锚杆支护培训教材.pptx

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,寺河矿生产技术室,2009,年,5,月,29,日,煤巷锚杆支护成套技术培训教材,2,锚杆支护效果,锚杆支护与架棚支护相比，其优越性表现在：,属于主动支护,将巷道围岩变成承载体,对巷道不规则断面适应性强,巷道围岩变形量显著减小，安全生产得到保证，大幅度减少 了冒顶、瓦斯、火灾事故,锚杆支护具有巨大的技术经济效益和社会效益，是我国煤炭行业继综合机械化之后的第二次,支护技术革命,3,锚杆支护使用范围,、,、,类全面推广（地质条件比较简单煤层），,、,类得到推广应用（地质条件复杂煤层）,主 要 内 容,1,锚杆支护理论,2,巷道围岩地质力学测试,3,锚杆支护设计,4,支护材料,5,施工机具与工艺,6,支护工程质量检测,7,特殊地质条件支护技术,8,锚杆支护技术规范,煤巷锚杆支护成套技术是一个庞大的系统，包括锚杆支护理论、巷道,围岩地质力学测试、锚杆支护设计、支护材料、施工机具与工艺、支护工,程质量检测、矿压监测、特殊地质条件支护技术、锚杆支护技术规范等诸,多方面。此次培训教材就是对上述内容进行分述。,5,1,锚杆支护理论,研究锚杆支护机理的目的是了解巷道变形和破坏的特征和规律，锚杆支护构件的作用，锚杆支护与围岩的相互作用关系及其影响因素，为锚杆支护设计提供理论依据,第一小节 锚杆支护构件的作用,锚杆支护由锚杆杆体、托板和螺母、锚固剂、钢带及金属网等构件组成，锚杆支护的作用是由这些构件共同完成的,一、锚杆杆体的作用,1,、抗拉作用,锚杆杆体受拉断载荷用下式计算：,P=(,d,2,/4),b,式中：,P,锚杆拉断载荷，,N,；,d,锚杆直径，,mm,b,锚杆钢材抗拉强度，,MPa.,我矿目前使用的顶、帮锚杆抗拉强度,400 MPa,，计算成拉断载荷分别为,179KN,和,145KN,。,第一小节 锚杆支护构件的作用,2,、抗剪作用,锚杆杆体受拉断载荷用下式计算：,Q=(,d,2,/4),b,式中：,Q,锚杆剪断载荷，,N,；,d,锚杆直径，,mm,b,锚杆钢材剪切强度，,MPa.,根据材料力学，对于塑性材料剪切强度一般为拉伸强度的倍,因此我矿使用的顶,/,帮锚杆的剪断载荷分别为,:125KN,和,100KN,左右。,从上述计算可知，锚杆的抗拉载荷远大于抗剪载荷，因此要充分发挥锚杆的抗拉优势。,第一小节 锚杆支护构件的作用,二、锚杆托板（托盘）的作用,1,、通过给螺母施加一定的扭矩使托板压紧巷道表面，给锚杆提供预紧力，并使预紧力作用到锚杆周围的煤岩体中，从而改善围岩应力状态，抑制围岩离层、结构面滑动和节理裂隙张开，实现锚杆的主动、及时支护作用。,2,、围岩变形使载荷作用于托板上，通过托板将载荷传递到锚杆杆体，增大锚杆的工作阻力，充分发挥锚杆控制围岩变形的作用。,托板抗变形强度应与锚杆杆体性能相匹配，才能充分发挥锚杆支护作用,第一小节 锚杆支护构件的作用,三、锚固剂的作用,锚固剂的主要作用是将钻孔孔壁岩石与杆体粘结在一起，使锚杆发挥支护支护。同时锚固剂也具有一定的抗剪和抗拉能力，与锚杆共同加固围岩。,锚固剂的抗拉强度一般可取。钻孔内不安装锚杆时可提供抗拉力，施工锚杆可抗拉力,;,抗剪强度一般可取,35MPa,。钻孔内不安装锚杆时可提供剪切力，施工锚杆可剪切力,;,根据锚杆锚固长度分：端锚、加长锚、全长锚,端锚：锚杆杆体受力均匀，对围岩变形和离层不敏感；全长锚：杆体受力不均匀，对围岩变形和离层敏感，支护的刚度提高。,第一小节 锚杆支护构件的作用,四、钢带的作用,1,、锚杆预紧力和工作阻力扩散作用。点线,2,、支护巷道表面和改善围岩应力状态作用。抑制围岩离层、裂隙张开，减少围岩弯曲，改善岩层应力。,3,、均衡锚杆受力和提高整体支护作用。共同形成组合支护系统。,我矿钢带为,16,圆钢焊制，规格为,16,4800,6,；切眼,采用,W,钢带（宽,280,，厚,3mm,），规格,4800-6,M,max,=qa,2,/8 f=5qa,4,/384EI,钢带中点处最大弯矩 钢带绕度,第一小节 锚杆支护构件的作用,五、网的作用,1,、维护锚杆之间哈感围岩，防止破碎岩块垮落。,2,、紧贴巷道表面，提供一定的支护力。,3,、对深部围岩有良好的支护作用，有网的情况，虽然巷道表面围岩已破坏，但没有松散、垮落,可作为传力介质，使巷道深部围岩处于三向应力状态，提高岩体的残余强度，同时也保证了锚杆的锚固效果。,我矿采用,8,铅丝编制的,5050,菱形网片。留巷采用了,6,圆钢焊制的,100100,网格的钢筋网。,31001100,规格,第一小节 锚杆支护构件的作用,六、锚索的作用,1,、提供较大的预紧力。与锚杆形成压应力区组合骨架网状结构。,2,、锚固在稳定岩层，锚固深度大，在浅部围岩失稳时起到良好的抑制作用。调动了深部围岩的承载能力,第二小节 锚杆支护的加固作用,以上分析了锚杆支护各构件的作用，在实际支护状况下，锚杆支护构件共同发挥作用，控制围岩变形。本节分析锚杆提供的支护强度对煤岩体强度的影响，以及对煤体内层理、节理、裂隙等不连续面的加固作用。,一、锚杆提供的支护强度：用,m,表示,公式：,m,=,d,2,b,/4a,1,a,2,下面列出锚杆间排距条件下，几种锚杆的支护强度。,锚杆牌号,抗拉强,度,MPa,支护强度,MPa,18MM,20MM,22MM,400,570,0.23,0.28,0.34,500,670,0.27,0.33,0.40,第二小节 锚杆支护的加固作用,二、锚杆对不连续面的加固作用,围岩内存在各种节理、层理、裂隙等不连续面，,这些结构面的分布与强度对岩体的整体强度影响很,大。一般情况下，结构面的强度比较低，锚杆对其强,度的影响很大，从而提高岩体的整体强度。,有图示可知，由于公式较复杂，不介绍。,第三小节 现有锚杆支护理论评述,目前已有十几种锚杆支护理论。这些支护理论在生产实践中起到积极作用。但每种理论都有其使用条件。都不同程度的存在局限性、片面性、不合理性。,随着支护技术的发展，逐渐认识到预紧力在锚杆支护中的决定作用，锚杆对围岩的强化作用，锚杆对岩层结构面扩容变形的约束作用，以及保持围岩完整性的重要性。这些认识对提高锚杆支护效果，特别是困难条件巷道支护有较好的理论指导。,18,（,1,）悬吊理论,机理：将巷道顶板较软弱岩层悬吊在稳定岩层上，以避免较软弱岩层的破坏、失稳和塌落，锚杆所受的拉力来自被悬吊的岩层重量。,缺点：没有考虑围岩的自承能力，而且将被锚固体与原岩体分开。,第三小节 现有锚杆支护理论评述,19,（,1,）悬吊理论,适用条件：,锚杆可以锚固到顶板坚硬稳定岩层,第三小节 现有锚杆支护理论评述,20,（,2,）组合梁理论,机理：将锚固范围内的岩层挤紧，增加岩层间的摩擦力，防止岩石沿层面滑动，避免各岩层出现离层现象，提高其自撑能力。将几层薄岩层锁紧成一个较厚的岩层（组合梁）。在上覆岩层载荷的作用下，这种组合厚岩层内的最大弯曲应变和应力都将大大减小，组合梁的挠度亦减小。,缺点：将锚杆作用与围岩的自稳作用分开；在顶板较破碎、连续性受到破坏时，难以形成组合梁。,适用条件：,层状地层,顶板在相当距离内不存在稳定岩层，悬吊作用处于次要地位。,第三小节 现有锚杆支护理论评述,21,（,3,）组合拱理论,机理：在破碎区安装预应力锚杆时，在杆体两端将形成圆锥形分布的压应力，如果沿巷道周边布置锚杆群，只要铺杆间距足够小，各个锚杆形成的压应力圆锥体将相互交错，在岩体中形成一个均匀的压缩带，即承压拱，这个承压拱可以承受其上部破碎岩石施加的径向荷载。在承压拱内的岩石径向及切向均受压，处于三向应力状态，其围岩强度得到提高，支撑能力也相应加大。,缺点：,一般不能作为准确的定量设计。,适用条件：,顶板无稳定岩层,第三小节 现有锚杆支护理论评述,22,（,4,）最大水平应力理论,机理：,矿井岩层的水平应力通常大于垂直应力，水平应力具有明显的方向性。在最大水平应力作用下，顶底板岩层易于发生剪切破坏，出现错动与松动而膨胀造成围岩变形，锚杆的作用即是约束其沿轴向岩层膨胀和垂直于轴向的岩层剪切错动。,23,（,4,）最大水平应力理论,24,围岩与支护强度的关系,随支护强度增加，围岩的极限强度和残余强度提高，围岩残余强度提高到一定程度就能保持巷道稳定。,（,5,）锚杆支护围岩强度强化理论,较大延伸率的锚杆杆体。,53 MPA，倾角为19.,预紧力增加裂隙体间的摩擦作用，提高顶板稳定性；,1，用凿岩机强行压入比杆径小23mm的锚孔，为安装方便，打入端略呈锥形。,(1)通过在寺河矿15个地应力测站测量结果表明，寺河矿地应力场有两种：HV型和VH型应力场。,第六节 图示锚杆支护参数设计,2、锚杆预紧力的因素：从预紧力距换算成预紧力公式看，锚杆预紧力同螺母施工的预紧力距成正比。,(7)从现场井下西区巷道顶板围岩原位强度测试结果来看，西区3#煤层顶板岩层以泥岩、砂质泥岩、泥质砂岩和细砂岩为主，直接顶的以泥岩、泥质砂岩、砂质泥岩为主，抗压强度只要集中在3050MPA左右，砂岩抗压强度主要集中在80MPA左右。,2、围岩变形使载荷作用于托板上，通过托板将载荷传递到锚杆杆体，增大锚杆的工作阻力，充分发挥锚杆控制围岩变形的作用。,我矿采区巷道断面一般设计为米，支护参数为,6，与铅垂方向偏差为16.,(5)在断层附近主应力比正常地质条件下的应力值偏小；,2、锚杆间排距选取,25,（,5,）锚杆支护强度强化理论,锚杆与围岩相互作用，形成锚杆,围岩的共同承载结构，改善锚固体力学性能，提高锚固体峰值强度和残余强度，特别是残余强度的提高，有效提高围岩的自承能力，控制围岩塑性区、破碎区发展，促使巷道围岩由不稳定状态向稳定状态转变。,26,锚固体,C,、,、,C,*,、,*,随锚杆支护强度,t,的增加而提高。,不同锚杆支护强度下锚固体破坏前的,C,、,值,锚杆支护强度,t,/MPa,0,0.06,0.08,0.11,0.14,0.17,0.22,等效内聚力,C/,MPa,0.3466,0.3568,0.3626,0.3677,0.3828,0.3773,0.3869,等效内摩擦角,/,31.51,31.53,33.51,35.57,37.14,38.8,40.4,不同锚杆支护强度下锚固体破坏后的,C*,、,*,值,锚杆支护强度,t,/MPa,0,0.06,0.08,0.11,0.14,0.17,0.22,等效内聚力,C,*/MPa,0.0168,0.0182,0.0183,0.0184,0.0186,0.0194,0.021,等效内摩擦角,*,/,31.51,31.53,33.51,35.57,37.14,38.8,40.4,27,图 锚固体应力应变曲线图,注：曲线上数字为锚杆支护强度,t,（,MPa,）,锚固体强度随锚杆支护强度,t,的提高而得到强化，达到一定程度就可保持围岩稳定。,锚固体,1,、,1,*,的表达式：,式中：,1,锚固体极限强度，,MPa,，,1,*,锚固体残余强度，,MPa,。,t,锚杆支护强度，,MPa,提高支护强度,t,，可使,C,、,、,C,*,、,*,提高；它们的提高，使,1,、,1,*,显著增强。,发展高（超高）强度锚杆，提高支护强度,t,、围岩更加稳定。,第四小节 锚杆支护作用机理分析,一、锚杆支护对围岩强度、围岩结构和围岩应力的作用,通过上述锚杆支护构件作用分析，锚杆支护加固作用分析以及锚杆支护理论评价，结合巷道围岩性质的三要素（围岩强度、围岩结构和围岩应力），归纳锚杆支护的作用如下：,1,、对围岩强度影响：对强度较低的岩体提高大,2,、对围岩结构影响：阻止结构面滑动，提高整体性和完整性，从而提高强度,3,、对围岩应力影响：施加压应力，改善围岩应力状态，受拉区域可抵消拉应力；受剪区域，通过压应力产生摩擦提高抗剪能力。,二、影响锚杆支护效果的关键因素分析,提高锚杆支护系统的刚度是非常重要的。途径有两个：一给锚杆施工较大的预紧力。二采用加长锚固或全长锚固。特别是锚杆预紧力在支护系统中起决定性作用（预紧力为锚杆屈服载荷,30,50,，锚索为,40,70,）,400,型,20,为，,22,为,76KN,，,见应力场图,术语：,1,、预紧力：,2,：预计力矩：,3,、预应力（预紧力与杆体截面积比）,2,、巷道围岩地质力学测试,巷道围岩是一个及其复杂的地质体。与其他工程材料相比，它具有两大特点：第一是岩体内部含有各种各样的不连续面，如节理、裂隙等，这些不连续面的存在显著改变了岩体的强度和变形特征，致使岩块与岩体的强度相差悬殊；第二是岩体含有内应力，地应力场的大小和方向都显著影响围岩的变形和破坏。因此，一切与围岩有关的工作都离不开地质力学特征的充分了解。巷道围岩地质力学测试通过井下实地测量，得到地应力的大小和方向，煤岩体强度及围岩结构分布，为锚杆支护设计提供可靠的基础参数。,第一节 地应力测量,测量地应力的方法较多，我矿地应力测试采用水压致裂法水；具体原理及方法我矿基本不涉及，这里介绍开采所为我矿地应力测量的结果：,东二盘区：三维地应力测量试验结果表明：最大主应力大小为，倾角为,19.7,，大致呈近水平方向，方位角为,281.3,，用象限角表示为,N78.7W,，近似呈东西向；最小主应力大小为，倾角为,12.4,，也大致呈近水平方向，方位角为,188.7,，用象限角表示为,S8.7W,，近似呈南北向；中间主应力倾角为,74.6,，与铅垂方向偏差为,16.4,（小于,25,），近铅垂方向，大小为，与估算值,(H=10.6 MPa),大小之差只有,7.5%,。,东三盘区：,33022,巷通过寺河矿水压致裂三维地应力测量结果表明：第一测站最大主应力,大小为,14.53,MPA,，倾角为,19.7,，近水平方向，方位角为,281.3,，用方向角表示为,N78.7W,；中间主应力大小为,9.8 MPA,，倾角为,74.6,，近似呈铅垂方向；最小主应力为,6.4 MPA,，倾角为,12.43,，近似呈水平方位，方位角为,188.7,。第二测站最大主应力,大小为，倾角为,17.6,，近水平方向，方位角为,272.6,，用方向角表示为,N87.4W,；中间主应力大小为,8.92 MPA,，倾角为,78.4,，近似呈铅垂方向；最小主应力大小为，倾角为,14.7,，近似呈水平方位，方位角为,188.7,。两个测站最大主应力均为近水平主应力，中间主应力均为近垂直主应力，最小主应力也均为近水平主应力。表明寺河矿区应力场形式为,HV,型。三维应力中最大主应力方向集中在,N87.4W,N78.7W,。,第一节 地应力测量,序号,测站名称,埋深,（,m）,垂直应力,（,MPa）,最大水平主应力（,MPa）,最小水平主应力（,MPa）,最大水平主应力方向,侧压比,1,第一测点,439.7,11.65,13.0,6.74,N17.4W,1.12,2,第二测点,399.2,10.58,13.2,6.98,N63.8W,1.25,3,第三测点,410.5,10.88,13.81,7.92,N39W,1.27,4,第四测点,459.6,12.18,10.89,5.61,N62.7E,0.89,5,第五测点,4146,10.99,10.80,5.92,N65.7E,0.98,6,第六测点,409.4,10.85,12.43,6.62,N79.2E,1.15,7,第七测点,410.2,10.87,13.67,7.05,N63.5W,1.26,8,第八测点,310,8.22,11.34,6.40,N49.7E,1.38,9,第九测点,292.4,7.75,11.74,6.7,N54.2E,1.51,10,第十测点,284.5,7.54,10.90,5.71,N43.5E,1.45,西区地应力测量结果,第二节 巷道围岩强度测试,从东区,5,个煤帮钻孔强度测试结果来看，在工作面未经采动前寺河煤,3,#,煤的平均单轴抗压强度集中在之间，最小为，最大为。煤的强度在煤帮较小，随帮孔深度增加，强度有所增加，这可能是煤帮深处受掘进影响较小，煤帮浅处受掘进影响较大，煤体有所破坏，强度有所降低。在工作面推过之后煤的强度主要集中在之间。煤的强度有所降低，这主要是受采动影响较大，煤柱中部分煤进入塑性。,从西区巷道,10,个顶板钻孔强度测试结果来看：,3#,煤层顶板岩层以砂质泥岩、泥质砂岩和细砂岩为主，直接顶以泥岩、泥质砂岩、砂质泥岩和砂岩为主，强度主要集中在,3050MPa,，砂岩强度主要集中在,80MPa,左右。,第三节 我矿地质力学测试结果分析,通过地质力学测试，对寺河矿巷道围岩地质条件、地应力分布、巷道围岩强度有了比较详细的了解，得出以下结论，可为寺河矿的高产高效矿井的建设提供重要参考资料。,(1),通过在寺河矿,15,个地应力测站测量结果表明，寺河矿地应力场有两种：,HV,型和,VH,型应力场。在,15,个测站中，其中有,13,个测站,H,/,V,1,，占,87%,，,2,个测站,H,/,V,1,，占,13%,，水平应力占有绝对优势，说明矿区以构造应力为主，属于构造应力场；,(2),寺河矿区最大水平主应力方向总体上近东西方向，这与根据区域地质构造特征分析结果相一致；,(3),寺河矿区属于中等应力矿区；,(4),寺河矿区地应力侧压比总体上随着埋藏深度的增加而减小；,(5),在断层附近主应力比正常地质条件下的应力值偏小；,(6),建议寺河矿区主要巷道轴线方向尽量布置在东西向；,(7),从现场井下西区巷道顶板围岩原位强度测试结果来看，西区,3,#,煤层顶板岩层以泥岩、砂质泥岩、泥质砂岩和细砂岩为主，直接顶的以泥岩、泥质砂岩、砂质泥岩为主，抗压强度只要集中在,3050MPA,左右，砂岩抗压强度主要集中在,80MPA,左右。,3,、锚杆支护设计方法,目前支护设计方法分为三大类：,工程类比法：,根据已有巷道工程通过类比提出新建工程支护设计；采用简单经验公式确定支护设计,理论计算法：,基于某种支护理论，计算锚杆支护参数,数值模拟法：,采用电脑进行数值模拟复杂围岩条件、边界条件和各种断面的应力场与位移量；快速进行多方案比较，直观形象，便于处理和分析。,支护设计是巷道锚杆支护的一项关键技术，对充分发挥锚杆支护的优越性和保证巷道安全具有十分重要的意义。如果支护形式和参数选择不合理，就会造成两个极端：其一是支护强度太大，不仅浪费材料，还影响施工进度；其二是支护强度不够，不能控制围岩，出现冒顶事故。,第一节 工程类比法,一、根据已有工程直接提出支护设计,基础是：两条巷道基本类似，不能有较大差异，参考已掘巷道支护的基本参数。主要考虑以下方面,1,、围岩物理力学性质：如岩性、矿物成分、密度；力学方面的抗压强度、弹性模量。其中煤岩体的单轴抗压强度是最常用的力学指标。,2,、围岩结构特征：节理、裂隙、层理等,3,、地质构造影响：断层、褶曲、陷落柱等，必须弄清有无大的构造。,4,、地应力,5,、巷道特征与使用条件：,6,、采动影响情况：,7,、巷道施工技术：机掘、炮掘、掘进顺序等,第一节 工程类比法,二、经验公式：,经验公式是在大量支护设计经验基础上，得出的指导支护设计的简单公式。,1,、锚杆长度选取：,由于提出的经验有许多种，只介绍常用的几种：,（,1,）,Hoek,与,Brown,等提出确定锚杆长度的一般经验准则：最小锚杆长度,max,锚杆间距的两倍；三倍不连续面平均间距确定的不稳定岩块宽度，巷道跨度之半,（,2,）,Lang,与,Bischoff,认为，锚杆长度与锚杆间排距之比应为，锚杆长度可为巷道宽度的函数确定：,L=B,2/3,，其中,L,为锚杆长度，,B,为巷道宽度,2,、锚杆间排距选取,新奥法对锚杆间距的选择提出一些准则：硬岩，间距,1.5-2M;,中硬岩，间距；松软破碎岩体间距取,经验公式最大特点简单、方便，但存在两弊端：一只能提供支护的主要参数（锚杆长度、间排距），而其他参数如锚杆杆体结构、预紧力等很难用公式反映。二只考虑了巷道宽度、高度、岩石软硬度、结构面分布，而影响巷道围岩变形和破坏还多。,第一节 工程类比法,三、以围岩分类为基础的支护设计：,根据围岩不同类别提出支护形式和参数设计的建议。,我们主要对回采巷道围岩稳定性分类及支护设计建议进行介绍：煤巷围岩的稳定性分,5,个类别：,类非常稳定；,类稳定；,类中等稳定；,类不稳定；,类极不稳定,例如：我矿煤层巷道大都属于,类中等稳定围岩：所以选择的基本支护形式为：,顶板较完整：锚杆钢筋梁或,顶板较破碎：锚杆,w,钢带或（钢筋梁）网，或增加锚索；架网，或增加锚索,主要支护参数：端锚 杆体直径：,16,18mm,锚杆长度：,锚杆间排距：,设计锚固力：,64-80KN,全长锚固,杆体直径：,16,18mm,锚杆长度：,锚杆间排距：,第二节 锚杆支护理论分析设计法,是在锚杆几种支护理论的前提下 建立力学模型，通过计算确定锚杆支护参数：由于在我们支护设计过程 一般也只作为参考，和实际的设计参数出入较大，所以本次只作简要说明：,一、悬吊理论分析设计法,1,、锚杆长度：公式,L=L,1,+L,2,+L,3,2,、锚杆锚固力与直径：公式,Q=KL,2,a,1,a,2,二、自然平衡拱理论分析设计法,三、组合梁理论分析设计法,四、加固拱理论分析设计法,均有不同的力学公式，只作参考,第三节 锚杆支护动态信息设计法,是目前我矿主要采用的设计方法：其有两大特点：其一设计不是一次完成的，而是动态的过程；其二设计充分利用每个过程提供的信息，实时进行信息收集、信息分析与信息反馈。包括,5,部分：巷道围岩地质力学评估、初始设计、井下监测、信息反馈与修正设计。,1,、地质力学评估：是为初始设计提供基础参数。其包括巷道围岩岩性和强度、地质构造和围岩结构、地应力、环境影响、采动影响、粘结强度测试等。,2,、初始设计：以数值计算方法为主，并结合已有的经验和实测数据确定比较合理的初始设计。数值计算一般采用数值模拟法（有限元法、离散元法、有限差分法等）。数值模拟步骤,（,1,）确定巷道的位置与布置方向，（,2,）确定巷道断面形状与尺寸，（,3,）建立数值模型，力学模型，（,4,）确定多种模拟方案，（,5,）多种方案比较分析，找出最佳方案,以下是数值模拟需确定的各支护参数,第三节 锚杆支护动态信息设计法,（,1,）、锚杆支护形式与参数,锚杆种类（螺纹钢锚杆、圆钢锚杆、其他锚杆）,锚杆几何参数（直径、长度）,锚杆力学参数（屈服强度、抗拉强度、延伸率）,锚杆密度，即锚杆排间距,锚杆安装角度,钻孔直径,锚固方式（端锚、加长锚、全长锚）和锚固长度,锚杆预紧力矩和预紧力,钢带形式、规格和强度,金属网形式、规格和强度,锚索种类,锚索几何参数（直径、长度）,锚索力学参数（抗拉强度、延伸率）,锚索密度，即锚索排间距,锚索安装角度,锚索孔直径，锚固方式和锚固长度,锚索预紧力,锚索组合构件形式、规格和强度,第三节 锚杆支护动态信息设计法,（,2,）、锚杆支护形式与参数选择原则,一次支护原则；,高预应力与预应力扩散原则；,“三高一低,”,原则：高强度、高刚度、高可靠性，低密度,临界支护刚度原则；,相互匹配原则；,可操作性原则；,经济合理原则,第三节 锚杆支护动态信息设计法,4,、井下监测与信息反馈及修正设计,初始设计实施于井下后，必须进行全面、系统监测。监测的目的是获取巷道围岩和锚杆的各种变形和受力信息，以便分析巷道的安全程度和修正初始设计。,本部分详细内容见后面矿压观测内容,第四节 锚杆支护预紧力设计,预紧力是锚杆支护中关键参数，对支护效果起到决定性作用。我矿目前也认识到这一点，由原先顶锚杆和帮锚杆的底预紧力距提高到，但还没有达到高预紧力的要求，折算成预紧力为,15,20KN,，所以有必要单独介绍预紧力的设计。,1,、锚杆预紧力值的选择,根据试验数据，一般可选择锚杆预紧力为杆体屈服载荷的,30,50,400,号锚杆 屈服强度,400MPa,预计力值,18mm,锚杆；,20mm,锚杆,62.8KN,；,22mm,锚杆,76KN,500,号锚杆 屈服强度,500MPa,预计力值,18mm,锚杆；,20mm,锚杆,78.5KN,；,22mm,锚杆,95KN,2,、锚杆预紧力的因素：从预紧力距换算成预紧力公式看，锚杆预紧力同螺母施工的预紧力距成正比。因此给螺母施加预紧力距的大小是关键,第四节 锚杆支护预紧力设计,3,、螺母预紧力矩同预紧力的关系,螺母力矩（,N.M,）,实验室锚杆预紧力,KN,井下实测锚杆预紧力,KN,差值,KN,300,80,50,30,400,107,70,37,500,134,72,62,600,161,78,83,700,188,80,108,上表看：井下锚杆预紧力矩时，锚杆预紧力为,50KN,。随着锚杆力矩增加，超过时预紧力变的缓慢,第四节 锚杆支护预紧力设计,4,、提高锚杆预紧力的技术措施,（,1,）提高螺母预紧力距,我矿锚杆机支护顶锚杆预紧力矩一般在,200,280KN,之间，单体风钻一般在,120,150,之间。巷帮锚杆采用人工预紧，预紧力在,140N.M.,因此要达到,300,500,的预紧力距，还需采用专门的高扭矩螺母拧紧设备,（,2,）减少螺母、垫圈和托盘的摩擦阻力。上尼龙垫圈；,提高锚杆螺纹加工精度减少摩擦。,5,、锚索预紧力,锚索预紧力一般应为拉断载荷的,40,70,，我矿目前用的,22mm19,芯锚索拉断载荷约,600KN,，因此我矿规定的预紧力为,250KN.,结构,公称直径,/mm,拉断载荷,/kN,伸长率,(,)/%,17,结构,15.2,260,3.5,17.8,353,4,119,结构,18,408,7,20,510,7,22,607,7,第五节 我矿锚杆支护参数设计,我矿采区巷道断面一般设计为米，支护参数为,1,顶板支护,锚杆形式和规格：杆体为,20#,左旋无纵筋高强度螺纹钢锚杆，长度,2400mm,，杆尾螺纹为,M22,，型号为,20#-M22-2400,。（,400,号钢），预紧力距,锚固方式：树脂加长锚固，采用两支锚固剂，一支规格为,K2335,，另一支规格为,Z2360,，钻孔直径为,28mm,，锚固长度为,1308mm,。,钢筋托梁规格：采用,16mm,的钢筋焊接而成，宽度为,100mm,，钢筋托梁长度,4600mm,。,托盘：采用,1501508,拱型高强度托盘。,锚杆角度：靠近巷帮的顶板锚杆安设角度与垂直线成,30,度角，其余与顶板垂直。,网片规格：采用菱形金属网护顶。,锚杆布置：排距为,1,米，间距为,900mm,，每排,6,根锚杆。,锚索：单根钢绞线，长度,7300mm,，加长锚固，采用三支锚固剂，一支规格为,K2335,，两支规格为,Z2360,锚索每排,2,根。排距为,3,米，间距为米。,、巷帮支护,锚杆形式和规格：杆体为,18,毫米圆钢锚杆，长度,2,米，杆尾螺纹为,M20,。（,400,号钢）,锚固方式：树脂端部锚固，采用一支锚固剂，规格为,Z2360,，锚固长度,690mm,。,托板：采用,1201208,拱形高强度托盘。,锚杆角度：靠近顶板的巷帮锚杆安设角度为与水平线成,10,度。,网片规格：采用菱形金属网护帮。,锚杆布置：锚杆排距,1,米，每排,3,根锚杆，间距,1,米。,47,遵循三径匹配的原则,钻孔直径比锚杆直径大,6,10mm,钻孔直径比树脂药卷大,6mm,左右,一般钻孔直径,29mm,，锚杆直径,20,、,22mm,，树脂药卷直径,23mm,。,锚固力与钻孔直径、锚杆直径的关系,第五节 我矿锚杆支护参数设计,48,第六节 图示锚杆支护参数设计,锚杆长度,锚杆长度增加，有效压应力区范围扩大。,锚杆中上部压应力减小，两锚杆间中部围岩压应力减小。锚杆越长，预应力作用越不明显。,锚杆越长，预应力应越大。通过提高预应力，可减小锚杆长度,。,49,第六节 图示锚杆支护参数设计,锚杆密度,单根锚杆形成锥形压力区，尾部大，锚固起始次之，中部小；,间距过大，锚杆压应力区独立，不能形成整体支护结构；,间距缩小，锚杆锥形压应力区叠加，连成一体，整体支护结构；,提高锚杆预应力，可增加锚杆间排距，降低支护密度。,50,第六节 图示锚杆支护参数设计,锚固方式,端锚有效压应力区范围大；加长锚固次之；全锚最小,提高,加长锚、,全锚锚杆预应力扩散有效途径，先施加预应力，锚固剂后固化，实现全长预应力锚固。,51,第六节 图示锚杆支护参数设计,锚杆角度,锚杆角度增加，角锚杆与中部锚杆有效压应力区分离，叠加区变小。角度,15,明显分离，独立支护单元。,近水平煤层，角锚杆最好垂直布置，最大不超过,10,52,4,大章、支护材料,第一节 锚杆种类与支护形式,一、锚杆种类,1,、按锚固方式分类：机械式、粘结式、混合式,2,、按锚固长度分类：端锚（小于,500,或小于钻孔深度,1/3,）、加长锚、全长锚,3,、按锚杆杆体种类分：金属锚杆（圆钢、螺纹钢、管式、柔性锚杆,锚索、钢丝绳,）、可切割锚杆（玻璃钢、木锚杆、竹锚杆）,4,、按照锚杆杆体强度可分：低强度、中等强度、强力（低为屈服强度小于,300MPa,，直径,14,20MM,；中等,300,400,，,16,20,；强力为,400,600,；直径,20,22MM),二、锚杆支护形式,1,、单体锚杆,2,、锚网支护,3,、锚梁（带）支护,4,、锚梁（带）网支护,5,、锚梁（带）网索支护,6,、锚杆（索）衍架支护,7,、锚固与注浆加固（一般在上述,6,种解决不了时使用,54,2,）全属倒楔式锚杆,由杆体、固定楔、活动倒楔、垫板和螺帽组成，属端头锚固型，安装后可立即承载，可回收。锚固力达,40kN,左右。常用于围岩比较破碎，需要立即承载的地下工程。,55,3,）楔缝式锚杆,56,4,）胀壳式锚杆,57,5,）两瓣涨圈式锚杆,58,用树脂为粘结剂，在固化剂和加速剂的作用下，将锚杆,的头部粘结在锚杆孔内。端头锚固型树脂锚杆是由,树脂药包,和,杆体,组成。,6,）树脂锚杆,59,7,）注浆锚杆,60,快硬水泥锚杆的杆体结构与树脂锚杆相同，是端头锚固,型锚杆。,8,）快硬膨胀水泥锚杆,抽样率1，300根抽3根，抽检外移量不超20MM.,6 MPa)大小之差只有7.,1、断层及附近巷道支护,力矩扳手，气扳机（5001200N.,最小主应力大小为，倾角为14.,途径有两个：一给锚杆施工较大的预紧力。,主要支护参数：端锚 杆体直径：1618mm,5）两瓣涨圈式锚杆,巷道围岩是一个及其复杂的地质体。,锚杆形式和规格：杆体为20#左旋无纵筋高强度螺纹钢锚杆，长度2400mm，杆尾螺纹为,顶板较破碎：锚杆w钢带或（钢筋梁）网，或增加锚索；,基础是：两条巷道基本类似，不能有较大差异，参考已掘巷道支护的基本参数。,2、锚杆预紧力的因素：从预紧力距换算成预紧力公式看，锚杆预紧力同螺母施工的预紧力距成正比。,经验公式是在大量支护设计经验基础上，得出的指导支护设计的简单公式。,锚杆间排距：,61,管缝式锚杆是采用高强度钢板卷压成带纵缝的管状杆体外径,38.1,，用凿岩机强行压入比杆径小,2,3mm,的锚孔，为安装方便，打入端略呈锥形。由于管壁弹性恢复力挤压孔壁而产生锚固力，属全长锚固型锚杆。,对地层横向错动，有良好适应能力，钻孔变弯曲，锚固得更牢。,9,）管缝式锚杆,62,结构可伸缩式锚杆,。这种锚杆是对杆件、内锚头、外锚头及托板等构件采用特殊结构实现可伸缩的目的。,10,）可伸缩式锚杆,63,（,2,）杆体可伸缩锚杆,用优质钢材，并对材料进行专门加工处理，可制成,较大延伸率的锚杆杆体。,64,11,）其它锚杆,水力膨胀式锚杆,胀裂式速效预应力锚杆,玻璃钢锚杆,中空自钻式锚杆,重点介绍玻璃钢锚杆：,优点：（,1,）质量轻，为同规格钢锚杆,1/4,，（,2,）抗腐蚀性（,3,）易切割,目前存在问题：（,1,）抗拉、抗剪强度参数差别大，同种产品性能不稳定，低于我矿使用标准,（,2,）杆体尾部即螺纹部分承载能力低，一般只有拉断力的,40,，导致杆体不能发挥充分作用。,（,3,）杆体可承受的扭矩小，井下施工时很容易扭断，导致失效,（,4,）杆体延伸率低，巷帮变形较大的情况下很容易破断，甚至从钻孔中射出。,65,玻璃钢锚杆,中空自钻式锚杆,66,第三节 其他锚杆支护构件,一、锚固剂,二、托盘,三、钢梁及钢带,四、减摩垫圈,五、螺母,六、锚索,67,（,7,）桁架支护,桁架改变顶板的应力状态，拉应力将减小，甚至出现压应力；预紧力增加裂隙体间的摩擦作用，提高顶板稳定性；提高顶板两肩窝的抗剪切能力，防止剪切冒落。,68,单式双拉杆桁架锚杆,1,锚头；,2,锚杆；,3,托架；,4,水平拉杆,69,复式桁架锚杆,1,锚杆；,2,拉杆；,3,拉紧器；,4,垫木,70,交叉桁架锚杆,71,5,大章、锚杆支护施工机具及工艺,第一节 锚杆钻机,锚杆机型号：,ZY-2-45/1140,扭距,180,250N.M;,进口的,第二节 单体顶板锚杆钻机,单体风动锚杆钻机型号：,MQT-85T-33,；扭距一般在,90,之间,第三节 单体帮锚杆钻机,风动煤帮钻机型号：,MQB-35J,；支腿式气动帮锚杆钻机,第四节 锚索施工机具,锚索涨拉设备：,MS22-280/40,（,70,型）,锚索注锚器：,22,第五节 钻头与钻杆,钻杆：,B19,，米；,B19,，米,复合合金钢钻头：,27,双翼；,第六节 锚杆施工预紧机具,力矩扳手，气扳机（,500,1200N.M),72,5,大章、锚杆支护施工机具及工艺,第六节 锚杆施工预紧机具,力矩扳手，气扳机,第七节 锚杆锚索施工工艺（重点）,顶锚杆施工工艺流程：,敲帮问顶找掉（人员在永久支护下）临时支护挂网上钢筋托梁施工中间,2,个锚杆孔并安装锚杆按间距施工其他顶锚杆由外向里逐排施工。搅拌,15,30,秒，中途不得停顿，等待,1,分钟拧紧螺母,帮锚杆支护工艺流程：,敲帮问顶找掉（人员在永久支护下）搭脚手架或采用锚杆机平台作为脚手架用帮钻钻进两帮锚杆钻孔并清孔往钻孔内放树脂药卷用锚杆头部顶住树脂药卷并送入孔底升起钻机并用搅拌器连接钻机和锚杆尾部转动帮钻搅拌树脂药卷至规定时间（中途不得间断，一般为,25,35,秒）停止搅拌等待,90,180,秒，放下帮钻等待,6,分钟在锚杆尾部装上托板并用力矩扳手或气扳机拧紧至设计预紧力矩安装其他锚杆。,锚索施工工艺流程：,敲帮问顶找掉（人员在永久支护下）在永久支护下定锚索孔位用锚杆钻机钻锚索钻孔并清孔往钻孔内放树脂药卷用锚索头部顶住树脂药卷并送入孔底升起钻机并用搅拌器连接钻机和锚索尾部转动钻机搅拌树脂药卷至规定时间（中途不得间断，一般为,25,35,秒）停止搅拌等待,41,90,秒，放下钻机等待,10-15,分钟在锚索尾部装上托板、锚具用涨拉千斤顶涨拉锚索直到预紧力达到设计值安装其他锚索。,73,施工机具,机载锚杆钻机,钻机,顶板：风动锚杆钻机、液压钻机、凿岩机,两帮：强力煤电钻、帮锚杆钻机,钻头：合金钢钻头、金刚石钻头,钻杆：,B19,、,B22,六方中空合金钢钻杆,安装器：顶板锚杆采用锚杆钻机，帮锚杆采用风炮,联接器：快速联接器,联接器,快速安装螺母,74,施工机具,顶板钻机：风动锚杆钻机、液压钻机、凿岩机,两帮钻机：强力煤电钻、帮锚杆钻机,当,f8,，优先选用锚杆机；当,f 8,时，宜选用凿岩机。,锚杆安装：应采用锚杆机，严禁采用凿岩机。,75,钻头：合金钢钻头、金刚石钻头,在,f6,时，使用两种钻头钻速基本一致，而普通型钻头消耗费用低，因此应优先选用普通型钻头；在,6f 8,时，使用金刚石钻头的钻速提高,4,倍以上，而且费用接近，因此应优先选用金刚石钻头。,76,（,1,）监测的必要性,保证安全,掌握巷道围岩活动规律和锚杆载荷变化规律,为优化锚杆支护参数提供依据,6,大章 锚杆支护巷道监测,77,（,2,）监测内容（,综合测站，每条巷道根据设