小孔徑錨索支護

小孔徑錨索支護一、概述小孔徑錨索支護技術是1997年煤炭科學研究總院北京建井研究所、北京開采研究所等科研機構研制成功。該技術錨固方法是把長錨索錨入深部的穩(wěn)定巖體上，然后對錨索施加預應力，預先對巖體或構件施加主動作用力。該技術作用合理，施工簡便，效果顯著，引起了煤礦和其它部門的重視，應用范圍越來越廣泛。3/25/20242小孔徑錨索

3/25/20243錨索制作車間

3/25/20244二、錨索復合支護形式

錨索具有承載能力強、長度大、成本高等特點，錨索間距一般較大，均需和其它支護形式構成復合支護形式，不同的支護相互配合，取長補短，可降低支護成本。改善支護效果。常用的支護形式有：錨索—錨桿→即：雙錨支護；錨索—錨桿—噴射混凝土→即：雙錨噴支護；錨索—錨桿—金屬網(wǎng)—噴射混凝土→即：雙錨噴網(wǎng)支護。等等3/25/20245三、錨索作用原理錨索和錨桿在巷道支護中的作用機理基本相同，都有自承拱作用、組合梁作用和懸吊作用。1、自承拱作用。自承拱作用就是把受采掘影響和被節(jié)理、裂隙、斷層切割而破碎的巖體用預應力錨索加固成壓力拱圈，提高巖體的整體性和自承能力，保持圍巖的穩(wěn)定。在預應力作用下，被錨索內(nèi)外錨固段加固的巖體在一定范圍內(nèi)形成雙向受壓區(qū)，如果錨索長度和間距合理，錨索群形成的受壓區(qū)能重疊，從而形成一個壓縮帶，如下圖所示。錨索長度L與間距S之比(L/S)越大，壓縮圈的厚度就越大，但成本也越大，施工也越難，L/S越小，壓縮圈厚度就越小，甚至不能形成壓縮圈而只能產(chǎn)生單個的不連續(xù)的壓縮區(qū)。光彈試驗表明，用預應力錨索加固受采掘影響的巖體，其經(jīng)濟合理的錨索長度和間距是：L/S≥2。

3/25/20246錨索—錨桿支護自承拱作用原理

1-錨索；2-錨桿；3-錨桿壓力圈；4-錨索壓力圈3/25/20247三、錨索作用原理2、組合梁作用。組合梁作用就是錨索穿過層狀巖層，使巖層層面和層理之間的摩擦力增大，增強巖體的整體性，阻止巖層間的分離、位移，提高巖層的抗彎強度。這就比單純的疊合梁具有更大的承載能力。垂直穿過巖層的錨索，其組合梁作用尤其明顯。3、懸吊作用。懸吊作用就是錨索把不穩(wěn)定巖塊吊掛在穩(wěn)定的巖體上，限制不穩(wěn)定巖塊的位移，防止其冒落。上述幾種作用常常不是單一存在的，而是綜合在一起的，而且在不同的情況下不同作用的地位有主次之分，因此，在實際工作中應具體分析。

3/25/20248三、錨索作用原理

雖然錨索和錨桿的支護作用原理基本相同，但在復合支護中兩者的作用并不是簡單的重復。錨桿長度小，壓力圈薄且離巷道壁較近，這個壓力圈的自承載能力較小，在巷道地壓大、圍巖松動圈厚度大時，錨桿的支護作用更難發(fā)揮。錨索長度遠大于錨桿，承載能力強，在預應力作用下形成的圍巖壓力圈厚度大而且離巷道壁較遠，在圍巖破碎、地壓較大情況下，錨索的壓力圈恰好給錨桿提供一個可靠支護依托，形成大小兩個圍巖壓力圈共同支護的狀況。此時，大壓力圈可承受巷道深部圍巖的自重及壓力，并將壓力轉(zhuǎn)移到深部圍巖，大大減輕小壓力圈的壓力，成為小壓力圈的保護圈。

3/25/20249三、錨索作用原理

錨索長度大，間距也很大，一般3～5m以上，在預應力作用下形成壓力區(qū)的同時，兩錨索之間還有較大的拉應力區(qū)，這是錨索支護的弱點所在。錨桿短而密，當錨桿的長度適當時，可基本消除錨索之間的拉應力區(qū)。錨索壓力區(qū)和錨桿壓力區(qū)組合成厚度更大的壓力圈。在懸吊作用中，錨索可以對大塊的松動巖石起作用，把它懸吊于深部巖層，而對小塊危巖往往無能為力。錨桿的懸吊作用恰好相反，把小塊危巖懸吊與錨索壓力圈上。

3/25/202410三、錨索作用原理

在節(jié)理裂隙發(fā)育、圍巖破碎的巷道中，錨桿和錨索很難防止巖體風化，在水的長時間軟化、侵蝕以及風化和巖石的蠕變作用下，巖體變得更加破碎，巖石內(nèi)摩擦角逐漸減小，錨桿和錨索作用下的壓力區(qū)必然相應減小，最終連續(xù)的封閉的壓縮帶被破壞。因此在錨索、錨桿支護體系中加上噴射混凝土是十分必要的。噴射混凝土可盡早封閉圍巖，防止風化，保持圍巖的整體強度。其次，噴射混凝土顆?？商顚嵰延辛严?，使破碎、松散的表層巖石成為連續(xù)的完整的巖體，再次，在錨桿作用下圍巖表面仍有較小拉應力三角區(qū)，噴射混土可使巷道表面圍巖改變受力狀況，消除或減小拉應力。圍巖嚴重破碎時，錨桿和噴射混凝往往不能保證松動圈的穩(wěn)定，此時加上金屬網(wǎng)，既可保護錨桿之間的拉應力區(qū)中的圍巖，又能大大提高噴射混凝土層的抗拉強度。

3/25/202411四、小孔徑錨索的結構

錨索由鋼絞線、錨齒、擋箍、墊板和錨具等組成，如下圖所示：

3/25/202412四、小孔徑錨索的結構1、鋼絞線鋼絞線是錨索承受、傳遞支護力的主體，采用單根7×φ5mm冷軋鋼絞線。其力學性能指標見下表。鋼絞線的長度視孔深而定，一般比孔深大0.5m即可。通常長為5~8m。

3/25/202413四、小孔徑錨索的結構2、錨齒錨齒的作用是打爛、攪拌樹脂卷。另外，也起到使鋼絞線居中定位作用，避免鋼絞線偏靠孔壁而影響錨固質(zhì)量，一般可用螺栓或點焊的方式固定在鋼絞線上，沿鋼絞線錨固段200~300mm設一個錨齒。3、擋箍擋箍的作用是在攪拌樹脂卷、推送鋼絞線的過程中，擋住膠狀樹脂使之不能流出錨固端外?？蛇x用橡膠或塑料，內(nèi)徑能箍緊在鋼絞線上為準，外徑應略小于孔徑。4、墊板、錨具（索頭）墊板和錨具是錨索的外錨固端的受力部件。墊板一般采用槽鋼加錨桿盤，錨具須選購標準件。索具如下圖所示。

3/25/202414km系列礦用錨索鎖頭3/25/202415km15、km18型礦用錨索錨具3/25/202416錨卡具適用直徑φ15mm的高強度低松弛鋼絞線，是錨索的必備卡具。技術參數(shù)：錨索規(guī)格φ15.3mm錨卡具

3/25/202417五、錨索支護參數(shù)的確定

其參數(shù)按懸吊理論進行設計，保證錨索有能力承擔其承載范圍內(nèi)潛在錨落巖層的重量。1、巷道每米長度范圍內(nèi)潛在冒落巖石重量巷道潛在冒落拱高度為：巷道潛在冒落拱面積為：每米巷道潛在冒落煤巖重量為：直接頂硬度系數(shù)頂板巖性系數(shù)巷道跨度，m直接頂煤巖容重，t/m33/25/202418五、錨索支護參數(shù)的確定2、單根錨索所承擔的冒落長度：錨索強度標準值，MPa錨索截面積，mm2錨具效率系數(shù)，取值范圍0.9~0.95每米巷道潛在冒落巖石重量，t/m3/25/202419五、錨索支護參數(shù)的確定3、錨索錨固長度（mm)

錨索錨固長度有理論錨固長度和實際錨固長度之分，實際錨固長度必須大于理論錨固長度。

樹脂直徑，mm樹脂長度，mm實際錨固長度:錨索與錨固劑設計粘結強度，取10t/m2理論上所需錨固長度:錨索鋼絞線直徑，mm安全系數(shù)，取1.5錨索強度標準值，MPa3/25/202420五、錨索支護參數(shù)的確定4、確定錨索長度實際錨固長度，mm安全系數(shù)，取2左右巷道跨度，mm每排錨索根數(shù)錨索外露長度，300mm3/25/202421實例：劉東煤礦巷道支護斷面圖3/25/202422實例：劉東煤礦巷道支護斷面圖3/25/202423六、錨索施工機具主要包括：1、錨索鉆機2、鉆桿3、鉆頭4、錨索攪拌器5、錨索張拉機具6、錨索切斷器3/25/202424mqt－85j氣動錨桿錨索鉆機

3/25/202425mty系列液壓錨桿錨索鉆機3/25/202426錨索鉆桿——鉆桿間的連接用連接套

3/25/202427金剛石復合片錨桿鉆頭3/25/202428錨桿、錨索攪拌器3/25/202429錨索安裝器3/25/202430錨索攪拌器3/25/202431mqy120、mq18-200/50錨索張拉機具

3/25/202432錨索張拉機具3/25/202433機載錨索張拉機具3/25/202434sm系列手動錨索安裝機具3/25/202435錨索切斷器3/25/202436七、錨索安裝工藝

錨索的安裝施工主要有三個環(huán)節(jié)，即鉆孔、安裝及張拉。1、鉆孔⑴、按設計的孔位、孔深和角度等，用錨桿鉆機鉆孔。⑵、鉆到設計孔深后，鉆桿帶著鉆頭在孔中鏜幾次，將孔壁上的滋翹的石渣除掉，使孔壁光滑，孔徑不小于設計尺寸。⑶、成孔要直，45°角以下的孔要進行吹孔清理。⑷、當鋼絞線在孔中推送、拔出順暢自如時，視該孔為成孔；否則為不合格孔，應按“⑵”條進行清孔。如若此孔實在達不到要求，應錯開原孔位另打新孔。

3/25/202437七、錨索安裝工藝

2、安裝(1)檢查錨索錨固段結構是否完好無損，破壞、松動的部位要修整，生銹的部位要用刷子清除，沾染的污垢要沖洗干凈，禁用折彎等不合格的錨索。(2)送錨索前用錨索探孔，錨索在孔中推送、拔出自如后方可進行下一步驟，否則要處理鉆孔。向孔內(nèi)送入樹脂卷和錨索。先將樹脂卷送入孔內(nèi)，(按快慢性能順序送入)，后用錨索推送樹脂卷至孔底。按下圖連接好安裝系統(tǒng)，開動錨桿鉆機進行攪拌，錨固錨索。

3/25/202438樹脂藥卷快速錨固錨索安裝系統(tǒng)圖3/25/202439七、錨索安裝工藝

2、安裝——攪拌要求如下：

①一人手扶錨索，使其盡量不打彎減少震動。錨索鉆機推力要適中，使其既能轉(zhuǎn)動推進錨索，又不使錨索太彎而影響轉(zhuǎn)動。②剛開始攪拌的5s內(nèi)轉(zhuǎn)速要慢，每秒1～2轉(zhuǎn)為宜，爾后逐漸提高轉(zhuǎn)速至鉆機的額定轉(zhuǎn)速。這一過程3～5s內(nèi)完成，之后一直平穩(wěn)攪拌完畢。③攪拌推進的平均速度為50～60mm/s，整個攪拌過程在20～30s內(nèi)完成。④攪拌推進過程不允許間歇停頓，在攪拌推進整個過程結束后，拆除系統(tǒng)過程中不能拉動、轉(zhuǎn)動錨索，否則將破壞錨固劑的初凝、導致錨固失敗。攪拌停止拆卸系統(tǒng)前，穩(wěn)住錨索不動，停頓30s左右，以保證錨固劑初凝、固定住錨索、不因自重而下滑。

3/25/202440七、錨索安裝工藝

3、張拉當攪拌安裝達到凝固時間后(一般凝固時間設計為30min，若工程狀況允許可延長些)，就可以張拉了。

錨索張拉系統(tǒng)圖3/25/202441七、錨索安裝工藝

3、張拉——張拉過程如下：(1)按上圖將機具等安裝連接好。(2)墊實墊板，墊板平面要垂直于鉆孔軸線，保證錨索受力在一條直線上。(3)1人加壓(操作手動或電動加壓泵)、1人觀看壓力表、1人觀察千斤頂及其周圍情況，達到設計的預應力便停止加壓，當出現(xiàn)其它異常情況(如系統(tǒng)漏油、壓力突增突減、異常聲音、墊板底部結構壓壞等)暫停加壓，回缸卸壓、處理情況。(4)加壓過程要平穩(wěn)，不能忽快忽慢，使得壓力表指針平穩(wěn)上升或千斤頂油缸均勻伸縮。(5)一次出缸張拉或重復出缸完成張拉過程情況都有。若在設計的預應力值范圍之內(nèi)(或進行破壞性張拉試驗)達到某一應力值時，只出缸而壓力值不升(甚至下降)，則可判定此時拉力值達到了錨索的極限錨固力。(6)達到設計預應力值后停止加壓，扳動換向閥，反向加壓、回缸(此時要有專人托住千斤頂，或事先系掛好千斤頂，防止卸壓后脫落)，使錨具鎖緊。取下千斤頂，完成了一根錨索的張拉。照此重復進行下一錨索的張拉。

3/25/202442七、錨索安裝工藝

4、外錨端多余部分錨索切除張拉完后需要對外錨端多余部分錨索切除時，利用專用錨索切斷器與張拉機具中的加壓部分相配合進行切斷處理。

外錨端多余錨索切除系統(tǒng)圖3/25/202443七、錨索安裝工藝

4、外錨端多余部分錨索切除——切斷操作程如下：(1)按上圖連接好機具。(2)專人托扶切斷器或?qū)⑵湎翟诶喂痰慕Y構體上。(3)穿上切斷器后，在鋼鉸線的端頭套上專用套筒并用手攥緊，防止切斷瞬間斷掉的鋼絞線崩散產(chǎn)生危險。(4)平穩(wěn)加壓直至切斷。若達到通常的切斷力仍不切斷時，應檢查一下刀刃，如為鈍刀應及時更換。(5)切斷的瞬間有時產(chǎn)生火花，要有預防瓦斯爆炸的措施(如檢驗瓦斯含量是否超限，加大通風等)。(6)安裝好的錨索如下圖所示。

3/25/202444安裝好的錨索3/25/202445邢臺礦務局葛泉煤礦切眼支護結構圖3/25/202446八、錨索施工質(zhì)量檢測

主要檢測錨索的錨固力，常用的測量儀器為測力計。3/25/202447振弦式錨索測力計3/25/202448mgc系列錨索測力計

3/25/202449數(shù)顯錨桿（錨索）測力計

3/25/202450ms-60型錨索測力計

3/25/202451九、小孔徑錨索支護的優(yōu)點

(1)施工速度快，承載快，更適用于需快速支護的工程。快速錨索，從