脂膠膠泥泥和和普普通通樹(shù)樹(shù)脂脂藥藥卷卷等等。。注注水水泥泥漿漿及及樹(shù)樹(shù)脂脂膠膠泥泥錨錨固固，，需需配配備備一一套套小小型型注注漿漿泵泵，，施施工工工工藝藝比比采采用用普普通通樹(shù)樹(shù)脂脂藥藥卷卷錨錨固固復(fù)復(fù)雜雜，，尤尤其其采采用用注注水水泥泥漿漿，，需需養(yǎng)養(yǎng)護(hù)護(hù)較較長(zhǎng)長(zhǎng)時(shí)時(shí)間間才才能能安安裝裝錨錨具具、、張張拉拉，，不不能能及及時(shí)時(shí)支支護(hù)護(hù)。。但但注注水水泥泥漿漿及及樹(shù)樹(shù)脂脂膠膠泥泥錨錨固固可可靠靠性性較較高高，，錨錨固固力力大大，，在在鉆鉆孔孔含含水水時(shí)時(shí)，，采采用用普普通通樹(shù)樹(shù)脂脂藥藥卷卷錨錨固固，，其其錨錨固固力力較較小小，，有有可可能能達(dá)達(dá)不不到到設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)錨錨固固力力。。采用用普普通通樹(shù)樹(shù)脂脂藥藥卷卷加加長(zhǎng)長(zhǎng)錨錨固固(里段段采采用用超超快快或或快快速速樹(shù)樹(shù)脂脂藥藥卷卷、、外外段段采采用用中中速速樹(shù)樹(shù)脂脂藥藥卷卷)，與與注注水水泥泥漿漿和和樹(shù)樹(shù)脂脂膠膠泥泥相相比比，，不不需需注注漿漿泵泵，，使使用用錨錨桿桿鉆鉆機(jī)機(jī)帶帶動(dòng)動(dòng)錨錨索索攪攪拌拌樹(shù)樹(shù)脂脂藥藥卷卷，，簡(jiǎn)簡(jiǎn)化化了了錨錨索索安安裝裝工工序序，，由由于于樹(shù)樹(shù)脂脂藥藥一一般般等等待待1h后即即可可安安裝裝鎖鎖具具、、張張拉拉，，實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)了了錨錨索索快快速速安安裝裝、、及及時(shí)時(shí)承承載載，，有有利利于于巷巷道道快快速速施施工工和和圍圍巖巖穩(wěn)穩(wěn)定定。。但但樹(shù)樹(shù)脂脂藥藥卷卷錨錨固固時(shí)時(shí)，，其其錨錨固固力力不不穩(wěn)穩(wěn)定定，，鉆鉆孔孔出出水水時(shí)時(shí)，，錨錨固固力力更更小小。。在在巷巷道道圍圍巖巖較較破破碎碎時(shí)時(shí)，，常常出出現(xiàn)現(xiàn)不不能能將將樹(shù)樹(shù)脂脂藥藥卷卷送送人人孔孔底底，，錨錨固固在在鉆鉆孔孔的的中中部部，，藥藥卷卷擠擠入入圍圍巖巖裂裂隙隙后后，，錨錨固固長(zhǎng)長(zhǎng)度度達(dá)達(dá)不不到到設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)要要求求，，另另外外受受巷巷道道高高度度及及錨錨桿桿鉆鉆機(jī)機(jī)的的扭扭矩矩所所限限，，錨錨固固長(zhǎng)長(zhǎng)度度受受到到限限制制，，一一般般小小1.5m，不如注水泥漿漿和樹(shù)脂膠泥泥靈活。在施施工、設(shè)計(jì)時(shí)時(shí)可根據(jù)生產(chǎn)產(chǎn)地質(zhì)條件及及機(jī)具、巷道道穩(wěn)定性的要要求，合理選選擇錨固劑。。2.錨索結(jié)構(gòu)錨索結(jié)構(gòu)較為為簡(jiǎn)單，可分分為三段：內(nèi)內(nèi)錨固段、鋼鋼絞線自由段段和外錨固段段，各段及其其構(gòu)成如圖4所示。三、錨索的支支護(hù)作用分析析錨索支護(hù)技術(shù)術(shù)主要是將一一定長(zhǎng)度的低低松弛高強(qiáng)度度的鋼絞線配配以專用錨具具，用樹(shù)脂或或砂漿進(jìn)行錨錨固，通過(guò)液液壓千斤頂在在其尾部施加加預(yù)應(yīng)力，達(dá)達(dá)到對(duì)巷道錨錨固支護(hù)的一一項(xiàng)技術(shù)。錨索除具有普普通錨桿的懸懸吊作用、組組合粱作用、、組合拱作用用、楔固作用用外，與普通通錨桿不同的的是對(duì)頂板進(jìn)進(jìn)行深部錨固固而產(chǎn)生強(qiáng)力力懸吊作用，，并且沿巷道道縱軸線形成成連續(xù)支撐點(diǎn)點(diǎn)，以大預(yù)緊緊力減緩頂板板變形擴(kuò)張。。在采掘現(xiàn)場(chǎng)，，對(duì)于圍巖松松動(dòng)圈大，巷巷道圍巖節(jié)理理發(fā)育、頂板板破碎及偽頂頂較厚等復(fù)雜雜頂板條件下下的巷道支護(hù)護(hù)，通過(guò)錨桿桿對(duì)松動(dòng)圈內(nèi)內(nèi)的圍巖進(jìn)行行組合梁加固固和錨索的補(bǔ)補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，將將其錨固到頂頂板深部。由由于錨索支護(hù)護(hù)給巷道頂板板的高預(yù)緊力力和它的高承承載能力，使使頂板由錨桿桿支護(hù)形成的的組合梁得到到進(jìn)一步加強(qiáng)強(qiáng)，并將其牢牢固她懸吊在在上部直接頂頂或者頂內(nèi)。。同時(shí)，這種種加強(qiáng)錨桿支支護(hù)所形成的的組合梁對(duì)上上部重接頂或或老頂也進(jìn)行行了保護(hù)，阻阻止了它的下下沉移動(dòng)和松松動(dòng)擴(kuò)展。使使相鄰的錨桿桿、謹(jǐn)索的作作用力相互疊疊加，組合形形成一個(gè)新巖巖梁。這個(gè)新新的巖梁厚度度、剛度、層層間抗剪強(qiáng)度度成倍增加，，使頂板壓力力通過(guò)巷道煤煤幫向煤體深深部轉(zhuǎn)移。改改善巷道受力力條件，使頂頂板得到有效效控制，片幫幫問(wèn)題也得到到了較好的解解決。關(guān)于錨索是否否必須錨固在在上部堅(jiān)硬巖巖石上，目前前的認(rèn)識(shí)還不不夠統(tǒng)一。1996年，何滿潮教教授根據(jù)多年年的實(shí)踐研究究，提出錨索索的獨(dú)特作用用是調(diào)動(dòng)了深深部圍巖的強(qiáng)強(qiáng)度，并和巷巷道淺部圍巖巖及錨網(wǎng)支護(hù)護(hù)體相互配合合作用，從而而控制了巷道道工程的穩(wěn)定定性狀態(tài)。進(jìn)進(jìn)而指出，錨錨索是否必須須錨固在堅(jiān)硬硬頂板巖層上上，關(guān)鍵取決決于巖體結(jié)構(gòu)構(gòu)和工程尺寸寸。如果頂板板堅(jiān)硬巖層高高度和巷道工工程寬度之比比大于3，就不必要錨錨固在堅(jiān)硬頂頂扳巖層上。。只需充分注注意錨固段的的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和和施工質(zhì)量，，重點(diǎn)考慮深深部圍巖強(qiáng)度度和巷道淺部部支護(hù)體之間間的相互耦合合作用。1、錨索支護(hù)的的使用條件一般情況下，，I、II類圍巖條件不不使用錨索。。由于巖體的的非均質(zhì)性局局部變化及大大型硐室或綜綜采切眼的跨跨度等因素影影響，也有局局部少量使用用。其作用主主要是根據(jù)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)情況變化化，確定局部部非均勻布置置使用。錨索多使用在在Ⅲ、IV、V類圍巖條件的的巷道中，更更多的使用在在Ⅳ、Ⅴ類圍巖條件的的巷道中。2、錨索加強(qiáng)支支護(hù)設(shè)計(jì)原則則①錨索長(zhǎng)度原原則；②錨索強(qiáng)度原原則；③耦合設(shè)計(jì)原原則；④關(guān)鍵部位原原則；⑤反饋設(shè)計(jì)原原則。（1）錨索長(zhǎng)度原原則錨索長(zhǎng)度取決決于巷道頂板板巖性、巖體體結(jié)構(gòu)和巷道道工程尺寸。。堅(jiān)硬頂扳巖巖層高度小于于3倍巷道寬度時(shí)時(shí)，錨索長(zhǎng)度度取決于堅(jiān)硬硬巖層位置，，錨索錨固段段要設(shè)計(jì)在堅(jiān)堅(jiān)硬巖層內(nèi)1~1.5m；當(dāng)堅(jiān)硬巖層高高度大于3倍巷道寬度時(shí)時(shí)，其長(zhǎng)度按按3倍巷道寬度設(shè)設(shè)計(jì)，同時(shí)，，要充分注意意錨固段的結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施施工質(zhì)量，重重點(diǎn)考慮探部部圍巖強(qiáng)度和和巷道淺部支支護(hù)體之間的的相互藕合作作用。（2）錨索強(qiáng)度原原則錨索承載強(qiáng)度度取決于錨索索根數(shù)和錨索索間排距，其其設(shè)計(jì)總荷載載按巷道頂板板塑性軟化區(qū)區(qū)范圍的巖石石質(zhì)量乘以安安全系數(shù)來(lái)計(jì)計(jì)算。（3）耦合設(shè)計(jì)原原則錨索和錨桿支支護(hù)達(dá)不到耦耦合作用狀態(tài)態(tài)，將會(huì)出現(xiàn)現(xiàn)惡性事故。。因此，重視視各種時(shí)空條件下的的預(yù)應(yīng)力施加加值的變化至至關(guān)重要。一一般地說(shuō)，在在迎頭工作面面實(shí)施錨索支護(hù)，預(yù)應(yīng)力力值應(yīng)適當(dāng)小小一些，約是是錨桿設(shè)計(jì)值值的0.8~1.0倍；在掘進(jìn)機(jī)機(jī)后實(shí)施錨索索支護(hù)時(shí)，預(yù)預(yù)應(yīng)力水平應(yīng)應(yīng)是錨桿設(shè)計(jì)計(jì)荷載值的1.0~1.3倍比較適宜。。4）關(guān)鍵部位原原則理論研究表明明，錨索設(shè)計(jì)計(jì)在頂板的力力學(xué)關(guān)鍵部位位效果最好，，因此，錨索索要盡量設(shè)計(jì)計(jì)在頂扳的關(guān)關(guān)鍵部位上。。（5）反饋設(shè)計(jì)原原則現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件件復(fù)雜多變，，要加強(qiáng)錨索索支護(hù)的檢測(cè)測(cè)，及時(shí)反饋饋分析、修正正和完善論計(jì)計(jì)，這樣就及及時(shí)彌補(bǔ)了理理論和實(shí)踐存存在的缺憾。。3、錨索支護(hù)參參數(shù)的確定根據(jù)錨索支護(hù)護(hù)設(shè)計(jì)原則，，錨索支護(hù)應(yīng)應(yīng)在關(guān)鍵部位位出現(xiàn)時(shí)的最最佳支護(hù)時(shí)間間對(duì)關(guān)鍵部位位進(jìn)行加強(qiáng)支支護(hù)，此時(shí)的的錨索支護(hù)參參數(shù)由以下公公式確定。（經(jīng)驗(yàn)：錨索索長(zhǎng)度計(jì)算公公式：△L=pl/eap-張拉力單位Nl-張拉段長(zhǎng)度mme-彈模N/mma-面積mm）（1）錨索長(zhǎng)度可可按式確定——錨索長(zhǎng)度，m；——錨索外露長(zhǎng)度度（一般取0.3m）；——錨索有效長(zhǎng)度度，m；——錨索錨錨固長(zhǎng)長(zhǎng)度(一般取取1.0~2.0m)。。①對(duì)于于靜壓壓軟巖巖巷道道在在錨錨桿失失效的的情況況下，，其潛潛在的的冒落落高度度為1.5倍的巷巷道寬寬度；；同時(shí)時(shí)，為為保證證巷道道的穩(wěn)穩(wěn)定性性，錨錨索應(yīng)應(yīng)保證證錨固固到穩(wěn)穩(wěn)定巖巖層內(nèi)內(nèi)，因因此錨錨索的的有效效長(zhǎng)度度取max{1.5a，，}②對(duì)于于動(dòng)壓壓軟巖巖巷道道③當(dāng)時(shí)時(shí)3amax{3a，}（2）錨索索排距距確定定（3）耦合合參數(shù)數(shù)確定定為使錨錨索支支擴(kuò)和和錨桿桿支護(hù)護(hù)達(dá)到到相互互耦合合作用用的效效果，，注意意各時(shí)時(shí)空條條件下下預(yù)應(yīng)應(yīng)力參參數(shù)的的變化化至關(guān)關(guān)重要要。一一般地地說(shuō)，，在迎迎頭工工作面面實(shí)施施錨索索支護(hù)護(hù)，預(yù)預(yù)應(yīng)力力值適適當(dāng)小小一些些，約約是錨錨桿設(shè)設(shè)計(jì)值值得0.8~1.0倍；在在掘進(jìn)進(jìn)機(jī)后后實(shí)施施錨索索支護(hù)護(hù)時(shí)，，預(yù)應(yīng)應(yīng)力水水平應(yīng)應(yīng)是錨錨桿設(shè)設(shè)計(jì)荷荷載值值的1.0~1.3倍比較較適宜宜。四、錨錨索的的布置置為了獲獲取最最佳的的懸吊吊作用用效果果,錨索以以垂直直巷道道頂板板巖層層布置置安裝裝最好好,因?yàn)檫@這樣既既有利利于施施工,又有利利于發(fā)發(fā)揮其其傳遞遞較大大拉應(yīng)應(yīng)力的的特性性,顯示與與其支支護(hù)措措施無(wú)無(wú)法比比擬的的最大大優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)。錨索布布置同同錨桿桿一樣樣，一一般以以“三三花””或““五花花”型型為主主。五、樹(shù)樹(shù)脂藥藥卷數(shù)數(shù)量的的確定定目前，，在采采礦工工程中中，錨錨索支支護(hù)多多以樹(shù)樹(shù)脂錨錨固劑劑，以以錨固固長(zhǎng)度度的要要求，，樹(shù)脂脂藥卷卷可按按下公公式確確定六、施施工工工藝1、作用用原理理預(yù)應(yīng)力力錨索索加固固巖體體，主主要是是通過(guò)過(guò)錨索索將軟軟弱松松動(dòng)、、不穩(wěn)穩(wěn)定的的巖土土體懸懸吊在在深層層穩(wěn)定定的巖巖土體體上，，以防防止其其離層層滑脫脫，預(yù)預(yù)應(yīng)力力錨索索，一一方面面可直直接在在滑面面上產(chǎn)產(chǎn)生抗抗滑阻阻力，，另一一方面面通過(guò)過(guò)增大大滑面面上的的正應(yīng)應(yīng)力來(lái)來(lái)增大大抗滑滑摩擦擦阻力力，從從而提提高圍圍巖的的整體體性和和穩(wěn)定定性。。2、施工工步驟驟錨索施施工可可分為為地面面準(zhǔn)備備、鉆鉆孔、、錨固固、張張拉4個(gè)主要要工序序。①地面面準(zhǔn)備備首先檢檢查鋼鋼絞線線，截截去松松絲、、嚴(yán)重重銹蝕蝕和死死彎部部分，，按設(shè)設(shè)計(jì)長(zhǎng)長(zhǎng)度截截?cái)噤撲摻g線線，除除去鐵鐵銹和和污泥泥，在在錨固固頭安安裝毛毛齒和和擋圈圈，最最后盤(pán)盤(pán)成圈圈。②鉆孔孔鉆孔可可采用用錨桿桿鉆機(jī)機(jī)或輕輕型專專用錨錨索鉆鉆機(jī)。。在鉆鉆孔時(shí)時(shí)要保保持鉆鉆機(jī)不不挪動(dòng)動(dòng)，以以免鉆鉆孔軸軸線不不在一一直線線上，，給錨錨索安安裝帶帶來(lái)困困難，，其工工藝類類似錨錨桿鉆鉆孔。。③錨固固根據(jù)選選用的的錨固固劑不不同，，錨固固工藝藝也有有所差差別，，注水水泥漿漿與樹(shù)樹(shù)脂膠膠泥工工藝相相似，，將注注漿管管和排排氣管管綁在在鋼紋紋線上上（排排氣管管綁在在最上上端，，注漿漿管綁綁在下下端）），輕輕輕送送人孔孔底，，封孔孔后開(kāi)開(kāi)始注注水泥泥漿或或樹(shù)脂脂膠泥泥，直直到撐撐氣管管不出出氣或或出漿漿為止止．采采用樹(shù)樹(shù)脂藥藥卷錨錨固時(shí)時(shí)，按按先后后順序序?qū)⒊旎蚧蚩焖偎贅?shù)脂脂藥卷卷和中中速樹(shù)樹(shù)脂藥藥卷送送人孔孔內(nèi)，，用鋼鋼絞線線輕輕輕將樹(shù)樹(shù)脂卷卷送人人孔底底，用用攪拌拌連接接器將將鋼絞絞線與與鉆機(jī)機(jī)連接接起來(lái)來(lái)，開(kāi)開(kāi)動(dòng)鉆鉆機(jī)，，邊攪攪拌邊邊推進(jìn)進(jìn)，攪攪拌20~30S，，，將鋼絞絞線卷卷入孔孔底，，不落落鉆機(jī)機(jī)停轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，等等待1~2min，落下鉆鉆機(jī)，，卸下下攪拌拌連續(xù)