煤礦巷道錨桿支護技術(shù)課件

煤礦巷道錨桿支護技術(shù)1ppt課件煤礦巷道錨桿支護技術(shù)1ppt課件主要內(nèi)容1.錨桿支護技術(shù)簡介2.錨桿支護技術(shù)基本理論3.錨桿支護結(jié)構(gòu)各部分構(gòu)件作用4.錨桿支護設(shè)計方法5.影響錨桿支護效果的關(guān)鍵因素6.我國煤礦錨桿支護技術(shù)的發(fā)展方向2ppt課件主要內(nèi)容1.錨桿支護技術(shù)簡介2ppt課件巷道支護的重要性：巷道支護是煤礦安全生產(chǎn)的重要保證，我國煤礦以井工開采為主，需要在井下開掘大量巷道，而且80%以上是煤巷、半煤巖巷，或為松軟破碎圍巖巷，或為遇水軟化膨脹圍巖巷。確保巷道的安全、快速掘進，確保巷道使用期間的暢通、與圍巖穩(wěn)定，確保巷道的支護與維護成本較低等，是建設(shè)安全高效礦井的一項重要工作，具有重要意義。巷道支護技術(shù)的發(fā)展：煤礦巷道支護經(jīng)歷了木支護、砌碹支護、型鋼支護到錨桿支護的漫長過程。國內(nèi)外的實踐證明，錨桿支護是巷道經(jīng)濟、有效的支護形式。1.錨桿支護技術(shù)簡介3ppt課件巷道支護的重要性：巷道支護是煤礦安全生產(chǎn)的重要保證，我國煤礦本部分主要內(nèi)容1.1錨桿支護的優(yōu)越性1.2我國煤礦巷道布置及圍巖條件的變化趨勢1.3國外錨桿支護技術(shù)的發(fā)展1.4國外錨桿支護技術(shù)發(fā)展的主要特點1.5我國煤礦錨桿支護技術(shù)的發(fā)展

4ppt課件本部分主要內(nèi)容1.1錨桿支護的優(yōu)越性4ppt課件（1）可顯著提高巷道支護效果錨桿與巖體粘結(jié)在一起，提高了巖體的整體性。對不穩(wěn)定巖層起著懸吊作用。由于預(yù)緊力的作用，形成壓縮巖梁，阻止了層狀巖體的離層作用，增大了巖層間的摩擦力，與錨桿本身的抗剪作用一起，阻止巖層間產(chǎn)生相對滑動，提高了巖層的承載能力。改變了巷道表面巖體的受力狀態(tài)，由二向受力狀態(tài)轉(zhuǎn)化為三向受力狀態(tài)，提高了巖體的承載力。（2）變“被動支護”為“主動支護”棚式支護等待圍巖變形、破碎后支撐，承載。錨桿支護利用錨固劑、桿體、托板及各種構(gòu)件或噴層，給圍巖一定的支護強度，與圍巖共同組成支護體系，并且隨圍巖變形，支護力不斷增加。1.1錨桿支護的優(yōu)越性

與棚式支架相比，錨桿支護具有顯著的優(yōu)越性。5ppt課件（1）可顯著提高巷道支護效果1.1錨桿支護的優(yōu)越性5ppt（3）減少巷道維修量錨桿支護能及時加固圍巖，減少圍巖變形，防止頂板早期離層和片幫。

（4）簡化工作面端頭支護和超前支護。為采煤工作面的快速推進、產(chǎn)量與效益的提高創(chuàng)造良好條件。

（5）提高掘進速度（6）消除安全隱患棚架與頂板煤層之間出現(xiàn)空隙，易造成煤自燃；大斷面開切眼中安裝、回撤棚架和工作面上下順槽回撤支架時，易發(fā)生大面積冒落或傷亡事故。6ppt課件（3）減少巷道維修量6ppt課件（7）降低支護成本采用錨桿支護，可以大量地節(jié)約鋼材、木材等材料，降低支護成本。（8）減少工人的勞動強度（9）減少輔助運輸量1.2我國煤礦巷道布置及圍巖條件的變化趨勢——迫切要求發(fā)展錨桿支護

隨著開采深度、強度與范圍的增加，巷道布置及圍巖出現(xiàn)了以下變化趨勢：（1）巖巷向煤巷發(fā)展傳統(tǒng)的巷道布置方式將開拓巷道和準備巷道布置在巖石中，雖然有利于巷道維護，但帶來一系列問題：巷道掘進成本高，施工速度慢，增加了許多聯(lián)絡(luò)巷；掘進出現(xiàn)大量矸石，給礦井輔助運輸造成極大壓力。7ppt課件（7）降低支護成本7ppt課件

隨著巷道支護技術(shù)的發(fā)展與支護水平的提高，巖巷布置已逐步轉(zhuǎn)變?yōu)槊合锊贾谩Ｌ貏e是現(xiàn)代化礦井，巖巷占的比例已經(jīng)很少。大量使用煤巷雖然增加了巷道支護難度，但帶來了很多優(yōu)點：顯著降低了巷道掘進費用，大大提高了施工速度，縮短了礦井建設(shè)周期，巷道掘進出煤，增加了經(jīng)濟效益，減少了矸石排出量。（2）巖石頂板煤巷向煤層頂板巷道和全煤巷道發(fā)展綜采放頂煤工作面要求回采巷道沿煤層底板掘進，巷道頂板是煤。隨著綜放開采技術(shù)的大面積推廣，煤頂巷道所占的比重逐年增加。一般情況下，煤相對于巖石比較松軟、破碎，顯著增加了巷道支護難度。此外對于特厚煤層開采和急傾斜煤層水平分層開采等條件，不僅巷道頂板與兩幫為煤層，有時底板也是煤層，屬全煤巷道，支護難度進一步加大。8ppt課件隨著巷道支護技術(shù)的發(fā)展與支護水平的提高，巖巷布置已逐（3）巷道從拱形斷面向矩形斷面發(fā)展拱形斷面雖然能夠改善巷道受力狀態(tài)，有利于巷道支護，但拱形巷道施工工藝比較復(fù)雜，成巷速度低，有時還需要破壞頂板，出現(xiàn)矸石。對于回采巷道，拱形斷面給回采工作面端頭支護造成很大困難，阻礙工作面的正常推進。而矩形巷道，除巷道受力狀況比拱形巷道差外，拱形巷道的缺陷基本都被克服。另外，在層狀破碎頂板條件下，巷道兩拱部的巖石不僅不能起到承載作用，還會成為支護的載荷。（4）巷道從小斷面向大斷面發(fā)展隨著回采工作面設(shè)備的大型化，開采強度與產(chǎn)量的大幅度提高，為了保證正常的運輸、通風及行人，要求的巷道斷面越來越大。煤層大巷的跨度已經(jīng)超過6m，斷面超過25m2；回采巷道寬度也達5~6m，斷面達15~20m2；開切眼跨度達到10m，斷面超過40m2；井底換裝硐室的寬與高均已達到10m，斷面積為100m2。巷道斷面積的增大，顯著增加了支護難度。9ppt課件（3）巷道從拱形斷面向矩形斷面發(fā)展9ppt課件（5）由單巷布置向多巷發(fā)展回采工作面開采強度和產(chǎn)量越來越大，要求的運輸、通風斷面逐年增加。特別是高瓦斯礦井，往往單巷布置不能滿足生產(chǎn)要求，出現(xiàn)了一個工作面布置3~5條，甚至更多巷道的多巷布置方式。多巷布置帶來了煤柱留設(shè)、巷道受到二次甚至多次采動影響，增加了巷道維護的難度。（6）巷道埋深從淺部向深部發(fā)展我國煤礦開采深度以8~12m/a的速度增加。新汶、淄博、開灤、徐州等礦區(qū)的開采深度已超過1000m，出現(xiàn)了一批千米深井。煤炭開采技術(shù)的進步促進了高產(chǎn)高效礦井的發(fā)展，進一步加速了礦井深度的增加。預(yù)計在未來20年我國很多煤礦將進入1000m~1500m的開采深度。深部開采將帶來一系列高地應(yīng)力巷道支護難題，如沖擊礦壓、圍巖大變形、強烈底鼓等淺部巷道沒有的支護問題。10ppt課件（5）由單巷布置向多巷發(fā)展10ppt課件（7）簡單地質(zhì)條件向復(fù)雜地質(zhì)條件發(fā)展我國煤礦煤系地層中具有復(fù)雜地質(zhì)條件的礦井分布十分廣泛。北起黑龍江、內(nèi)蒙古，南到廣東、廣西，東起山東、浙江，西到新疆、青海等廣大遼闊的幅員內(nèi)有復(fù)雜地質(zhì)條件的礦井遍布全國各主要產(chǎn)煤省區(qū)，近半數(shù)的礦區(qū)存在地質(zhì)條件復(fù)雜的礦井。隨著我國新生代第三紀煤田的開采及老礦井采深的增加，復(fù)雜地質(zhì)條件煤礦的數(shù)量和分布范圍將會繼續(xù)增加和擴大。復(fù)雜地質(zhì)條件巷道圍巖穩(wěn)定性差、圍巖變形和破壞嚴重，巷道維護十分困難。有的復(fù)雜地質(zhì)條件礦井，每米巷道的支護費用已高達1~2萬元，嚴重影響了煤礦的正常生產(chǎn)和經(jīng)濟效益的提高。11ppt課件（7）簡單地質(zhì)條件向復(fù)雜地質(zhì)條件發(fā)展11ppt課件1.3國外錨桿支護技術(shù)的發(fā)展100多年前，國外一些礦山就開始應(yīng)用錨桿支護。英國在1872年就采用過金屬錨桿，美國1900年使用過木錨桿。地下工程中大量采用錨桿支護是在20世紀40年代末期。此后，錨桿支護在煤礦、非煤礦山、隧道及其他巖土工程中得到迅速發(fā)展，成為一種極具發(fā)展前景的支護方式。從錨桿支護形式的發(fā)展過程分，可分為以下幾個階段：（1）1950年~1960年，錨桿型式主要是機械端部錨固錨桿，分楔縫式、倒楔式、漲殼式等。這類錨桿錨固力低，在不同巖層中的錨固力變化大，支護剛度小，可靠性差，不宜在松軟破碎的巖層中使用。由于這些弊端，導(dǎo)致了英國、法國等國家在使用錨桿支護過程中出現(xiàn)過反復(fù)。如英國煤礦在1957年使用了約50萬根錨桿，法國煤礦用量也較大，但到20世紀60年代初，錨桿用量大幅度降低。12ppt課件1.3國外錨桿支護技術(shù)的發(fā)展12ppt課件（2）1960年~1970年，樹脂錨桿研制成功，并得到推廣應(yīng)用。1958年德國開始研制樹脂錨桿，于1959年在煤礦井下進行試驗，1961年取得成功。之后樹脂錨桿在世界主要采煤國家逐步得到應(yīng)用和發(fā)展。初期樹脂錨桿為端部樹脂錨固，錨桿孔徑較大（38~45mm），以后發(fā)展到小孔徑（22~30mm）全長錨固樹脂錨桿。這種錨桿錨固力大、可靠性高、適應(yīng)性強，極大地促進了錨桿支護技術(shù)的發(fā)展與廣泛應(yīng)用。（3）1970~1980年，管縫式錨桿、脹管式錨桿等全長錨固錨桿研制成功，并在井下得到應(yīng)用。但其在井下容易銹蝕，錨固力受鋼材質(zhì)量、圍巖性質(zhì)、鉆孔直徑等因素影響較大，施工工藝比較復(fù)雜，錨固質(zhì)量難以保證，只能在適宜的條件下使用。（4）1980~1990年，錨桿支護形式更加多樣化，出現(xiàn)了混合錨固錨桿、鋼帶式組合錨桿、桁架錨桿、可拉伸錨桿、錨注錨桿等特種錨桿，錨索加固技術(shù)也得到了應(yīng)用，樹脂錨桿材料得到了進一步改進與提高。13ppt課件（2）1960年~1970年，樹脂錨桿研制成功，并得到推廣應(yīng)（5）20世紀90年代以來，高強度樹脂錨固錨桿以其優(yōu)越的錨固效果和簡便的施工工藝，逐步取代了其他類型的錨桿，成為錨桿支護的主導(dǎo)型式。錨索加固技術(shù)也得到了大面積的推廣應(yīng)用。1.4國外錨桿支護技術(shù)發(fā)展的主要特點（1）十分重視巷道圍巖地質(zhì)力學參數(shù)的測試，對支護對象有比較清楚地了解。如美國、澳大利亞、英國等在錨桿支護設(shè)計前，要進行全面、詳細的地應(yīng)力、圍巖強度和圍巖結(jié)構(gòu)面力學特征的測量，分析巷道應(yīng)力場分布特征，巷道圍巖變形破壞的主要影響因素。這是錨桿支護成功的必要前提。（2）根據(jù)煤礦巷道特點，采用比較合理的錨桿支護設(shè)計方法。如澳大利亞、英國等采用“地質(zhì)力學評估—初始支護設(shè)計—井下施工與監(jiān)測—信息反饋與修改設(shè)計—日常監(jiān)測”的設(shè)計方法。這種方法符合煤礦巷道地質(zhì)條件復(fù)雜性與多變性的特點，因此得到國際上的普遍認可和采用。14ppt課件（5）20世紀90年代以來，高強度樹脂錨固錨桿以其優(yōu)越的錨固（3）根據(jù)本國巷道地質(zhì)與生產(chǎn)條件，采用適宜的錨桿形式。如澳大利亞、英國主要采用樹脂全長錨固螺紋鋼錨桿。美國使用的錨桿種類比較多，包括樹脂錨固錨桿、漲殼式錨桿及混合錨固錨桿。德國除使用樹脂錨固錨桿外，還研制了可拉伸錨桿，使錨桿既具有足夠的支護阻力，又有一定的延伸性，適應(yīng)圍巖變形強烈的條件。（4）錨桿向高強度、高可靠性方向發(fā)展。一方面，研制具有一定延伸率的高強度錨桿材料，如澳大利亞錨桿桿體材料的屈服強度在400~600MPa，有的甚至大于600MPa；英國錨桿材料的屈服強度為640~720MPa；美國錨桿材料的屈服強度為414~689MPa；另一方面加大錨桿直徑，國外多數(shù)使用φ20~22mm的錨桿，有的達到φ24mm。錨桿桿體的拉斷載荷一般在200kN以上，有的甚至超過300kN。英國還研制出拉斷載荷500kN的大錨桿。在提高錨桿強度的條件下，降低支護密度，有利于快速掘進。15ppt課件（3）根據(jù)本國巷道地質(zhì)與生產(chǎn)條件，采用適宜的錨桿形式。如澳大（5）先進的錨桿施工機具不僅保證了支護質(zhì)量，而且提高了成巷速度，促進了錨桿支護技術(shù)的發(fā)展。澳大利亞、美國大量采用掘錨聯(lián)合機組，實現(xiàn)了掘進與錨桿支護一體化，大幅度提高了巷道掘進速度與工效。同時，單體錨桿鉆機、鉆頭鉆桿及快速安裝系統(tǒng)也有較快發(fā)展，基本滿足了錨桿支護施工的要求。（6）錨桿支護監(jiān)測儀器與技術(shù)保證了巷道安全。開發(fā)出頂板離層指示儀、聲波多點位移計、測力錨桿等監(jiān)測錨桿支護巷道圍巖變形、離層、支護體受力的儀器，及時、準確地監(jiān)測圍巖穩(wěn)定性與支護狀況，確保巷道的安全。（7）采用科學、嚴格的管理，制訂了錨桿支護材料標準、錨桿支護技術(shù)規(guī)范，促進了錨桿支護技術(shù)的健康發(fā)展。16ppt課件（5）先進的錨桿施工機具不僅保證了支護質(zhì)量，而且提高了成巷速1.5我國煤礦錨桿支護技術(shù)的發(fā)展（1）1956年在煤礦巖巷中使用錨桿支護。（2）1960年錨桿支護進入采區(qū)，但由于煤層巷道圍巖松軟，受采動影響后圍巖變形量大，對支護要求很高，加之錨桿支護理論、設(shè)計方法、錨桿材料、施工機具、監(jiān)測手段等還不夠完善，因而事故頻發(fā)，發(fā)展緩慢。（3）“八五”期間，原煤炭工業(yè)部把煤巷錨桿支護技術(shù)作為重點項目進行攻關(guān)，取得了一大批水平較高的科研成果，并應(yīng)用于新汶、鐵法、兗州、峰峰、淮南等多個礦區(qū)。基本上解決了一般條件下的巷道支護問題。但對于困難條件，如復(fù)合頂板、破碎頂板、煤層頂板巷道，以及沿空掘巷、沿空留巷等，錨桿支護的可行性和適用性還沒有得到深入細致的研究。17ppt課件1.5我國煤礦錨桿支護技術(shù)的發(fā)展17ppt課件（4）“九五”期間，原煤炭工業(yè)部將“錨桿支護”列為煤炭工業(yè)科技發(fā)展的五個重點項目之一，展開了更深入、細致的試驗研究。經(jīng)過教學、科研和生產(chǎn)單位的聯(lián)合攻關(guān)，煤巷錨桿支護技術(shù)有了很大提高，取得了很多寶貴經(jīng)驗，主要有：單體錨桿支護，錨梁網(wǎng)組合支護，桁架錨桿支護，軟巖巷道錨桿支護，深井巷道錨桿支護，沿空巷道錨桿支護，可伸長錨桿，電動、風動和液壓錨桿鉆機，錨桿支護檢測與監(jiān)測儀器等。特別是1996~1997年，我國引進了澳大利亞錨桿支護技術(shù)，在邢臺礦務(wù)局進行了現(xiàn)場演示，并完成了與錨桿支護技術(shù)相關(guān)的15個項目，使我國的煤巷錨桿支護技術(shù)有了較大的提高。同時，困難條件下的錨桿-錨索支護技術(shù)得到了應(yīng)用，并取得了令人滿意的支護效果和經(jīng)濟效益。18ppt課件（4）“九五”期間，原煤炭工業(yè)部將“錨桿支護”列為煤炭工業(yè)科為了弄清錨桿與圍巖之間的相互作用關(guān)系，為錨桿支護設(shè)計提供依據(jù)，人們一直把錨桿支護作用機理作為一個重點，進行了廣泛、深入的研究。到目前為止，已提出了多達十幾種錨桿支護理論，如懸吊理論、組合梁理論及加固拱理論等。這些支護理論在生產(chǎn)實踐中起到了積極作用。但是，各種理論都有其適用條件，都不同程度地存在著局限性、片面性、不合理性和不可操作性。近年來，隨著錨桿支護技術(shù)的快速發(fā)展，對錨桿支護理論的研究也有了較大進展。逐步認識到預(yù)緊力在錨桿支護中的決定性作用，錨桿對圍巖強度的強化作用，錨桿對圍巖結(jié)構(gòu)面離層、滑動、節(jié)理裂隙張開等擴容變形的約束作用，以及保持圍巖完整性的重要作用。這些認識對提高錨桿支護效果，特別是困難條件下巷道支護提供了有效的理論指導(dǎo)。

2錨桿支護技術(shù)基本理論19ppt課件為了弄清錨桿與圍巖之間的相互作用關(guān)系，為錨桿支護設(shè)計提供依據(jù)本部分主要內(nèi)容2.1懸吊理論2.2組合梁理論2.3加固拱（巖梁）理論2.4最大水平應(yīng)力理論2.5圍巖松動圈支護理論2.6圍巖強度強化理論20ppt課件本部分主要內(nèi)容2.1懸吊理論20ppt課件2.1懸吊理論錨桿支護的作用是將頂板下部不穩(wěn)定的巖層懸吊在上部穩(wěn)定的巖層上。是最早的錨桿支護理論，具有直觀、易懂及使用方便等特點。在頂板上部有穩(wěn)定巖層，而其下部存在松散、破碎巖層的條件下(圖a)，這種支護理論應(yīng)用比較廣泛。在比較軟弱的圍巖中，巷道開掘后應(yīng)力重新分布，出現(xiàn)松動破碎區(qū)，在其上部形成自然平衡拱，錨桿支護的作用是將下部松動破碎的巖層懸吊在自然平衡拱上(圖b)。21ppt課件2.1懸吊理論21ppt課件懸吊理論存在的明顯缺陷(1)錨桿受力只有當松散巖層或不穩(wěn)定巖塊完全與穩(wěn)定巖層脫離的情況下才等于破碎巖層的重量，而這種條件在井下巷道中并不多見。(2)錨桿安設(shè)后，由于巖層變形和離層，會使錨桿受力很大，而遠非破碎巖層重量。(3)當錨桿穿過破碎巖層時，錨桿提供的徑向和切向約束會不同程度地改善破碎巖層的整體強度，使其具有一定的承載能力。而懸吊理論沒有考慮圍巖的自承能力。(4)當圍巖松軟，巷道寬度較大時，錨桿很難錨固到上部穩(wěn)定的巖層或自然平衡拱上。懸吊理論無法解釋在這種條件下錨桿支護仍然有效的原因?？傊?，懸吊理論僅考慮了錨桿的被動抗拉作用，沒有涉及對巖體抗剪能力及對破碎巖層整體強度的改變。因此，理論計算的錨桿載荷與實際出入比較大。22ppt課件懸吊理論存在的明顯缺陷22ppt課件2.2組合梁理論組合梁理論適用于層狀巖層。對于端部錨固錨桿，其提供的軸向力將對巖層離層產(chǎn)生約束，并且增大了各巖層間的摩擦力，與錨桿桿體提供的抗剪力一同阻止巖層間產(chǎn)生相對滑動。對于全長錨固錨桿，錨桿和錨固劑共同作用，明顯改善了錨桿受力狀況，增加了控制頂板離層和水平錯動的能力，支護效果優(yōu)于端部錨固錨桿。從巖層受力考慮，錨桿將各個巖層夾緊形成組合梁，如圖所示。組合梁厚度越大，梁的最大應(yīng)變值越小。組合梁理論充分考慮了錨桿對離層及滑動的約束作用。23ppt課件2.2組合梁理論23ppt課件組合梁理論存在的明顯缺陷：(1)組合梁有效組合厚度很難確定。它涉及影響錨桿支護的眾多因素，目前還沒有一種方法比較可靠地估計有效組合厚度。(2)沒有考慮水平應(yīng)力對組合梁強度、穩(wěn)定性及錨桿載荷的作用。(3)只適用于層狀頂板，而且僅考慮了錨桿對離層及滑動的約束作用，沒有涉及錨桿對巖體強度、變形模量及應(yīng)力分布的影響。2.3加固拱（巖梁）理論試驗表明，在軟弱、松散、破碎的巖層中安裝錨桿，也可以形成一個承載結(jié)構(gòu)。只要錨桿間距足夠小，各根錨桿形成的壓應(yīng)力圓錐體將相互重疊，就能在巖體中產(chǎn)生一個均勻壓縮帶（巖梁），它可以承受破壞區(qū)上部破碎巖石的載荷。24ppt課件組合梁理論存在的明顯缺陷：2.3加固拱（巖梁）理論24p考慮了錨桿支護的整體作用，軟巖巷道得到廣泛應(yīng)用。明顯缺陷：(1)只是將各錨桿的支護作用簡單相加，得出支護系統(tǒng)的整體承載結(jié)構(gòu)，缺乏對錨固巖體力學特性及影響因素的深入研究。(2)加固拱厚度涉及很多因素，很難較準確的估計。2.4最大水平應(yīng)力理論地應(yīng)力測量結(jié)果表明，在很多情況下巖層中的水平應(yīng)力大于垂直應(yīng)力，而且水平應(yīng)力具有明顯的方向性（構(gòu)造應(yīng)力）；最大水平主應(yīng)力明顯高于最小水平主應(yīng)力，這種趨勢在淺部礦井尤為明顯。水平應(yīng)力對巷道圍巖的穩(wěn)定性有較大的影響。25ppt課件考慮了錨桿支護的整體作用，軟巖巷道得到廣泛應(yīng)用。明顯缺陷：2澳大利亞學者W．J．Gale通過現(xiàn)場觀測與數(shù)值模擬分析，得出水平應(yīng)力對巷道圍巖變形與穩(wěn)定性的作用(見圖)。他認為，巷道頂?shù)装遄冃闻c穩(wěn)定性主要受水平應(yīng)力的影響：當巷道軸線與最大水平主應(yīng)力平行，巷道受水平應(yīng)力的影響最小，有利于頂?shù)装宸€(wěn)定；當巷道軸線與最大水平主應(yīng)力垂直，巷道受水平應(yīng)力的影響最大，頂?shù)装宸€(wěn)定性最差；當兩者呈一定夾角時，巷道一側(cè)會出現(xiàn)水平應(yīng)力集中，頂?shù)装宓淖冃闻c破壞會偏向巷道的一幫。26ppt課件澳大利亞學者W．J．Gale通過現(xiàn)場觀測與數(shù)值模擬分析，得出在最大水平應(yīng)力作用下，頂?shù)装鍘r層會發(fā)生剪切破壞，出現(xiàn)松動與錯動，導(dǎo)致巖層膨脹、變形。錨桿的作用是抑制巖層沿錨桿軸向的膨脹和垂直于軸向的剪切錯動，因此，要求錨桿強度大、剛度大、抗剪能力強。這也正是澳大利亞錨桿支護技術(shù)特別強調(diào)高強度、全長錨固的原因。2.5圍巖松動圈支護理論巷道開挖后，當圍巖應(yīng)力超過圍巖強度時將在圍巖中產(chǎn)生新的裂紋，其分布區(qū)域類似圓形或橢圓形，稱之為圍巖松動圈。圍巖一旦產(chǎn)生松動圈，圍巖的最大變形載荷是松動圈產(chǎn)生過程中的碎脹變形，圍巖破裂過程中的巖石碎脹變形是支護的對象。圍巖松動圈的厚度是圍巖強度與圍巖應(yīng)力的函數(shù)，它是一個綜合指標。圍巖松動圈越大，碎脹變形越大，圍巖變形量越大，巷道支護也越困難。根據(jù)松動圈的大小，將圍巖分為3種類型，并給出了相應(yīng)的支護方式：27ppt課件在最大水平應(yīng)力作用下，頂?shù)装鍘r層會發(fā)生剪切破壞，出現(xiàn)松動與錯①小松動圈(厚度小于400mm)，錨桿支護作用不明顯，只需進行噴射混凝土支護。②中松動圈(厚度在400～1500mm之間)，支護比較容易，采用懸吊理論設(shè)計錨桿參數(shù)，懸吊點在松動圈之外。③大松動圈(厚度大于1500mm)，錨桿的作用是給松動圈內(nèi)破裂圍巖提供約束力，使其恢復(fù)到接近原巖的強度并具有可縮性，采用加固拱理論設(shè)計錨桿支護參數(shù)?？梢姡蓜尤χёo理論確定了使用各種經(jīng)典錨桿支護理論的適用條件和范圍。28ppt課件①小松動圈(厚度小于400mm)，錨桿支護作用不明顯，只需進2.6圍巖強度強化理論侯朝炯等在已有研究成果的基礎(chǔ)上，提出巷道錨桿支護圍巖強度強化理論。該理論的要點為：①錨桿支護實質(zhì)是錨桿與錨固區(qū)域的巖體組成錨固體，形成統(tǒng)一的承載結(jié)構(gòu)；②錨桿支護可提高錨固體的力學參數(shù)，包括錨固體破壞前與破壞后的力學參數(shù)(彈性模量、黏聚力、內(nèi)摩擦角等)，改善被錨巖體的力學性能；③巷道圍巖存在破碎區(qū)、塑性區(qū)、彈性區(qū)，錨桿錨固區(qū)域巖體的峰值強度、峰后強度及殘余強度均能得到強化；④錨桿支護可改變圍巖的應(yīng)力狀態(tài)，增加圍壓，提高圍巖的承載能力，改善巷道支護狀況；⑤圍巖錨固體強度提高后，可減小巷道周圍的破碎區(qū)、塑性區(qū)范圍和巷道表面位移，控制圍巖破碎區(qū)、塑性區(qū)的發(fā)展，從而有利于巷道圍巖的穩(wěn)定。29ppt課件2.6圍巖強度強化理論29ppt課件3錨桿支護結(jié)構(gòu)各部分構(gòu)件作用錨桿支護由錨桿桿體、托板、螺母、錨固劑、鋼帶及金屬網(wǎng)等構(gòu)件組成，錨桿支護的作用是由這些構(gòu)件共同完成的。本部分主要內(nèi)容3.1錨桿桿體的作用3.2托板的作用3.3錨固劑的作用3.4鋼帶（鋼筋梯子梁）的作用3.5網(wǎng)的作用30ppt課件3錨桿支護結(jié)構(gòu)各部分構(gòu)件作用錨桿支護由錨桿桿體、托板、螺母3.1錨桿桿體的作用對于錨桿桿體本身來說，由于桿體長度方向的尺寸遠大于其他兩個方向的尺寸，所以力學上屬于桿件。這種構(gòu)件主要可以提供兩方面的作用(見圖)，首先是抗拉，其次是抗剪。至于桿體的抗彎能力和抗壓能力是非常小的，可以忽略不計。31ppt課件31ppt課件（1）抗拉作用錨桿桿體所能承受的拉斷載荷為32ppt課件（1）抗拉作用32ppt課件（2）抗剪作用錨桿桿體所能承受的拉剪切載荷為33ppt課件（2）抗剪作用33ppt課件3.2托板的作用托板是錨桿的重要構(gòu)件，對錨桿支護作用的發(fā)揮影響很大。托板的作用可分為兩個方面：一是通過給螺母施加一定的扭矩使托板壓緊巷道表面，給錨桿提供預(yù)緊力，并使預(yù)緊力擴散到錨桿周圍的煤巖體中，從而改善圍巖應(yīng)力狀態(tài)，抑制圍巖離層、結(jié)構(gòu)面滑動和節(jié)理裂隙的張開，實現(xiàn)錨桿的主動、及時支護作用；其二是圍巖變形使載荷作用于托板上，通過托板將載荷傳遞到錨桿桿體，增大錨桿的工作阻力，充分發(fā)揮錨桿控制圍巖變形的作用。34ppt課件3.2托板的作用34ppt課件托板對全長錨固錨桿的受力分布有明顯的影響。圖示是有、無托板時錨桿軸力與剪力分布示意圖。無托板時錨桿軸力在巷道表面處為零，在一定深度達到最大值，剪力在軸力最大處為零；有托板時，由于錨桿施加的預(yù)緊力和圍巖通過托板作用在錨桿桿體上的力，使得錨桿軸力在巷道表面處達到一定值，而且使錨桿軸力最大的位置向孔口移動，更接近巷道表面。

35ppt課件托板對全長錨固錨桿的受力分布有明顯的影響。圖示是有、無托板時3.3錨固劑的作用

錨固劑的主要作用是將鉆孔孔壁巖石與桿體黏結(jié)在一起，使錨桿發(fā)揮支護作用。同時錨固劑也具有一定的抗剪與抗拉能力，與錨桿共同加固圍巖。（1）錨固劑的黏結(jié)作用在工程設(shè)計時，計算錨桿拉拔力的簡化方法是假定錨固劑與桿體、錨固劑與鉆孔孔壁之間的黏結(jié)應(yīng)力沿錨固長度內(nèi)均勻分布，則錨桿拉拔力可用下式計算：

這種簡化的方法雖然計算簡單，但不符合錨桿拉拔時黏結(jié)應(yīng)力分布的實際情況。國內(nèi)外學者做了大量研究與試驗，得出黏結(jié)應(yīng)力分布的公式與曲線。36ppt課件3.3錨固劑的作用36ppt課件37ppt課件37ppt課件（2）錨固劑的抗拉與抗剪作用我國樹脂錨固劑的抗拉強度一般為11.5MPa。如果φ28mm的鉆孔中不安裝錨桿，只注樹脂錨固劑，則錨固劑可提供7.08kN的抗拉力。如果φ20mm的桿體安裝在φ28mm的鉆孔中，則錨固劑可提供3.47kN的抗拉力。可見錨固劑提供的抗拉力遠小于錨桿桿體。樹脂錨固劑的抗剪強度一般可取35MPa。如果φ28mm的鉆孔中不安裝錨桿，只注樹脂錨固劑，則錨固劑可提供21.54kN的抗剪力。如果φ20mm的桿體，安裝在φ28mm的鉆孔中，則錨固劑可提供10.55kN的抗剪力，分別是圓鋼(Q235)、高強度螺紋鋼(BHRB400)、超高強度螺紋鋼BHRB600)的剪斷載荷的12．4％、8．4％、5．9％?？梢婂^固劑可提供一定的抗剪能力。

38ppt課件（2）錨固劑的抗拉與抗剪作用38ppt課件3.4鋼帶（鋼筋梯子梁）的作用鋼帶是錨桿支護系統(tǒng)中的重要構(gòu)件，對提高錨桿支護整體支護效果、保持圍巖的完整性起著關(guān)鍵作用。鋼帶的作用主要表現(xiàn)在以下3方面：(1)錨桿預(yù)緊力和工作阻力擴散作用。單根錨桿作用于巷道表面可近似看成點載荷，鋼帶可擴大錨桿作用范圍，實現(xiàn)錨桿預(yù)緊力和工作阻力擴散，使載荷趨于均勻。

(2)支護巷道表面和改善圍巖應(yīng)力狀態(tài)作用。鋼帶對巷道表面提供支護，抑制淺部巖層離層、裂隙張開，保持圍巖的完整性，減少巖層彎曲引起的拉伸破壞，改善巖層應(yīng)力狀態(tài)，防止錨桿間松動巖塊掉落。(3)均衡錨桿受力和提高整體支護作用。鋼帶將數(shù)根錨桿連接在一起，可均衡錨桿受力，共同形成組合支護系統(tǒng)，提高整體支護能力。

39ppt課件3.4鋼帶（鋼筋梯子梁）的作用39ppt課件分析鋼帶受力的簡化模型是將兩根錨桿之間的鋼帶段作為一簡支梁(見圖)，采用材料力學的相關(guān)公式計算鋼帶受力與變形。假設(shè)鋼帶受到均布載荷q的作用，則

40ppt課件分析鋼帶受力的簡化模型是將兩根錨桿之間的鋼帶段作為一簡支梁(3.5網(wǎng)的作用

一般認為，網(wǎng)可以用來維護錨桿間的圍巖，防止松動小巖塊掉落。其實，網(wǎng)的作用遠不止這一個，特別是在高地應(yīng)力、破碎圍巖條件下，網(wǎng)是錨桿支護系統(tǒng)中不可缺少的重要部件。網(wǎng)的作用主要表現(xiàn)在以下3方面：(1)維護錨桿之間的圍巖，防止破碎巖塊垮落。(2)緊貼巷道表面，提供一定的支護力(已有的研究成果表明，我國現(xiàn)用菱形金屬網(wǎng)，在保證施工質(zhì)量的條件下，可提供0.01MPa的支護力)，一定程度上改善巷道表面巖層受力狀況。同時，將錨桿之間巖層的載荷傳遞給錨桿，形成整體支護系統(tǒng)。41ppt課件3.5網(wǎng)的作用41ppt課件(3)網(wǎng)不僅能有效控制巷道淺部圍巖的變形與破壞，而且對深部圍巖也有良好的支護作用。如圖所示，有網(wǎng)的情況下，雖然巷道表面圍巖已破壞，但沒有松散、垮落，網(wǎng)作為傳力介質(zhì)，使巷道深部圍巖仍處于三向應(yīng)力狀態(tài)，提高巖體的殘余強度，顯著減小圍巖松散、破碎區(qū)范圍，同時也保證了錨桿的錨固效果。如果沒有金屬網(wǎng)或金屬網(wǎng)失效，圍巖破壞會從表面發(fā)展到深部，逐漸破碎、松散，失去強度，導(dǎo)致圍巖垮落，錨桿失效。42ppt課件(3)網(wǎng)不僅能有效控制巷道淺部圍巖的變形與破壞，而且對深4

錨桿支護設(shè)計方法錨桿支護設(shè)計的重要性：支護設(shè)計是巷道錨桿支護中的一項重要工作，對充分發(fā)揮錨桿支護的優(yōu)越性和保證巷道安全具有十分重要的意義。如果支護形式和參數(shù)選擇不合理，就會造成兩個極端：其一是支護強度太高，不僅浪費支護材料，而且影響掘進速度，增加支護成本；其二是支護強度不夠，不能有效控制圍巖變形，出現(xiàn)冒頂事故。本部分主要內(nèi)容

4.1支護設(shè)計方法分類

4.2工程類比設(shè)計方法

4.3錨桿支護理論分析設(shè)計方法

4.4錨桿支護動態(tài)信息設(shè)計法43ppt課件4錨桿支護設(shè)計方法錨桿支護設(shè)計的重要性：支護設(shè)計是巷道錨桿4.1支護設(shè)計方法分類錨桿支護設(shè)計的主要方法可歸納為三大類：工程類比法、理論計算法和數(shù)值模擬法。（1）工程類比法包括：根據(jù)已有的巷道工程，通過類比直接提出新建工程的支護設(shè)計（直接類比法）；通過巷道圍巖穩(wěn)定性分類提出支護設(shè)計；采用簡單的經(jīng)驗公式確定支護設(shè)計。（2）

理論計算法：基于某種錨桿支護理論，如懸吊理論、組合梁理論及加固拱理論，計算得出錨桿支護參數(shù)。由于各種支護理論都存在著一定的局限性和適用條件，而且很難比較準確、可靠地確定計算所需的一些參數(shù)。因此，依據(jù)理論計算所作的設(shè)計結(jié)果很多情況下只能作為參考。44ppt課件4.1支護設(shè)計方法分類44ppt課件（3）數(shù)值計算法：英國、澳大利亞等建立了以地質(zhì)力學條件和以數(shù)值計算為基礎(chǔ)的煤巷錨桿支護系統(tǒng)設(shè)計方法，其核心是首先根據(jù)地應(yīng)力測試結(jié)果，以巖體力學評估為基礎(chǔ)，結(jié)合數(shù)值模擬分析進行錨桿支護初始設(shè)計，然后再根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果對原設(shè)計進行修正和完善。這種設(shè)計方法通過對多個方案的比較分析，可以選擇得到更好方案。10余年來，我國在錨桿支護設(shè)計方法方面做了大量工作。在借鑒國外先進設(shè)計方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國煤礦巷道的特點，提出了動態(tài)化、信息化的設(shè)計方法，符合煤礦巷道地質(zhì)條件復(fù)雜性、多變性的特點。45ppt課件（3）數(shù)值計算法：英國、澳大利亞等建立了以地質(zhì)力學條件和以數(shù)4.2工程類比設(shè)計方法1）根據(jù)已有工程直接提出支護設(shè)計—直接類比法。這種方法是將已開掘的、成功應(yīng)用錨桿支護巷道的地質(zhì)與生產(chǎn)條件與待開掘的巷道進行比較，在各種條件基本相同的情況下，參照已掘巷道的支護形式與參數(shù)，由設(shè)計人員根據(jù)自己的經(jīng)驗提出待掘巷道的支護設(shè)計。因此，已掘巷道與待掘巷道條件的比較與設(shè)計人員的設(shè)計經(jīng)驗是直接工程類比法應(yīng)用成敗的關(guān)鍵。直接類比的主要內(nèi)容有：①圍巖物理力學性質(zhì)：包括巷道頂?shù)装搴蛢蓭偷奈锢砹W參數(shù)、煤層賦存狀態(tài)。巷道頂?shù)装鍛?yīng)取一定范圍的巖層(如2倍巷道寬度)進行比較。物理性質(zhì)包括巖性、礦物成分、密度、孔隙率、水理性質(zhì)等內(nèi)容。力學性質(zhì)包括抗壓強度、抗拉強度、彈性模量、黏聚力、內(nèi)摩擦角等諸多參數(shù)。其中，煤巖體的單軸抗壓強度是最常用的力學指標。

46ppt課件4.2工程類比設(shè)計方法46ppt課件②圍巖結(jié)構(gòu)特征：指煤巖體內(nèi)節(jié)理、層理、裂隙等不連續(xù)面的空間分布及力學性能。結(jié)構(gòu)面的幾何特征參數(shù)包括：結(jié)構(gòu)組數(shù)、密度；結(jié)構(gòu)面走向、傾角、延展長度與張開度；結(jié)構(gòu)面充填物、粗糙度及起伏度等。結(jié)構(gòu)面力學參數(shù)包括：法向剛度、切向剛度；黏聚力與內(nèi)摩擦角等。③地質(zhì)構(gòu)造影響：地質(zhì)構(gòu)造包括斷層、褶曲、陷落柱等，大型地質(zhì)構(gòu)造對煤巖體的強度、結(jié)構(gòu)、應(yīng)力狀態(tài)，對煤巖體的完整性和穩(wěn)定性都有明顯的影響，對巷道支護形式與參數(shù)的選取起關(guān)鍵性作用。在進行工程類比時，必須弄清巷道附近有無較大的地質(zhì)構(gòu)造、地質(zhì)構(gòu)造的特點，以及構(gòu)造對巷道的影響程度。

47ppt課件②圍巖結(jié)構(gòu)特征：指煤巖體內(nèi)節(jié)理、層理、裂隙等不連續(xù)面的空間分④地應(yīng)力。地應(yīng)力與圍巖強度、圍巖結(jié)構(gòu)一樣是影響巷道變形與破壞的關(guān)鍵因素。地應(yīng)力一般分為垂直應(yīng)力與水平應(yīng)力。實測數(shù)據(jù)表明，垂直應(yīng)力與巷道埋藏深度有較強的相關(guān)關(guān)系，而水平應(yīng)力則影響因素復(fù)雜，可靠的方法是通過井下實測得到地應(yīng)力的大小與方向。地應(yīng)力參數(shù)包括垂直主應(yīng)力的大小與方向、最大水平主應(yīng)力的大小與方向、最小水平主應(yīng)力的大小與方向，以及最大水平主應(yīng)力與巷道軸線的夾角。⑤巷道特征與使用條件。巷道特征包括巷道斷面形狀(拱形、矩形、梯形、倒梯形等)，巷道斷面尺寸(寬度、高度等)，巷道軸線方向、傾角；巷道使用條件包括巷道類型(大巷、采區(qū)集中巷、工作面回風和運輸巷、開切眼等)和巷道服務(wù)年限。48ppt課件④地應(yīng)力。地應(yīng)力與圍巖強度、圍巖結(jié)構(gòu)一樣是影響巷道變形與破⑥采動影響情況。采動影響狀況包括：采動空間關(guān)系，與鄰近巷道的位置關(guān)系，與采掘工作面、采空區(qū)的空間位置關(guān)系，層間距大小及煤柱尺寸；采動時間關(guān)系，巷道在采動影響前掘進、采動影響過程中掘進，還是采動影響穩(wěn)定后掘進；采動次數(shù)，一次采動影響、二次或多次采動影響。采動對采準巷道圍巖變形與破壞影響很大，類比時應(yīng)作為一個重要因素考慮。⑦巷道施工技術(shù)。對于松軟破碎圍巖巷道，施工工藝及施工設(shè)備等對圍巖的穩(wěn)定性也有明顯影響，例如掘進機掘進優(yōu)于爆破掘進，光面爆破優(yōu)于普通爆破。此外，不同的開挖順序也可能影響巷道圍巖的穩(wěn)定性。49ppt課件⑥采動影響情況。采動影響狀況包括：采動空間關(guān)系，與鄰近巷道2）經(jīng)驗公式法錨桿長度的選取:經(jīng)驗公式是在大量支護設(shè)計經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，得出的指導(dǎo)支護設(shè)計的簡單公式。目前，國內(nèi)外有多種錨桿支護設(shè)計的經(jīng)驗公式，以下列舉幾個比較經(jīng)典的公式。錨桿長度選取

①Hoek與Brown等提出確定錨桿長度的一般經(jīng)驗準則：最小錨桿長度=max[錨桿間距的兩倍，三倍不連續(xù)面平均間距確定的不穩(wěn)定巖塊寬度，巷道跨度之半]。②Lang與Bischoff認為，錨桿長度與錨桿間排距之比應(yīng)為1.2—1.5，錨桿長度可作為巷道寬度的函數(shù)確定，如：L=B2/3，其中L為錨桿長度，B為巷道寬度。③Schach等人提出確定錨桿長度的經(jīng)驗公式為50ppt課件2）經(jīng)驗公式法50ppt課件④日本的經(jīng)驗表明，錨桿長度為巷道寬度或高度的0.6倍。如果再加長錨桿，支護效果將不會明顯變化。⑤新奧法對錨桿長度的選擇也提出一些準則?；阱^桿支護的作用是在圍巖中形成自承拱的原理，錨桿長度主要與巷道圍巖條件及跨度有關(guān)：對于比較完整的硬巖，錨桿長度取1．0~1．2m；對于完整性較差的中硬巖石，錨桿長度取巷道寬度的1／4~1／3，一般為2~3m；對于松軟破碎的巖體，錨桿長度取巷道寬度的1／2~2／3，一般為4~6m。⑥其他經(jīng)驗公式

公式1：頂板錨桿長度L=2+0.15B/K

兩幫錨桿長度L=2+0.15H/K式中K—與圍巖有關(guān)的系數(shù)，取3~5。公式2：錨桿長度L=k(1.5+B/10)式中k—與圍巖有關(guān)的系數(shù)，取k=0.9~1.2，圍巖穩(wěn)定性差時取大值。51ppt課件④日本的經(jīng)驗表明，錨桿長度為巷道寬度或高度的0.6倍。如果再錨桿間排距選?、貶oek與Brown等提出，最大錨桿間距=min[錨桿長度之半，1．5倍不連續(xù)間距確定的不穩(wěn)定巖塊寬度]。②Lang與Bischoff認為，錨桿間排距與錨桿長度之比為2／3—5／6比較合理。③Schach等從拱形巷道頂部能夠形成有效的壓力拱出發(fā)，認為錨桿長度與錨桿間距的比值應(yīng)接近2。④新奧法對錨桿間距的選擇提出一些準則：硬巖，錨桿間距取1．5~2.0m；中硬巖石，錨桿間距取1．5m；松軟破碎的巖體，錨桿間距取0.8~1.0m。52ppt課件錨桿間排距選取52ppt課件經(jīng)驗公式最大的特點是使用簡單、方便，但存在兩方面的弊端：一是經(jīng)驗公式只能提供錨桿支護的主要參數(shù)(錨桿長度、間排距等)，而其他參數(shù)，如錨桿桿體結(jié)構(gòu)、預(yù)緊力、錨固長度、托板結(jié)構(gòu)與尺寸、組合構(gòu)件形式與尺寸等，很難在經(jīng)驗公式中全面反映，這些參數(shù)卻在錨桿支護中同樣起著十分重要的作用；二是經(jīng)驗公式中考慮影響錨桿支護效果的因素很少，如上述的經(jīng)驗公式中，只考慮了巷道寬度、高度，巖石軟硬程度，結(jié)構(gòu)面分布，而影響巷道圍巖變形與破壞的因素還有很多。因此，經(jīng)驗公式提供的支護參數(shù)只能作為參考，不能不顧巷道的具體條件而照搬套用。53ppt課件經(jīng)驗公式最大的特點是使用簡單、方便，但存在兩方面的弊端：533）以圍巖穩(wěn)定性分類為基礎(chǔ)的支護設(shè)計①圍巖穩(wěn)定性分類方法直接工程類比法與支護設(shè)計者的實踐經(jīng)驗關(guān)系很大，是決定支護設(shè)計成敗的關(guān)鍵因素。然而，要求每一個設(shè)計人員都具有豐富的實踐經(jīng)驗是不切實際的。為了將特定巖體條件下的設(shè)計與個別工程相應(yīng)條件下的實踐經(jīng)驗聯(lián)系起來進行工程類比，作出比較合理的設(shè)計方案，進行圍巖分類是非常必要的。在圍巖分類的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同類別的圍巖提出支護形式和參數(shù)設(shè)計的建議，這種方法已經(jīng)在國內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。國外比較典型的巖石分類法有普氏堅固性系數(shù)分級法、巖心質(zhì)量指標RQD分級法(Deere，1967)、以巖體中彈性波傳播速度為指標的分類方法(池田和彥，1973)，以及巖體質(zhì)量Q分級法(Barton，1974)和RMR巖體分級法(Bieniawski，1979)等，有些分類方法提出了相應(yīng)的錨桿支護建議。54ppt課件3）以圍巖穩(wěn)定性分類為基礎(chǔ)的支護設(shè)計54ppt課件我國學者在巖體分類方面也做了大量工作。如制訂了《工程巖體分級標準》(GBJ86—1985)

，根據(jù)巖石單軸抗壓強度和巖體完整性系數(shù)對巖體進行基本質(zhì)量分級，然后根據(jù)結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀、應(yīng)力狀態(tài)及地下水等修正巖體基本質(zhì)量指標；將圍巖變形量這個眾多影響因素作用的綜合指標作為分類的基礎(chǔ)，提出以圍巖變形量大小為指標的分類方法；圍巖松動圈是與圍巖強度、結(jié)構(gòu)、應(yīng)力及巷道斷面形狀和尺寸等多種因素有關(guān)的綜合指標，提出以圍巖松動圈為指標的分類方法；采用模糊聚類分析方法，用模糊綜合評判預(yù)測巷道圍巖穩(wěn)定性類別，預(yù)測巷道圍巖移近量，制訂了《我國緩傾斜、傾斜煤層回采巷道圍巖穩(wěn)定性分類方案》。55ppt課件我國學者在巖體分類方面也做了大量工作。如制訂了《工程巖體分級②巷道圍巖穩(wěn)定性分類及支護設(shè)計建議煤炭系統(tǒng)1988年頒布試用《我國緩傾斜、傾斜煤層回采巷道圍巖穩(wěn)定性分類方案》后，經(jīng)過多年的應(yīng)用和不斷的完善，發(fā)展成為包括緩傾斜、傾斜、急傾斜煤層及不同煤層厚度的回采巷道，煤層上、下山及其他煤巷，巖石巷道在內(nèi)的全部采準巷道圍巖穩(wěn)定性分類。煤巷圍巖的穩(wěn)定性分為5個類別：I類非常穩(wěn)定、Ⅱ類穩(wěn)定、Ⅲ類中等穩(wěn)定、Ⅳ類不穩(wěn)定、V類極不穩(wěn)定。在圍巖穩(wěn)定性分類的基礎(chǔ)上，結(jié)合已有的支護設(shè)計與實踐經(jīng)驗，提出了巷道錨桿支護基本形式與主要參數(shù)選擇的建議。56ppt課件②巷道圍巖穩(wěn)定性分類及支護設(shè)計建議56ppt課件巷道頂板錨桿基本支護形式與主要參數(shù)選擇57ppt課件巷道頂板錨桿基本支護形式與主要參數(shù)選擇57ppt課件巷道頂板錨桿基本支護形式與主要參數(shù)選擇(續(xù)表)58ppt課件巷道頂板錨桿基本支護形式與主要參數(shù)選擇(續(xù)表)58ppt課件③巷道圍巖松動圈分類及支護設(shè)計建議根據(jù)巷道圍巖松動圈支護理論，現(xiàn)場圍巖松動圈測試，松動圈大小與巷道支護難易程度的關(guān)系，結(jié)合錨噴支護機理，將圍巖分為小松動圈穩(wěn)定圍巖(厚度小于400mm)、中松動圈一般穩(wěn)定圍巖(厚度在400～1500mm之間)及大松動圈不穩(wěn)定圍巖(厚度大于1500mm)三大類，然后提出圍巖分類及相應(yīng)的支護機理與方法，見表。測試圍巖松動圈的方法有超聲波測井探測法、地質(zhì)雷達探測法、滲流法、地震聲學法等，其中超聲波測井探測法比較常用。59ppt課件③巷道圍巖松動圈分類及支護設(shè)計建議59ppt課件60ppt課件60ppt課件4.3錨桿支護理論分析設(shè)計方法1）懸吊理論分析設(shè)計法

懸吊理論認為錨桿的作用是將下部不穩(wěn)定的巖層懸吊在上部穩(wěn)定的巖層中，阻止軟弱破碎巖層垮落。懸吊理論只考慮了錨桿的被動抗拉作用，根據(jù)不穩(wěn)定巖層厚度計算錨桿長度，根據(jù)錨桿懸吊的不穩(wěn)定巖層重量計算錨桿直徑和間排距。61ppt課件4.3錨桿支護理論分析設(shè)計方法61ppt課件①錨桿長度：

錨桿長度計算：L=L1+L2+L3式中L—錨桿長度，m；L1—錨桿外露長度，取決于錨桿類型與錨固方式，一般取0．15m；L2—錨桿有效長度，不小于不穩(wěn)定巖層的厚度，m；L3—錨桿錨固長度，端部錨固一般取0.3～0.4m。②錨桿錨固力與直徑：錨桿錨固力應(yīng)不小于被懸吊不穩(wěn)定巖層的重量：

Q=KL2a1a2γ

式中Q—錨桿錨固力，MN；

K—安全系數(shù)，一般取1.5—2；

a1，a2—錨桿間排距，m；

γ—巖層平均重力密度，MN／m3。62ppt課件①錨桿長度：錨桿長度計算：L=L1+L2+L362ppt課如果錨桿錨固力與桿體的破斷力相等，則錨桿直徑為：式中d—錨桿直徑，m；σ1—桿體材料的抗拉強度，MPa。③錨桿間排距：當錨桿間排距相等時，即a1=a2，間排距為63ppt課件如果錨桿錨固力與桿體的破斷力相等，則錨桿直徑為：63ppt課2）自然平衡拱理論分析設(shè)計法自然平衡拱理論認為，巷道開掘后，圍巖失去了層間聯(lián)系。在上覆巖層壓力作用下，淺部圍巖發(fā)生破壞，而在深部一定范圍內(nèi)形成自然平衡拱。自然平衡拱以上的巖體是穩(wěn)定的，錨桿的作用主要是防止破壞區(qū)圍巖垮落。錨桿所需要的承載能力由破壞巖石的重量確定，而且與巷道斷面形狀、尺寸、埋藏深度、采動影響程度、巖層傾角、強度、結(jié)構(gòu)等有關(guān)。可見，自然平衡拱理論對錨桿支護作用的分析實質(zhì)上是懸吊作用，并提供了計算圍巖破壞范圍的方法。64ppt課件2）自然平衡拱理論分析設(shè)計法自然平衡拱理論認為，巷道開掘后，圍巖破壞范圍

圖示是根據(jù)自然平衡拱理論確定巷道圍巖破壞范圍的計算圖。巷幫破壞深度C(m)由下式確定：式中Kcx——巷道周邊擠壓應(yīng)力集中系數(shù)，按巷道斷面形狀與寬高比確定；γ——巷道上方至地表間地層的平均重力密度，kN·m-3；

H——巷道距地表的深度，m；

B——表征采動影響程度的無因次參數(shù)；f——煤層硬度系數(shù)；

h——煤層厚度或巷道輪廓范圍內(nèi)煤夾層的厚度，m；φ——煤的內(nèi)摩擦角，°。65ppt課件圍巖破壞范圍65ppt課件按上式求出的C為負值時表明煤體穩(wěn)定，正值表明煤體發(fā)生破壞的深度。頂板巖層的破壞深度b，按相對于巖層層理的法線計：式中a—巷道的半跨距，m；α—煤層傾角，°；Ky——待錨巖層的穩(wěn)定性系數(shù)；fn—錨固巖層的硬度系數(shù)。煤幫擠壓力：

當C為正值時，作用在破壞煤幫上的水平擠壓力Q/kN·m-1為式中γy

、γn煤和巖石的重力密度，kN·m-3。頂板壓力：按相對于巖層層理的法線確定的頂板壓力為頂板錨桿長度：煤幫錨桿長度：式中Δ—錨桿錨入圍巖破壞范圍之外的深度與錨桿外露長度之和，一般取0.5—0.7m。66ppt課件按上式求出的C為負值時表明煤體穩(wěn)定，正值表明煤體發(fā)生破壞的深67ppt課件67ppt課件3）組合梁理論分析設(shè)計方法組合梁理論認為，在層狀巖層中，錨桿的作用是提供軸向和切向約束，阻止巖層產(chǎn)生離層和相對滑動，將若干薄巖層錨固成一個較厚的巖層，形成組合梁。與不錨固巖梁相比，組合梁的最大彎曲應(yīng)變和應(yīng)力都將大大減少，從而提高巷道頂板的穩(wěn)定性。通過計算組合梁所必需的承載能力確定錨桿支護參數(shù)。圖示是頂板組合梁的力學模型。設(shè)組合梁上部受均布載荷q作用，在平面應(yīng)變狀態(tài)下，計算錨桿長度與錨桿間排距。68ppt課件3）組合梁理論分析設(shè)計方法68ppt課件①錨桿長度：L=L1+L2+L3

式中L1、L2分別為錨桿外露長度和錨固長度。L2為錨桿有效長度，即組合巖梁厚度，根據(jù)滿足頂板最下一層巖石外表面抗拉強度條件確定。固支梁中點下表面上最大拉應(yīng)力值為式中B——巷道跨度，m。設(shè)巖石抗拉強度為σt，則頂板穩(wěn)定時應(yīng)滿足即式中K1——安全系數(shù)，一般取3~5。69ppt課件①錨桿長度：L=L1+L2+L3式中L1、L2分別考慮巖層蠕變的影響，在上式右端引入蠕變安全系數(shù)1.204?？紤]頂板各巖層間摩擦作用對梁應(yīng)力和彎曲的影響，引入隨巖層數(shù)目變化的慣性矩折減系數(shù)η，則錨桿有效長度的表達式為式中σh——原巖水平應(yīng)力分量，MPa；η——巖層數(shù)為1、2、3時，η分別為1、0.75、0.7，巖層數(shù)大于3時，η=0.65。70ppt課件考慮巖層蠕變的影響，在上式右端引入70ppt課件②錨桿間排距71ppt課件②錨桿間排距71ppt課件4）加固拱理論分析設(shè)計方法加固拱理論認為，在錨桿錨固力作用下，每根錨桿周圍形成一個兩頭帶圓錐的筒狀壓縮區(qū)，各錨桿所形成的壓縮區(qū)彼此聯(lián)成一個一定厚度的加固拱(或均勻壓縮帶)。該拱(帶)具有較大的承載能力和一定的可縮性，能夠起到有效支護巷道的作用。根據(jù)所需加固拱的厚度計算錨桿參數(shù)。72ppt課件4）加固拱理論分析設(shè)計方法72ppt課件73ppt課件73ppt課件4.4錨桿支護動態(tài)信息設(shè)計法動態(tài)信息法具有兩大特點：其一，設(shè)計不是一次完成的，而是一個動態(tài)過程；其二，設(shè)計充分利用每個過程中提供的信息，實時進行信息收集、信息分析與信息反饋。動態(tài)信息設(shè)計方法包括5部分：巷道圍巖地質(zhì)力學評估、初始設(shè)計、井下監(jiān)測、信息反饋與修正設(shè)計。（1）巷道圍巖地質(zhì)力學評估包括以下幾方面：①巷道圍巖巖性和強度。包括煤層厚度、傾角、抗壓強度；頂?shù)装鍘r層分布，強度。②地質(zhì)構(gòu)造和圍巖結(jié)構(gòu)。巷道周圍比較大的地質(zhì)構(gòu)造，如斷層、褶曲等的分布，對巷道的影響程度。巷道圍巖中不連續(xù)面的分布狀況，如分層厚度和節(jié)理裂隙間距的大小，不連續(xù)面的力學特性等。74ppt課件4.4錨桿支護動態(tài)信息設(shè)計法74ppt課件③地應(yīng)力。包括垂直主應(yīng)力和兩個水平主應(yīng)力，其中最大水平主應(yīng)力的方向和大小對錨桿支護設(shè)計尤為重要。④環(huán)境影響。水文地質(zhì)條件，涌水量，水對圍巖強度的影響，瓦斯涌出量，巖石風化性質(zhì)等。⑤采動影響。巷道與采掘工作面、采空區(qū)的空間位置關(guān)系，層間距大小及煤柱尺寸；巷道掘進與采動影響的時間關(guān)系(采前掘進、采動過程中掘進、采動穩(wěn)定后掘進)；采動次數(shù)，一次采動影響、二次或多次采動影響等。⑥黏結(jié)強度測試。采用錨桿拉拔計確定樹脂錨固劑的黏結(jié)強度。該測試工作必須在井下施工之前進行完畢。測試應(yīng)采用施工中所用的錨桿和樹脂藥卷，分別在巷道頂板和兩幫設(shè)計錨固深度上進行三組拉拔試驗。黏結(jié)強度滿足設(shè)計要求后方可在井下施工中采用。75ppt課件75ppt課件（2）初始設(shè)計方法錨桿支護初始設(shè)計采用數(shù)值模擬計算結(jié)合其他方法確定。通過數(shù)值模擬計算，可分析巷道圍巖位移、應(yīng)力及破壞范圍分布，支護體受力狀況；不同因素對巷道圍巖變形與破壞的影響，不同支護參數(shù)對支護效果的影響；通過方案比較，確定比較合理的支護參數(shù)(如錨桿長度、直徑、間排距等)。對于數(shù)值模擬不太好反映的參數(shù)，如鉆孔直徑、組合構(gòu)件參數(shù)等采用其他方法確定。數(shù)值模擬計算方法：數(shù)值計算常用的方法有：有限元法，離散元法、邊界元法和有限差分法。有限元法、有限差分法、邊界元法等數(shù)值方法是建立在連續(xù)性假設(shè)基礎(chǔ)上的。而煤巖體形態(tài)和結(jié)構(gòu)呈強烈的非連續(xù)性，煤巖塊體的運動和受力為幾何或材料非線性，用連續(xù)介質(zhì)力學進行求解是不適合的。離散元法充分考慮結(jié)構(gòu)的不連續(xù)性，適用于解決節(jié)理化巖石力學問題。76ppt課件（2）初始設(shè)計方法76ppt課件錨桿種類(螺紋鋼錨桿，圓鋼錨桿，其他錨桿)；錨桿幾何參數(shù)(直徑、長度)；錨桿力學參數(shù)(屈服強度、抗拉強度、延伸率)；錨桿密度，即錨桿間、排距；錨桿安裝角度；鉆孔直徑；錨固方式(端部錨固，加長錨固，全長錨固)和錨固長度；錨桿預(yù)緊力矩或預(yù)緊力；鋼帶形式、規(guī)格和強度；（3）錨桿支護需要確定的主要參數(shù)金屬網(wǎng)形式、規(guī)格和強度；錨索種類；錨索幾何參數(shù)(直徑、長度)；錨索力學參數(shù)(抗拉強度、延伸率)；錨索密度，即錨索間、排距；錨索安裝角度；錨索孔直徑，錨固方式和錨固長度；錨索預(yù)緊力；錨索組合構(gòu)件形式、規(guī)格和強度。77ppt課件錨桿種類(螺紋鋼錨桿，圓鋼錨桿，其他錨桿)；（3）錨桿支護（4）錨桿支護形式和參數(shù)選擇應(yīng)考慮的主要原則①一次支護原則

錨桿支護應(yīng)盡量一次支護就能有效控制圍巖變形，避免二次或多次支護。②高預(yù)應(yīng)力和預(yù)應(yīng)力擴散原則

預(yù)應(yīng)力是錨桿支護的關(guān)鍵因素，是區(qū)別錨桿支護是被動支護還是主動支護的重要參數(shù)，只有高預(yù)應(yīng)力的錨桿支護才是真正的主動支護。一方面，要采取有效措施給錨桿施加較大的預(yù)應(yīng)力；另一方面，通過托板、鋼帶、金屬網(wǎng)等構(gòu)件實現(xiàn)錨桿預(yù)應(yīng)力的擴散，提高錨固體的整體剛度與完整性。③“三高一低”原則

即高強度、高剛度、高可靠性與低支護密度原則。在提高錨桿強度與支護整體剛度，保證支護系統(tǒng)可靠性的條件下，降低支護密度，減少單位面積上的錨桿數(shù)量，提高掘進速度。78ppt課件（4）錨桿支護形式和參數(shù)選擇應(yīng)考慮的主要原則78ppt課件④臨界支護剛度與強度原則：錨桿支護系統(tǒng)存在臨界支護剛度與強度，如果支護剛度與強度低于臨界值，巷道將長期處于不穩(wěn)定狀態(tài)，圍巖變形與破壞得不到有效控制。⑤相互匹配原則：錨桿各構(gòu)件，包括托板、螺母、鋼帶等的參數(shù)與力學性能應(yīng)相互匹配，錨桿與錨索的參數(shù)與力學性能應(yīng)相互匹配，以最大限度地發(fā)揮錨桿支護的整體支護作用。⑥均衡支護原則根據(jù)巷道各部位的受力情況，應(yīng)做到頂板和兩幫各部位均衡支護，防止巷道先從某個部位破壞，影響巷道支護整體穩(wěn)定性。⑦可操作性原則

提供的錨桿支護設(shè)計應(yīng)具有可操作性，有利于井下施工管理和掘進速度的提高。⑧降低巷道支護綜合成本原則

在保證巷道支護效果和安全程度，技術(shù)上可行，施工上可操作的條件下，做到經(jīng)濟合理，有利于降低巷道支護綜合成本。79ppt課件④臨界支護剛度與強度原則：錨桿支護系統(tǒng)存在臨界支護剛度與強度（5）井下監(jiān)測與信息反饋及修正設(shè)計初始設(shè)計實施于井下后，必須進行全面、系統(tǒng)的監(jiān)測，這也是動態(tài)信息法中的一項主要內(nèi)容。監(jiān)測的目的是獲取巷道圍巖和錨桿的各種變形和受力信息，以便分析巷道的安全程度和修正初始設(shè)計。①監(jiān)測數(shù)據(jù)反饋指標選擇井下監(jiān)測數(shù)據(jù)很多，必須從眾多數(shù)據(jù)中選取修改、調(diào)整初始設(shè)計的反饋信息指標。反饋指標選擇的原則為：能夠比較全面反映巷道圍巖變形狀況；能夠比較全面反映錨桿與錨索的受力與分布情況；反饋指標應(yīng)盡量簡單、易于測取。

80ppt課件（5）井下監(jiān)測與信息反饋及修正設(shè)計80ppt課件對于回采巷道，圍巖變形一般可分為3個階段：掘進影響期、掘后穩(wěn)定期和采動影響期。考慮到從掘進到回采影響的時間比較長，不利于及時進行信息反饋和修改設(shè)計，而且在采煤工作面前方一般要進行超前支護，故選擇掘進影響期的數(shù)據(jù)進行信息反饋。根據(jù)上述反饋指標選擇的原則，選用頂板離層值、兩幫相對移近量、錨桿與錨索受力3個方面的6個指標。頂板離層值包括頂板錨固區(qū)內(nèi)離層值和錨固區(qū)外離層值兩個指標。兩幫的穩(wěn)定狀況用兩幫相對移近量作為反饋指標。81ppt課件81ppt課件巷道圍巖的穩(wěn)定狀況與錨桿受力大小和是否受到損壞關(guān)系很大。錨桿支護參數(shù)設(shè)計的合理性在一定程度上也表現(xiàn)在錨桿的受力狀況上。在巷道掘進影響期內(nèi)錨桿受力選用兩個指標，全長錨固一個，端錨一個。全長錨固錨桿，由于整個桿體受到黏結(jié)劑與圍巖的約束，圍巖稍有變形，錨桿桿體上的力量增加很大，中部產(chǎn)生屈服。在巷道其他條件一定時，錨桿桿體強度高則屈服的范圍小；桿體強度低則屈服范圍大。因此，用測力錨桿桿體測點屈服數(shù)與桿體測點總數(shù)的比值作為全長錨固錨桿的受力指標。端部錨固錨桿的受力控制指標選用設(shè)計錨固力，實測指標選用錨桿測力計測量的掘進影響期內(nèi)錨桿承受載荷值。82ppt課件巷道圍巖的穩(wěn)定狀況與錨桿受力大小和是否受到損壞關(guān)系很大。錨桿錨索，一般為端部錨固，類似于端錨錨桿。錨索的受力控制指標選用設(shè)計錨固力，實測指標選用錨索測力計測量的掘進影響期內(nèi)錨索承受的載荷值?？傊泊_定6個指標，測量時間為掘巷影響期。

6個指標分別用A、B、C、D、E、F表示：

A——錨固區(qū)內(nèi)頂板離層設(shè)計值，mm；

B——錨固區(qū)外頂板離層設(shè)計值，mm；

C——兩幫相對移近量的設(shè)計值，mm；

D——全長錨固測力錨桿桿體測點屈服數(shù)與桿體測點總數(shù)的比值，定為1/3;E——端錨錨桿的設(shè)計錨固力，kN；

F——錨索的設(shè)計錨固力，kN。83ppt課件錨索，一般為端部錨固，類似于端錨錨桿。錨索的受力控制指標選用②判斷支護設(shè)計合理性與修改設(shè)計準則將實測值和反饋指標值比較，就可判斷初始設(shè)計的合理性。反饋指標值的確定是信息反饋的關(guān)鍵。反饋指標值過于保守，將增加支護成本，導(dǎo)致材料浪費；反之，不能保證巷道安全，容易出現(xiàn)事故，失去監(jiān)測的意義。不同巷道圍巖和支護條件下的反饋指標值是不相同的。由于我國煤礦巷道圍巖地質(zhì)與生產(chǎn)條件復(fù)雜、多變，錨桿支護材料、支護形式與參數(shù)繁多，準確地確定不同巷道圍巖條件下的反饋指標值比較困難。一般采用巷道圍巖穩(wěn)定性分類、數(shù)值模擬計算分析、井下已有監(jiān)測數(shù)據(jù)規(guī)律總結(jié)分析等相結(jié)合的方法確定。84ppt課件②判斷支護設(shè)計合理性與修改設(shè)計準則84ppt課件設(shè)巷道掘進影響期間的實測值分別為A1、B1、C1、D1、E1、F1，與反饋信息指標設(shè)計值A(chǔ)、B、C、D、E、F相比較，可判斷是否對初始設(shè)計進行修改。初始設(shè)計不需修改的準則同時滿足以下6個條件，支護初始設(shè)計不需要修改：

A1≤A；

B1≤B；

C1≤C；

D1≤D；

E1≤0.8E；

F1≤0.8F。85ppt課件設(shè)巷道掘進影響期間的實測值分別為A1、B1、C1、D1、E1初始設(shè)計修改的準則——上述6個條件有1個或多個不滿足，就需要修改初始設(shè)計。預(yù)緊力優(yōu)先修改原則對于高預(yù)應(yīng)力錨桿、錨索支護系統(tǒng)，預(yù)緊力是支護系統(tǒng)的決定性參數(shù)。因此，首先應(yīng)根據(jù)巷道圍巖變形與支護體受力狀況判斷初始設(shè)計確定的錨桿、錨索預(yù)緊力是否合理。預(yù)緊力過低和擴散效果差可能導(dǎo)致以下現(xiàn)象：頂板出現(xiàn)明顯的彎曲變形，錨固區(qū)內(nèi)外離層值超出反饋指標值；兩幫破壞范圍大，相對移近量大；錨桿受力不大，很少出現(xiàn)破斷，但與圍巖一起向巷道內(nèi)移動；錨桿之間的圍巖破碎、鼓出；86ppt課件初始設(shè)計修改的準則——上述6個條件有1個或多個不滿足，就需要針對上述問題，最有效的方法是合理地提高錨桿、錨索的預(yù)緊力，并使兩者相互匹配。同時優(yōu)化托板、鋼帶、金屬網(wǎng)等護表構(gòu)件的幾何尺寸與力學參數(shù)，實現(xiàn)預(yù)緊力的有效擴散，以明顯改善巷道支護狀況。根據(jù)我國錨桿支護材料的力學性能和現(xiàn)有的施工機具，初步確定錨桿預(yù)緊力的范圍為桿體屈服強度的30％~50％。因此，設(shè)計的預(yù)緊力越大，要求桿體的強度越高、直徑越大。只有在錨桿桿體強度和直徑不能滿足預(yù)緊力要求時，才考慮減小錨桿的間排距，增加支護密度，以及改變其他支護參數(shù)。87ppt課件87ppt課件其他參數(shù)修改原則頂板支護：如果A1>A，每排增加1根錨桿，或縮小排距100mm。如果A1<A、D1>D或E1>0.8E（頂錨桿），加大錨桿直徑或改用高強度材質(zhì)。如果A1>A、D1>D或E1>0.8E（頂錨桿），加大錨桿直徑或改用強度更大的材質(zhì)；或每排增加1根錨桿或縮小排距100mm。如果B1>B，加大頂錨桿長度，增加200mm。若錨桿太長不利于安裝，則原來無錨索時加打錨索，有錨索時加大錨索密度，錨索排距降低1排錨桿排距。88ppt課件其他參數(shù)修改原則88ppt課件兩幫支護：如果C1>C，加大幫錨桿長度，增加200mm；每排增加1根錨桿。如果D1>D、E1>0.8E(兩幫錨桿)，加大幫錨桿直徑或改用強度更大的材質(zhì)。如果C1>C、D1>D、E1>0.8E(兩幫錨桿)，加大幫錨桿直徑或改用強度更大的材質(zhì)；加大幫錨桿長度，增加200mm；每排增加1根錨桿。上述各項目中的修改支護設(shè)計可以采用一種或同時采用數(shù)種。修改后的支護設(shè)計方案實施后，還應(yīng)繼續(xù)進行現(xiàn)場監(jiān)測，評價支護效果和巷道的安全程度。對于局部特殊條件，如斷層、破碎帶，需采取特殊的方法處理。89ppt課件兩幫支護：89ppt課件有以下幾個因素：5.1預(yù)緊力5.2合理的“三徑”匹配5.3支護材料5.4施工質(zhì)量5.5水對錨固性能的影響5.6改善頂板淋水區(qū)域錨固效果的措施5影響錨桿支護效果的關(guān)鍵因素90ppt課件有以下幾個因素：5影響錨桿支護效果的關(guān)鍵因素90ppt課件5.1預(yù)緊力錨桿支護對圍巖強度、圍巖結(jié)構(gòu)及圍巖應(yīng)力都有不同程度的影響，究竟什么是影響錨桿支護作用的關(guān)鍵因素，怎樣才能充分發(fā)揮錨桿主動、及時支護的能力，提高巷道支護效果？通過理論分析、數(shù)值模擬與井下試驗得出，提高錨桿支護系統(tǒng)的剛度非常重要。提高支護剛度的途徑主要有兩方面：一是及時給錨桿施加較大的預(yù)緊力，并通過托板、鋼帶等構(gòu)件實現(xiàn)預(yù)緊力有效擴散；二是采用加長錨固或全長錨固，使桿體對圍巖離層、錯動非常敏感，能及時抑制離層與錯動的產(chǎn)生。特別是錨桿的預(yù)緊力在支護系統(tǒng)中起決定性作用。5影響錨桿支護效果的關(guān)鍵因素91ppt課件5.1預(yù)緊力5影響錨桿支護效果的關(guān)鍵因素91ppt課件關(guān)于錨桿預(yù)緊力，需要清楚幾個概念：錨桿預(yù)緊力：在錨桿安裝過程中，對錨桿桿體施加的軸向拉力；錨桿預(yù)緊力矩：在錨桿安裝過程中，對錨桿螺母施加的力矩；錨桿預(yù)應(yīng)力：在錨桿安裝過程中，對錨桿桿體施加的軸向拉應(yīng)力，等于錨桿預(yù)緊力與桿體橫截面積的比值。美國的礦井十分重視錨桿預(yù)緊力的作用。在20世紀70年代末，美國首次將漲殼式錨頭與樹脂錨固劑聯(lián)合使用，實現(xiàn)了錨桿的高預(yù)緊力。此外，采用抗摩擦塑料墊圈也是提高錨桿預(yù)緊力的重要手段。目前，美國礦山巷道的錨桿預(yù)緊力一般為100kN，可以達到錨桿桿體屈服載荷的50％—75％。美國的實踐經(jīng)驗表明，高預(yù)應(yīng)力錨桿顯著提高了復(fù)雜條件頂板的穩(wěn)定性，大大降低了冒頂事故。92ppt課件關(guān)于錨桿預(yù)緊力，需要清楚幾個概念：92ppt課件但是，我國煤礦很多礦區(qū)對錨桿預(yù)應(yīng)力的認識還很不夠，往往通過增加錨桿密度提高支護效果，導(dǎo)致錨桿支護密度過大，支護系統(tǒng)的作用不能充分發(fā)揮，而且影響巷道施工速度。此外，國內(nèi)現(xiàn)有錨桿螺紋加工精度低、施工機具扭矩小，不能實現(xiàn)高預(yù)應(yīng)力也是一個重要原因。由此導(dǎo)致了錨桿預(yù)應(yīng)力普遍偏低，一般預(yù)緊力矩為100~150N-m，預(yù)緊力為15~20kN，有的甚至為0，嚴重影響了錨桿支護效果。因此，有必要從理論上進一步深入研究高預(yù)應(yīng)力支護體系的作用機理，為支護設(shè)計提供可靠依據(jù)。同時應(yīng)開發(fā)研制高預(yù)應(yīng)力施工機具與高加工精度的錨桿材料，使錨桿支護真正實現(xiàn)主動、及時支護，實現(xiàn)從低強度、高強度到高剛度、高預(yù)應(yīng)力支護的跨越。93ppt課件93ppt課件我國學者研究初步得出增大錨桿預(yù)緊力的途徑有：盡可能地增加安裝錨桿時的預(yù)緊扭矩。根據(jù)錨桿桿體材料和錨固劑的力學性能、錨固劑與鉆孔的粘結(jié)特性，在允許的情況下，可采用大扭矩扳手、大扭矩錨桿鉆機、扭矩倍增器或氣動扳手進行錨桿預(yù)緊。合理選擇錨桿直徑。由于預(yù)緊力與錨桿直徑成反比，因此為了提高預(yù)緊力，在滿足支護強度的前提下，優(yōu)先使用小直徑錨桿。減小錨桿尾部螺紋與螺母之間的摩擦，提高錨桿預(yù)緊力與螺母預(yù)緊力矩的轉(zhuǎn)換系數(shù)?？梢酝ㄟ^控制錨桿的加工工藝或在尾部螺紋段涂抹潤滑油脂等辦法實現(xiàn)。94ppt課件我國學者研究初步得出增大錨桿預(yù)緊力的途徑有：94ppt課件5.2合理的“三徑”匹配“三徑”指錨桿（索）孔直徑、錨桿（索）直徑和樹脂藥卷直徑。我國錨桿支護使用的鉆頭直徑一般為φ27、φ32、φ42，形成的鉆孔直徑一般為φ28、φ33、φ43。如果鉆孔直徑過大，不能保證樹脂藥卷的均勻混合，導(dǎo)致錨固力較低。錨桿的直徑也是影響錨固效果的一個主要因素。錨固劑粘結(jié)力、錨桿材質(zhì)和錨孔直徑相同時，錨桿直徑越大，錨桿的工作阻力越高，但錨桿直徑加大后，錨桿的材料成本亦隨之加大，樹脂藥卷用量及成本則相應(yīng)減少。錨桿全長錨固，且錨孔直徑一定時，錨桿直徑由14mm增加到22mm時，錨桿的錨固力可提高147%，而錨固成本僅增加13%。因此，適當增加錨桿直徑，在技術(shù)上、經(jīng)濟上是十分有利的。95ppt課件5.2合理的“三徑”匹配95ppt課件相關(guān)文獻研究表明：鉆孔直徑與錨桿直徑之差為6～10mm之間時，可以獲得較大的錨固力與較好的支護效果；樹脂錨固劑直徑應(yīng)比鉆孔直徑小3～6mm時，最佳！即：直徑28mm的鉆孔，可使用直徑為23mm或25mm的樹脂藥卷，18～22mm的錨桿；96ppt課件相關(guān)文獻研究表明：鉆孔直徑與錨桿直徑之差為6～10mm之間時5.3支護材料（1）錨固劑失效。超有效期或保管不善，錨固劑將會結(jié)塊發(fā)硬失效。作業(yè)人員在使用錨固劑前應(yīng)該認真檢查，若有上述現(xiàn)象應(yīng)嚴禁使用。（2）錨固劑反應(yīng)速度不符合設(shè)計要求。比如反應(yīng)速度加快，將會導(dǎo)致錨固劑沒來得及允分攪拌就已凝固，結(jié)果使錨固力下降。遇到這種情況應(yīng)及時調(diào)整錨固劑的反應(yīng)速度（3）錨桿桿體不符合要求。一是桿體及螺母的材質(zhì)達不到標準要求或是尾部絲扣及螺母絲扣的精度和強度達不到標準要求，當巷道壓力較大時，將從最薄弱的環(huán)節(jié)處破壞。二是焊接桿體的焊口及左旋麻花錨桿的擋圈焊口處破壞了桿體原來的韌性，桿體受拉時最易被損壞。應(yīng)盡量不用焊接桿體，焊擋圈時不得燒壞桿體