錨桿支護(hù)原理及類型PPT課件.ppt

第九章巷道錨桿支護(hù) 第一節(jié)簡(jiǎn)介第二節(jié)錨桿支護(hù)原理第三節(jié)錨桿支護(hù)類型第四節(jié)錨桿支護(hù)設(shè)計(jì) 1 第一節(jié)簡(jiǎn)介 國外 1912年煤礦開始使用錨桿支護(hù) 1940 50 機(jī)械漲殼式錨桿應(yīng)用廣泛 70 80 砂漿 樹脂 管縫式錨桿 90年代 樹脂錨桿占據(jù)了市場(chǎng) 國外錨桿支護(hù)的發(fā)展方向?yàn)?提高錨桿的錨固力 并使其得到充分發(fā)揮 擴(kuò)大錨桿支護(hù)應(yīng)用范圍 提高錨桿支護(hù)效率 2 第一節(jié)簡(jiǎn)介 我國 1956年煤礦開始使用錨桿支護(hù) 60年代進(jìn)入采區(qū) 70 90年代發(fā)展緩慢 95年 新掘巷道中28 9 其中巖巷57 2 半煤巖30 07 煤巷15 15 近十年 高速發(fā)展時(shí)期 錨注 研制成功 預(yù)應(yīng)力 高強(qiáng)錨桿 高阻讓壓錨桿 3 4 第二節(jié)錨桿支護(hù)機(jī)理 一 錨桿作用機(jī)理二 錨噴作用機(jī)理三 錨梁作用機(jī)理四 錨桿桁架作用機(jī)理五 錨索作用機(jī)理六 錨注作用機(jī)理 5 第二節(jié)錨桿支護(hù)機(jī)理 錨桿支護(hù)的作用機(jī)理尚在探討之中 目前己提出的觀點(diǎn)較多 其中影響較大的有懸吊作用 組合梁 拱 作用 加固 提高C 值 作用等幾種 這幾種觀點(diǎn)都是以圍巖狀態(tài)和利用錨桿桿體受拉 力 為前提來解釋錨桿支護(hù)護(hù)作用機(jī)理的 因此 圍巖狀態(tài)及錨桿受拉力這兩個(gè)前提的客觀性是判定上述理論正確性的標(biāo)準(zhǔn) 6 一 錨桿作用機(jī)理 一 懸吊作用 二 組合梁作用 三 擠壓加固作用 四 圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論 五 最大水平主應(yīng)力作用 六 減跨作用 七 松動(dòng)圈理論 八 關(guān)鍵承載圈理論 7 一 懸吊作用 8 一 懸吊作用 9 一 懸吊作用 1952 1962年 LouisA PaneK經(jīng)過理論分析及實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試 提出錨桿桿作用機(jī)理是將直接頂板懸吊到堅(jiān)硬巖層上 如圖4 1 例如 在緩傾斜煤層中錨桿的懸吊作用就是錨桿將下部不穩(wěn)定的巖層 直接頂或塊狀結(jié)構(gòu)中不穩(wěn)固的巖塊 懸吊在上部穩(wěn)固的巖層上 阻止巖塊或巖層的垮落 錨桿所受的拉力來自被懸吊的巖層重量 并據(jù)此設(shè)計(jì)錨桿支護(hù)參數(shù) 10 一 懸吊作用 這一理論提出的較早 只有滿足其前提條件時(shí) 才有一定的實(shí)用價(jià)值 在我國 由于錨桿長(zhǎng)度一般都在1 6 2 2m之間 當(dāng)破碎帶較大超過其錨桿長(zhǎng)度時(shí) 采用懸吊理論無法設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù) 而且大量的工程實(shí)踐證明 即使巷道上部沒有穩(wěn)固的巖層 錨桿也能發(fā)揮其作用 例如 在全煤巷道中 錨桿錨固在煤層中也能起到支護(hù)的作用 這從一個(gè)側(cè)面說明懸吊理論在應(yīng)用中的局限性 11 一 懸吊作用 由于錨桿支護(hù)的主要對(duì)象不是破碎帶內(nèi)巖石的重量 自重 而是破碎帶產(chǎn)生和發(fā)展過程中的碎脹變形力 而后者碎脹變形力遠(yuǎn)大于前者破碎帶內(nèi)巖石的自重 12 一 懸吊作用 軟弱圍巖中 錨桿的作用是將直接頂板的破碎巖石懸吊在其上部部的自然平衡拱上 拱高可采用普氏的壓力拱理論估算 13 二 組合梁作用 14 二 組合梁作用 為了解決懸吊理論的局限性 1952年德國Jacobio等在層狀地層中提出了組合梁理論 該理論認(rèn)為 在沒有穩(wěn)固巖層提供懸吊支點(diǎn)的薄層狀巖層中 可利用錨桿的拉力將層狀地層組合起來形成組合梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行支護(hù)護(hù) 這就是所謂的錨桿組合梁作用 如圖4 2 15 二 組合梁作用 組合梁作用的本質(zhì)在于通過錨桿的預(yù)拉應(yīng)力將原視為疊合梁 板 的巖層擠緊 增大巖層間的摩擦力 同時(shí) 錨桿本身也提供一定的抗剪能力 阻止其層間錯(cuò)動(dòng) 錨桿把數(shù)層薄的巖層組合成類似鉚釘加固的組合梁 這時(shí)被錨固的巖層便可看成組合梁 全部錨固層能保持同步變形 頂板巖層抗彎剛度得以大大提高 決定組合梁穩(wěn)定性的主要因素是錨桿的預(yù)拉應(yīng)力及桿體強(qiáng)度和巖層的性質(zhì) 16 二 組合梁作用 這一觀點(diǎn)有一定的影響 但是其工程實(shí)例比較少 也沒有進(jìn)一步的資料供錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)用 尤其是組合梁的承載能力難以計(jì)算 而且組合梁在形成和承載過程中 錨桿的作用難以確定 另外 巖層沿巷道縱向有裂縫時(shí)粱的連續(xù)性問題 梁的抗彎強(qiáng)度等問題也難以解決 17 三 擠壓加固拱作用 組合拱理論示意圖 組合拱理論是由蘭氏 TALang 和彭德 Pender 通過光彈試驗(yàn)提出來的 組合拱原理認(rèn)為 在拱形巷道圍巖的破裂區(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的錨桿間距足夠小 各個(gè)錨桿的壓應(yīng)力錐體相互交錯(cuò) 這樣使巷道周圍的巖層形成一種連續(xù)的組合帶 拱 18 三 擠壓加固拱作用 19 三 擠壓加固拱作用 20 三 擠壓加固拱作用 對(duì)于被縱橫交錯(cuò)的弱面所切割的塊狀或破裂狀圍巖 如果及時(shí)用錨桿加固 就能提高巖體結(jié)構(gòu)弱面的抗剪強(qiáng)度 在圍巖周邊一定厚度的范圍內(nèi)形成一個(gè)不僅能維持自身穩(wěn)定 而且能阻止其上部圍巖松動(dòng)和變形的加固拱 從而保持巷道的穩(wěn)定 21 四 錨桿的加固作用 22 四 錨桿的加固作用 彈塑性理論在對(duì)圍巖狀態(tài)作了正確分析后 對(duì)錨桿支護(hù)的作用機(jī)理提出了一個(gè)觀點(diǎn) 利用錨桿提供足夠的支護(hù)抗力 加固圍巖提高其承載能力 減小其變形量 并且大量的實(shí)驗(yàn)室相似模擬試驗(yàn)證實(shí)通過錨桿錨固可使圍巖的抗壓強(qiáng)度峰值提高50 100 相對(duì)于無錨桿情況 同時(shí)據(jù)此用摩爾理論抗剪強(qiáng)度包絡(luò)線解釋 可以使圍巖不產(chǎn)生破碎帶 或者說限制圍巖彈塑性變形量的發(fā)展 從而使圍巖處于穩(wěn)定的彈塑性圍巖狀態(tài) 見圖4 4 23 四 錨桿的加固作用 對(duì)這種觀點(diǎn)來講 由于現(xiàn)有支護(hù) 包括錨桿支護(hù) 對(duì)彈塑性變形相對(duì)不及時(shí)和支護(hù)手段與圍巖的不密貼決定了在圍巖處于彈性狀態(tài)時(shí)其支護(hù)阻力較小 它不可能有效的阻止并限制圍巖破碎帶的產(chǎn)生和發(fā)展 24 五 巷道錨桿支護(hù)圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化作用 中國礦大礦壓所 1 巷道錨桿支護(hù)的實(shí)質(zhì)是錨桿和錨固區(qū)域的圍巖相互作用而形成錨固體 形成統(tǒng)一的承載結(jié)構(gòu) 2 巷道錨桿支護(hù)可以提高錨固體的力學(xué)參數(shù) 包括錨固體破壞前和破壞后的力學(xué)參數(shù) E C 改善錨固體的力學(xué)性能 3 錨桿錨固體區(qū)域內(nèi)的巖體峰值強(qiáng)度或峰后強(qiáng)度 殘余強(qiáng)度均得到強(qiáng)化 4 巷道錨桿支護(hù)可以改變圍巖的受力狀態(tài) 增加圍壓 從而提高圍巖的承載能力 改善巷道的支護(hù)狀況 5 巷道圍巖錨固體強(qiáng)度提高后 巷道破碎區(qū) 松動(dòng)圈范圍減小 有利于巷道圍巖保持穩(wěn)定 25 六 最大水平主應(yīng)力理論 26 六 最大水平主應(yīng)力理論 澳大利亞 英國目前普通采用蓋爾 GaIe 最大水平主應(yīng)力理論設(shè)計(jì)錨桿支護(hù)參數(shù) 該理論認(rèn)為 1 礦井巖層的水平應(yīng)力在埋深小于500m時(shí)通常大于垂直應(yīng)力 水平應(yīng)力具有明顯的方向性 其中最大水平應(yīng)力一般為最小水平應(yīng)力的1 5 2 5倍 2 巷道頂?shù)装宓姆€(wěn)定性主要受水平應(yīng)力的影響 并且有3個(gè)特點(diǎn) 27 六 最大水平主應(yīng)力理論 巷道軸向與最大水平應(yīng)力方向平行的巷道受水平應(yīng)力最小 頂?shù)装宸€(wěn)定性最好 與最大水平應(yīng)力方向呈銳角相交巷道的頂?shù)装迨Х€(wěn)破壞偏向巷道的一幫 與最大水平應(yīng)力方向垂直的巷道受水平應(yīng)力影響最大 頂?shù)装宸€(wěn)定性最差 圖4 6 28 六 最大水平主應(yīng)力理論 29 六 最大水平主應(yīng)力理論 在深部開采的高應(yīng)力條件下 最大水平應(yīng)力的作用使頂?shù)装鍘r層出現(xiàn)錯(cuò)動(dòng)滑移和松動(dòng)膨脹 在頂板出現(xiàn)破壞區(qū) 圖4 7 而錨桿的作用就是防止巖層的錯(cuò)動(dòng)和膨脹 特別是頂板變形的早期階段 巖層能夠得到及時(shí)加固 可以保持頂板的穩(wěn)定 控制后期變形破壞的發(fā)展 錨桿的加固作用如圖4 8所示 30 六 最大水平主應(yīng)力理論 31 六 最大水平主應(yīng)力理論 最大水平應(yīng)力理論論述了巷道圍巖水平應(yīng)力對(duì)巷道穩(wěn)定性的影響以及錨桿支護(hù)起到的作用 它是以實(shí)測(cè)地應(yīng)力及巖心實(shí)驗(yàn)室力學(xué)試驗(yàn)參數(shù)為基礎(chǔ)形成的一套錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法 運(yùn)用有限差分法 采用莫爾一庫侖強(qiáng)度淮則 對(duì)試驗(yàn)巷道錨桿支護(hù)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì) 同時(shí)在使用中強(qiáng)調(diào)監(jiān)測(cè)的重要性 并根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果修正和完善初始設(shè)計(jì) 32 六 最大水平主應(yīng)力理論 但是用它無法定量設(shè)計(jì)錨桿支護(hù)參數(shù) 因?yàn)樵摾碚撊匀淮嬖谥韵聨讉€(gè)方面的問題沒有解決 1 在實(shí)測(cè)地應(yīng)力 最大水平應(yīng)力 方面 2 在巖體力學(xué)參數(shù)測(cè)定方面 3 巖體本構(gòu)方程方面 4 圍巖狀態(tài)方面分析 33 六 最大水平主應(yīng)力理論 34 七 錨桿的楔固作用 銷釘 錨桿的楔固作用是在圍巖中存在一組或幾組不同產(chǎn)狀的不連續(xù)面的情況下 由于錨桿穿過這些不連續(xù)面 防止或減少了圍巖沿不連續(xù)面的移動(dòng) 如下圖所示 35 八 錨桿的減跨作用 把不穩(wěn)定的頂板巖層看成是支撐在兩幫的疊合梁 板 由于可視懸吊在老頂上的錨桿為支點(diǎn)安設(shè)了錨桿就相當(dāng)于在該處打了點(diǎn)柱 增加了支點(diǎn) 減少了頂板的跨度 如圖 從而降低了頂板巖層的彎曲應(yīng)力和撓度 維持了頂板與巖石的穩(wěn)定性 使巖石不易變形和破壞 這就是錨桿的 減跨 作用 它實(shí)際上來源于錨桿的懸吊作用 但是 它也未能提供用于錨桿支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)的方法和參數(shù) 36 九 根據(jù)圍巖狀態(tài)特征分類闡述錨桿支護(hù)機(jī)理 地下工程條件千變?nèi)f化 不同的圍巖狀態(tài)條件下 巷道支護(hù)的荷載勢(shì)必大不相同 如膨脹性地層以圍巖的吸水膨脹變形壓力為主 小松動(dòng)圈圍巖以圍巖的自重壓力為主 二者的支護(hù)作用顯然不同 所以 錨桿支護(hù)機(jī)理不能一概而論 應(yīng)根據(jù)圍巖狀態(tài)特征區(qū)別對(duì)待 近年來比較活躍的錨桿支護(hù)理論如松動(dòng)圈支護(hù)理論 關(guān)鍵承載圈支護(hù)理論等 都是從這一原則出發(fā) 結(jié)合圍巖狀態(tài)分別按懸吊理論 組合拱理論 加固理論等分析錨桿支護(hù)機(jī)理和設(shè)計(jì)錨桿支護(hù)參數(shù) 37 1 圍巖松動(dòng)圈巷道支護(hù)理論 圍巖松動(dòng)圈巷道支護(hù)理論是在對(duì)圍巖狀態(tài)進(jìn)行深入研究后提出的 通過研究 發(fā)現(xiàn)松動(dòng)圈的存在是巷道圍巖的固有特性 它的范圍大小 厚度值 目前可以用聲波儀或者多點(diǎn)位移計(jì)等手段進(jìn)行測(cè)定 松動(dòng)圈理論認(rèn)為 巷道支護(hù)的主要對(duì)象是圍巖松動(dòng)圈產(chǎn)生 發(fā)展過程中產(chǎn)生的碎脹變形力 錨桿受拉力的來源在于松動(dòng)圈的發(fā)生 發(fā)展 并根據(jù)圍巖松動(dòng)圈厚度值大小的不同將其分為小 中 大三類 松動(dòng)圈的類別不同 則錨桿支護(hù)機(jī)理也就不同 38 1 圍巖松動(dòng)圈巷道支護(hù)理論 本理論認(rèn)為 巷道支護(hù)的對(duì)象除松動(dòng)圈圍巖自重和巷道深部圍巖的部分彈塑性變形力外 還有松動(dòng)圍圍巖的變形力 后者 往往占據(jù)主導(dǎo)地位 簡(jiǎn)而言之 巷道支護(hù)的對(duì)象主要是圍巖松動(dòng)圈在形成過程中的巖石碎脹力 在現(xiàn)有支護(hù)條件下 試圖用支護(hù)手段阻止圍巖松動(dòng)破壞是不可能的 松動(dòng)圈理論認(rèn)為 支護(hù)的作用是限制圍巖松動(dòng)圈形成過程中碎脹力所造成的有害變形 支護(hù)對(duì)破碎圍巖的維護(hù)作用 松動(dòng)圈發(fā)展變形過程中維持破碎巖塊相互嚙合不垮落 通過提供支護(hù)阻力限制破裂縫隙過度擴(kuò)張 從而減少巷道的收斂變形 39 小松動(dòng)圈 40cm 圍巖的變形壓力可以忽略不計(jì) 巷道支護(hù)載荷只是松動(dòng)圈內(nèi)圍巖的自重 其數(shù)值小于0 1MPa 只用單一噴混凝土支護(hù)即可達(dá)到支護(hù)的目的 中松動(dòng)圈 40cm 150cm 圍巖碎脹變形比較明顯 變形量較大 使剛性的噴射混凝土支護(hù)產(chǎn)生裂縫或破壞 必須采用以錨桿為主體構(gòu)件的錨噴支護(hù)方式 以錨桿為主體支護(hù)結(jié)構(gòu)控制其碎脹變形 噴層將只作為錨桿間活石的支護(hù)和防止圍巖風(fēng)化 由于圍巖松動(dòng)圈厚度小于常用錨桿長(zhǎng)度 因此可采用錨桿懸吊作用機(jī)理來設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù) 40 大松動(dòng)圈 150cm 圍巖表現(xiàn)出軟巖的工程特征 圍巖松動(dòng)圈碎脹變形量大 初期圍巖收斂變形速度快 變形持續(xù)時(shí)間長(zhǎng) 礦壓顯現(xiàn)大 支護(hù)難度大 支護(hù)不成功時(shí) 巷道底板出現(xiàn)底鼓 在這種條件下 如果用懸吊理論設(shè)計(jì)錨桿支護(hù)參數(shù) 常因設(shè)計(jì)錨桿過長(zhǎng) 過粗而失去其普遍應(yīng)用的價(jià)值 在單根錨桿作用下每根錨桿因受拉應(yīng)力而對(duì)圍巖產(chǎn)生擠壓 在錨桿兩端周圍形成一個(gè)兩端圓錐形的受壓區(qū) 合理的錨桿群可使單根錨桿形成的壓縮區(qū)彼此聯(lián)系起來 形成一個(gè)厚度為b的均勻壓縮帶 對(duì)于拱形巷道 壓縮帶將在圍巖破裂處形成拱形 對(duì)于矩形巷道 壓縮帶將在圍巖破裂處形成矩形結(jié)構(gòu) 統(tǒng)稱之為組合拱作用機(jī)理 41 圍巖松動(dòng)圈分類表 42 2 錨桿支護(hù)的 關(guān)健承載圈 及 擴(kuò)容 穩(wěn)定 理論 由煤炭科學(xué)研究總院開采所康紅普博士提出 該理論認(rèn)為 巷道圍巖的變形和破壞狀態(tài)在掘進(jìn) 穩(wěn)定 回采等不同階段是不同的 具有顯著差別 因此主張根據(jù)圍巖的狀態(tài)特點(diǎn)分別按 關(guān)鍵承載圈理論 和 擴(kuò)容一穩(wěn)定理論 分析闡述錨桿支護(hù)的作用機(jī)理 43 關(guān)鍵承載圈 是指在巷道周圍圍巖一定深度的范圍內(nèi) 存在一個(gè)能承受較大切向應(yīng)力的 巖石圈 該巖石圈處于應(yīng)力平衡狀態(tài) 具有結(jié)構(gòu)上的穩(wěn)定性 可以用來懸吊承載圈以內(nèi)的巖層 關(guān)鍵承載圈理論認(rèn)為 承載圈以內(nèi)的巖石重量是支護(hù)的對(duì)象 即荷載高度 理論分析及工程實(shí)踐表明 承載圈厚度越大 圈內(nèi)應(yīng)力分布越均勻 承載能力越大 在對(duì)圍巖未采取人工支護(hù)等控制措施時(shí) 承載圈離巷道周邊越近 荷載高度越低 巷道越易維護(hù) 關(guān)鍵承載圈的位置及厚度 可以根據(jù)對(duì)圍巖狀態(tài)的分析計(jì)算得出 44 關(guān)鍵承載圈理論 認(rèn)為 當(dāng)載荷高度不大 通常錨桿長(zhǎng)度能夠伸入到關(guān)鍵承載圈中時(shí) 用 關(guān)鍵承載圈觀點(diǎn) 闡述錨桿支護(hù)機(jī)理 其主要觀點(diǎn)是 1 關(guān)鍵承載圈以內(nèi)的巖石重量是支護(hù)的對(duì)象 荷載高度是關(guān)鍵承載圈以下的不穩(wěn)定巖層的高度 2 錨桿的支護(hù)作用主要是 將破壞區(qū)巖層與關(guān)鍵承載圈相連 阻止破碎巖層垮落 對(duì)圍巖提供徑向 切向約束力 阻止破壞區(qū)巖層的擴(kuò)容 離層 滑動(dòng) 提高破碎區(qū)的承載能力 如圖6 9所示 45 關(guān)鍵承載圈理論 46 2 擴(kuò)容 穩(wěn)定理論 巷道經(jīng)受采動(dòng)影響之后 圍巖的破壞范圍會(huì)逐漸擴(kuò)大 當(dāng)通常錨桿的長(zhǎng)度不能伸入到關(guān)鍵承載圈時(shí) 依據(jù) 擴(kuò)容 穩(wěn)定理論 闡述錨桿支護(hù)的作用 主要觀點(diǎn) 1 錨桿要控制圍巖的擴(kuò)容變形 阻止深部破碎巖層的進(jìn)一步擴(kuò)容相離層 2 在破壞區(qū)內(nèi)形成 次生關(guān)鍵承載層 使圍巖深部關(guān)鍵承載圈內(nèi)的應(yīng)力分布趨于均勻和內(nèi)移 提高關(guān)鍵承載圈的承載能力 3 錨桿對(duì)煤幫的控制效果尤為明顯 由于煤層強(qiáng)度較低且受到采動(dòng)影響程度較為嚴(yán)重 所以回采巷道兩幫支護(hù)顯得尤為重要 安裝錨桿后 對(duì)煤幫的擴(kuò)容 松動(dòng)和擠出均有控制作用 加鋼帶后效果會(huì)更好 47 2 擴(kuò)容 穩(wěn)定理論 擴(kuò)容一穩(wěn)定理論 的核心思想就是控制圍巖的擴(kuò)容變形 形成次生關(guān)鍵承載層 提高承載圈的承載能力使圍巖趨于穩(wěn)定 如圖6 10所示 次生關(guān)鍵承載層厚度的影響因素很多 當(dāng)其厚度較薄且遠(yuǎn)小于巷道尺寸時(shí) 在水平應(yīng)力的作用下 次生關(guān)鍵層很容易發(fā)生 壓曲失穩(wěn) 彎曲失穩(wěn) 破壞 造成巷道支護(hù)失敗 因此 合理確定次生關(guān)鍵承載層的厚度至關(guān)重要 錨桿的存在 減小了巖層壓曲或者彎曲失穩(wěn)的可能性 錨桿預(yù)緊力越大 支護(hù)效果越好 48 2020 2 6 49 二 錨噴作用機(jī)理 噴層作用 1 封閉和加固圍巖 防止風(fēng)化 改善受力狀態(tài) 2 調(diào)整圍巖應(yīng)力 利用噴層的柔性 釋放一定的壓力 3 組合拱 50 二 錨網(wǎng)作用機(jī)理 網(wǎng)的作用 支護(hù)錨桿間碎石或煤塊 維護(hù)錨桿支護(hù)的整體性 基本上都是必須的 在圍巖整體性持別好的情況下 可以不設(shè)金屬網(wǎng) 網(wǎng)的形式有金屬網(wǎng) 塑料網(wǎng) 荊笆片等 51 頂板斜錨桿的作用 52 頂板斜錨桿的作用 實(shí)驗(yàn)表明 圍巖的破壞首先是從應(yīng)力集中程度大的頂板角部出現(xiàn) 呈內(nèi)傾形 如支護(hù)不當(dāng) 條件合適時(shí)很容易造成頂板整體垮落事故 這一現(xiàn)象已被多次事故所證實(shí) 因此 矩形 梯形巷道頂板伸向兩幫上方錨固可靠的 斜錨桿 非常重要 它被用來提供抗剪阻力 防止頂板沿角處破裂縫滑移掉落 斜錨桿的長(zhǎng)度和角度以伸入兩幫上方為準(zhǔn) 錨固力及錨固可靠性要求高 一般情況下要求錨桿桿體直徑 16mm 錨固力 60kN 53 三 錨梁 帶 作用機(jī)理 鋼帶 梁 的作用第一 協(xié)助伸向兩幫上方的 斜錨桿 將頂板與兩幫有機(jī)的聯(lián)系起來 防止切頂破壞 第二 改善錨固層應(yīng)力狀態(tài) 增加側(cè)向擠壓力 提高次生組合拱的承載能力 鋼帶梁在頂板下沉變形過程中承受拉力 反過來約束頂板的下沉 所以 在壓力顯現(xiàn)明顯和圍巖比較破碎的復(fù)雜條件下 鋼帶梁的增設(shè) 有利于改善圍巖錨固層的應(yīng)力狀態(tài) 提高錨桿支護(hù)的承載能力 在全煤巷道 頂板及煤幫破碎 圍巖變形壓力大的大松動(dòng)圈圍巖及沿空巷道的頂板和兩幫均應(yīng)敷設(shè)鋼帶梁 當(dāng)頂板或煤層整體性好 松動(dòng)圈范圍小于1 5m的情況下 回采巷道沒有必要敷設(shè)鋼帶粱 54 四 錨桿桁架支護(hù)機(jī)理 錨桿桁架于1966年首先在美國鐵礦由支護(hù)中出現(xiàn) 基本結(jié)構(gòu) 兩根頂板錨桿在靠近兩幫處傾斜安裝 下端通過聯(lián)接件與拉桿連接 并 必須 施加一定預(yù)緊力 使錨桿與拉桿形成一支護(hù)整體 作用原理 通過其頂板下面的拉緊裝置給予水平拉力 在頂板內(nèi)形成箍緊力 使彎曲下沉的頂板呈壓縮狀態(tài) 阻止巖石的受剪力破壞 使破壞離層的巖石互相擠壓嚙合達(dá)到自穩(wěn) 從而保持了頂板的完整和穩(wěn)定 55 桁架錨桿 56 57 四 錨桿桁架支護(hù)機(jī)理 頂板錨桿桁架的支護(hù)作用 1 改善頂板應(yīng)力狀態(tài) 58 四 錨桿桁架支護(hù)機(jī)理 2 有利于頂板裂隙梁的形成與穩(wěn)定 59 四 錨桿桁架支護(hù)機(jī)理 2 有利于頂板裂隙梁的形成與穩(wěn)定 60 四 錨桿桁架支護(hù)機(jī)理 2 有利于頂板裂隙梁的形成與穩(wěn)定在層狀巖體中巷道開挖時(shí) 頂板極軟弱和破碎時(shí) 頂板的破壞與變形可以用 巖粱 理論來分析 它的穩(wěn)定性取決于裂隙梁的成拱作用 在這種條件下的錨桿支護(hù)通常不能起懸吊作用 而應(yīng)考察摩擦作用和組合梁作用 對(duì)于圖47 8所示的層狀裂隙頂板 桁架提供的水平壓力顯然增大了沿巷道軸向的一組裂隙的摩擦系數(shù) 從而增高了裂隙梁的完整性 同時(shí) 有利于頂板梁的成拱作用 圖47 8虛線所示 61 四 錨桿桁架支護(hù)機(jī)理 3 提高頂板裂隙梁抗剪滑動(dòng)能力 62 四 錨桿桁架支護(hù)機(jī)理 頂板錨桿桁架的支護(hù)作用 3 提高頂板板裂隙梁抗剪滑動(dòng)能力根據(jù)巖梁成拱原理 當(dāng)巖梁自重和原巖應(yīng)力引起的供座處水平推力不足以阻止剪切滑動(dòng)力時(shí) 頂板將發(fā)生整體剪切活動(dòng) 由桁架預(yù)緊力引起的主動(dòng)作用將與拱座處水平推力疊加 增大了該危險(xiǎn)部位巖石或不連續(xù)面的摩擦阻力 達(dá)到提高頂板裂隙梁抗剪能力 從而維持頂板穩(wěn)定的目的 圖47 10 這種加固作用隨頂板下沉引起拉桿拉伸而進(jìn)一步得到增強(qiáng) 63 四 錨桿桁架支護(hù)機(jī)理 適用 大變形的軟巖巷道 對(duì)錨桿支護(hù)或其它常規(guī)方法難以維護(hù)的復(fù)雜地質(zhì)條件 軟弱破碎帶的控制有著重要的作用 目前 在國外煤礦中 單組錨桿桁架已用到最大跨度達(dá)7m的巷道 而雙組錨桿桁架支護(hù)的巷道寬度最大已達(dá)9m 在房式采煤法中 使用三組桁架支護(hù)的礦房可達(dá)12m 錨桿桁架在巷道交叉點(diǎn)和大斷面硐室中也有著廣泛的應(yīng)用 64 五 錨索作用機(jī)理 通常與錨桿組合使用 懸吊作用把錨桿加固的巖體懸吊在穩(wěn)定的巖層上 65 六 錨注作用機(jī)理 錨桿 圍巖注漿1 注漿硬化破碎 軟弱巖體 提高圍巖強(qiáng)度 增強(qiáng)其整體性 2 錨桿和硬化后的圍巖形成整體 共同承受荷載 3 錨桿的錨固力和錨固效果隨著注漿大大提高 適用 圍巖破裂范圍較大的軟巖巷道 66 第二節(jié)錨桿結(jié)構(gòu)及支護(hù)形式 一 錨桿的構(gòu)件二 錨桿的結(jié)構(gòu)類型三 錨桿的支護(hù)形式及選擇 67 一 錨桿的構(gòu)件 1 桿體 木 竹 金屬 鋼管 玻璃鋼 2 錨固劑 樹脂和水泥 或楔子3 托盤 木 鑄鐵 鋼板 4 托梁 W型鋼帶 鋼板梁 鋼筋梁 5 網(wǎng) 鐵絲網(wǎng) 塑料網(wǎng) 鋼筋網(wǎng) 68 二錨桿的結(jié)構(gòu)類型 69 二錨桿的結(jié)構(gòu)類型 金屬倒楔式錨桿管縫式錨桿水力脹管式錨桿木錨桿和竹錨桿鋼筋或鋼絲繩砂漿錨桿樹脂錨桿快硬水泥和快硬膨脹水泥錨桿內(nèi)注式錨桿可拉伸錨桿其它錨桿 70 1 全屬倒楔式錨桿此種錨桿由桿體 固定楔 活動(dòng)倒楔 墊板和螺帽組成 如圖5 6所示 這種錨桿屬端頭錨固型 安裝后可立即承載 可回收 錨固力達(dá)40KN左右 常用于圍巖比較破碎 需要立即承載的地下工程 71 72 73 2 管縫式錨桿管縫式錨桿又稱開縫式或摩擦式錨桿 它是采用高強(qiáng)度鋼板卷壓成帶縱縫的管狀桿體外徑38 1 用鑿巖機(jī)強(qiáng)行壓入比桿徑小2 3mm的錨孔 為安裝方便 打入端略呈錐形 由于管壁彈性恢復(fù)力擠壓孔壁而產(chǎn)生錨固力 屬全長(zhǎng)錨固型錨桿 對(duì)地層橫向錯(cuò)動(dòng) 有良好適應(yīng)能力 鉆孔變彎曲 錨固得更牢 這種錨桿的成本較高 不能回收復(fù)用 但錨固性能好 錨固力大 50 70KN 74 75 3 水力脹管式錨桿 鋼管 雙層異形鋼管 高壓水注入鋼管內(nèi) 膨脹變大 擠壓孔壁 錨固力較大 可達(dá)80KN 76 77 3 木錨桿普通木錨桿 壓縮木錨桿 78 79 4 鋼筋或鋼絲繩砂漿錨桿 鋼筋砂漿錨桿 鋼絲繩砂漿錨稈鋼筋或鋼絲繩砂漿錨稈是全長(zhǎng)錨固型錨桿 設(shè)計(jì)錨固為為30 50KN 80 5 樹脂錨桿用樹脂為粘結(jié)劑 在固化劑和加速劑的作用下 將錨桿的頭部粘結(jié)在錨桿孔內(nèi) 端頭錨固型樹脂錨桿是由樹脂藥包和桿體組成 圖5 7 使用115型樹脂錨固劑 可在3 5min內(nèi)凝膠達(dá)到很高的錨固強(qiáng)度 15min后即可套上墊板緊固螺帽 使用82型錨固劑 可在15 60s內(nèi)凝膠 5min后錨固力可達(dá)40KN以上 可滿足5min上墊板擰緊螺帽的要求 81 5 樹脂