錨桿支護(hù)理論與技術(shù)及常見問題

錨桿支護(hù)理論與技術(shù)及常見問題第1頁/共141頁

我國煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)的發(fā)展過程（1）起步階段（80年代中后期）（2）攻關(guān)階段（1991—1995年）（3）引進(jìn)和消化階段（1996—1997年）（4）推廣和提高階段（1998年至今）第2頁/共141頁

起步階段主要進(jìn)行一些基礎(chǔ)性的研究和試驗錨桿支護(hù)理論、錨桿支護(hù)材料、施工機具與巖石巷道相同沒有合理的監(jiān)測儀器煤巷錨桿支護(hù)的應(yīng)用主要集中在少數(shù)幾個礦區(qū),如徐州、新汶、淮南、西山等。第3頁/共141頁攻關(guān)階段煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)作為國家“八五”期間的重點項目進(jìn)行攻關(guān),取得了一大批科研成果：出現(xiàn)了中性點等新理論錨桿型式多樣化液壓和電動鉆機相繼研究成功錨桿支護(hù)應(yīng)用范圍明顯擴大。大斷面開切眼向圍巖穩(wěn)定性差的回采巷道發(fā)展第4頁/共141頁引進(jìn)和消化階段引進(jìn)國外技術(shù),推動我國煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)的發(fā)展和提高在引進(jìn)、吸收和消化的基礎(chǔ)上,結(jié)合我國具體情況,集中現(xiàn)場、科研院所及大專院校等多方面的優(yōu)勢,經(jīng)過兩年大規(guī)模研究和試驗,初步形成了適合我國煤礦條件的煤巷錨桿支護(hù)成套技術(shù)第5頁/共141頁推廣和提高階段國內(nèi)各大礦區(qū)廣泛推廣應(yīng)用,取得了顯著的技術(shù)經(jīng)濟效益煤巷錨桿支護(hù)的比例已達(dá)到30%以上,少數(shù)礦區(qū)已超過80%第6頁/共141頁7煤巷錨桿支護(hù)作用機理從支護(hù)機理上看，錨桿支護(hù)屬于“主動”支護(hù)，可以充分利用圍巖的自承能力，提高巷道圍巖的穩(wěn)定性，將載荷體變?yōu)槌休d體。在相同生產(chǎn)地質(zhì)條件下，錨桿支護(hù)的巷道圍巖變形量比棚式支護(hù)減少一半以上。從技術(shù)經(jīng)濟上對比，錨桿支護(hù)可以節(jié)約大量鋼材，減少材料運輸工作量，減輕工人的勞動強度和改善作業(yè)環(huán)境；保持采煤工作面上下兩道和開切眼的暢通，為回采工作面快速推進(jìn)和高產(chǎn)高效低成本生產(chǎn)創(chuàng)造有利條件；錨桿支護(hù)巷道施工簡單，機械化程度高，可大幅度降低巷道支護(hù)成本，提高掘進(jìn)速度和生產(chǎn)效率。第7頁/共141頁8（1）懸吊理論

機理：將巷道頂板較軟弱巖層懸吊在上部穩(wěn)定巖層上，以避免較軟弱巖層的破壞、失穩(wěn)和塌落，錨桿所受的拉力來自被懸吊的巖層重量。缺點：沒有考慮圍巖的自承能力，而且將被錨固體與原巖體分開。適用條件：錨桿可以錨固到頂板堅硬穩(wěn)定巖層第8頁/共141頁9（2）組合梁理論

機理：將錨固范圍內(nèi)的巖層擠緊，增加各巖層間的摩擦力，防止巖石沿層面滑動，避免各巖層出現(xiàn)離層現(xiàn)象，提高其自撐能力。將巷道頂板錨固范圍內(nèi)的幾個薄巖層鎖緊成一個較厚的巖層（組合梁）。在上覆巖層載荷的作用下，這種組合厚巖層內(nèi)的最大彎曲應(yīng)變和應(yīng)力都將大大減小，組合梁的撓度亦減小。缺點：將錨桿作用與圍巖的自穩(wěn)作用分開；隨著圍巖條件的變化，在頂板較破碎、連續(xù)性受到破壞時，組合梁也就不存在了。適用條件：層狀地層頂板在相當(dāng)距離內(nèi)不存在穩(wěn)定巖層，懸吊作用處于次要地位。第9頁/共141頁10（3）組合拱（壓縮拱）理論

機理：在破裂區(qū)中安裝預(yù)應(yīng)力錨桿時，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錨桿群，只要鋪桿間距足夠小，各個錯桿形成的壓應(yīng)力圓錐體將相互交錯，就能在巖體中形成一個均勻的壓縮帶，即承壓拱，這個承壓拱可以承受其上部破碎巖石施加的徑向荷載。在承壓拱內(nèi)的巖石徑向及切向均受壓，處于三向應(yīng)力狀態(tài)，其圍巖強度得到提高，支撐能力也相應(yīng)加大。缺點：一般不能作為準(zhǔn)確的定量設(shè)計。適用條件：頂板無穩(wěn)定巖層第10頁/共141頁11（4）最大水平應(yīng)力理論

機理：礦井巖層的水平應(yīng)力通常大于垂直應(yīng)力，水平應(yīng)力具有明顯的方向性。在最大水平應(yīng)力作用下，頂?shù)装鍘r層易于發(fā)生剪切破壞，出現(xiàn)錯動與松動而膨脹造成圍巖變形，錨桿的作用即是約束其沿軸向巖層膨脹和垂直于軸向的巖層剪切錯動。缺點：直觀性較差。第11頁/共141頁12一、金屬錨桿類型機械式錨桿管縫式錨桿粘結(jié)式錨桿第12頁/共141頁13（1）機械式錨桿機械式錨桿是使用最早、結(jié)構(gòu)多樣、數(shù)量較大的錨桿主要類型。機械式錨桿的錨固機構(gòu)本身是一個統(tǒng)一體，在安裝錨桿時，錨固機構(gòu)主要通過一個楔子系統(tǒng)在鉆孔中進(jìn)行軸向或徑向相互錯動而張緊在鉆孔壁上。錨固機構(gòu)通過摩擦連接將錨固力大多傳遞給巖層。機械式錨桿在安裝時，大多都產(chǎn)生預(yù)緊力。有時，甚至錨固機構(gòu)必須直接依靠預(yù)緊力來固定。

機械式錨桿的優(yōu)點是，安裝迅速，可即時達(dá)到承載力，可二次張緊，某些結(jié)構(gòu)的錨桿還可以回收。其缺點是，鉆孔中的錨固段較短，在高應(yīng)力區(qū)容易導(dǎo)致巖層破壞和錨固區(qū)松動；因此，它主要用于強度較高的巖層。第13頁/共141頁14（2）管縫式錨桿管縫式錨桿的桿體，由高強度、高彈性鋼管或薄鋼板卷成。沿管全長有一條開縫，管的上端是錐體，在管的下端焊有一個用鋼筋制成的圓環(huán)。桿體壁厚為2-4mm、直徑多為35-45mm（要求比鉆孔直徑大2-5mm），長度可據(jù)需要加工，一般為1.60-2.0M；開縫寬度一般10-15mm為宜。當(dāng)桿體被外力強壓入鉆孔后，開縫管被迫壓縮，與孔壁之間產(chǎn)生徑向擠壓應(yīng)力，使桿體牢固的脹撐在鉆孔內(nèi)；桿體與孔壁間的摩擦力，便成為錨固力，并且是沿桿體全長分布的。管縫式錨桿具有錨固可靠、安裝方便且易于實現(xiàn)機械化操作；即可實現(xiàn)全長錨固、又有較大預(yù)應(yīng)力和滑移讓壓特性。第14頁/共141頁15（3）粘結(jié)式錨桿粘結(jié)式錨桿是通過粘結(jié)劑來取代錨固機構(gòu)。粘結(jié)劑注入鉆孔內(nèi)，凝固后可將桿體粘固在鉆孔中。錨桿錨固力向巖層的傳遞，主要是通過粘結(jié)的形式，而不是向鉆孔壁通過機械或摩擦脹固等施加的擠壓力。粘結(jié)式錨桿的優(yōu)點是，它能在較深的鉆孔中顯示出很好的粘著力，而且可以不可壓縮的傳遞很大的力。由于它在錨固巖層時，并不產(chǎn)生特別的接觸壓力，所以對巖層強度無特殊要求，從而也可在松散巖層中成功的使用。第15頁/共141頁16高強錨桿錨桿的結(jié)構(gòu)主要由螺紋鋼桿體、穹形球體、塑料增壓墊圈、驅(qū)動螺母、托盤和樹脂藥卷等組成。第16頁/共141頁17國外高強錨桿高強（δs=340—360Mpa），超高強δs>600Mpa延伸率17—27%澳大利亞研究的ＨＳ１０４５高強度錨桿，桿體（直徑２２ｍｍ）的破斷力達(dá)２４０ｋＮ；直徑２２ｍｍ的ＡＸ超高強度錨桿，其桿體的破斷力達(dá)３４０ｋＮ。美國制造錨桿的鋼材屈服強度為５２０ＭＰa。而英國制造錨桿的鋼材的屈服強度可達(dá)６１０ＭＰa。第17頁/共141頁18二、錨固劑我國煤礦中主要使用的錨固劑是樹脂和快硬水泥兩種類型。這兩種類型的錨固劑在如下幾個方面的性能具有十分顯著的差別第18頁/共141頁19樹脂錨固劑第19頁/共141頁20(1)固化時間超快型樹脂錨固劑的凝膠(初凝)時間為0.5-1.0鐘，快硬水泥錨固劑的凝膠(初凝)時間為3-5分鐘。這就意味著使用樹脂錨固劑更能及時地支護(hù)圍巖，保證頂板安全和穩(wěn)定。第20頁/共141頁21(2)不同時期的抗壓強度超快型樹脂錨固劑在錨桿安裝5分鐘后強度就可達(dá)到21MPa，相當(dāng)其最終強度的30%左右;半小時后的強度大于35MPa。各種類型樹脂錨固劑在1天后的強度便可超過60MPa，達(dá)到最終強度的80%以上?？煊菜噱^固劑的早期強度則很低，錨桿安裝5分鐘時強度幾乎為零;半小時后的強度為4.3-4.6MPa，一小時后的強度也僅為8-10MPa；7天以后抗壓強度僅可達(dá)到樹脂錨固劑強度的一半左右。樹脂錨固劑的強度性能比快硬水泥好得多，尤其是在早期強度方面樹脂錨固劑有更大的優(yōu)越性。第21頁/共141頁22(3)錨固力樹脂錨固和水泥錨固相比最大的優(yōu)點是錨固力大。根據(jù)邢臺礦務(wù)局葛權(quán)、東龐，邢臺等礦煤巷數(shù)百根錨桿拉拔力試驗對比分析，樹脂錨桿的拉拔力一般比使用水泥錨固劑大2.7-4.2倍。使用CK型樹脂錨固劑時，15-25分鐘時的錨固力就是用水泥藥卷1天后的錨固力的2.7倍左右，這對于及時加固圍巖具有重要意義。第22頁/共141頁23(4)可靠性使用樹脂錨固劑時錨桿一般使用機具安裝，安裝質(zhì)量容易保證，所以每根樹脂錨桿的錨固力通常都能達(dá)到設(shè)計能力。使用快硬水泥錨固劑的錨桿安裝都是手工作業(yè)，許多工序(例如浸水時間、搗固藥卷等)的施工質(zhì)量不好控制，很難保證錨桿安裝質(zhì)量。根據(jù)實測結(jié)果，水泥藥卷錨固時各根錨桿的錨固力相差很大，達(dá)不到設(shè)計錨固力的錨桿往往占較大比例。第23頁/共141頁24三、托梁及護(hù)網(wǎng)第24頁/共141頁25托梁Ｗ鋼帶主要使用在頂板。在巷道兩幫煤體較破碎、松軟時可使用鋼筋梯子梁護(hù)幫。鋼筋梯子梁也使用在頂板。第25頁/共141頁26護(hù)網(wǎng)網(wǎng)的作用主要是維護(hù)錨桿間比較破碎的巖石，防止小巖塊掉落，同時對提高錨桿支護(hù)的整體效果也有一定的作用。網(wǎng)可分為金屬網(wǎng)和非金屬網(wǎng)。第26頁/共141頁27鋼（鐵）絲網(wǎng)一般采用＃３-４ｍｍ的鋼（鐵）絲編織而成。根據(jù)網(wǎng)孔形狀和結(jié)構(gòu)的不同，可分為經(jīng)緯網(wǎng)和菱形網(wǎng)，經(jīng)緯網(wǎng)孔的尺寸為６０ｍｍ×６０ｍｍ-１００ｍｍ×１００ｍｍ。而菱形網(wǎng)孔的尺寸為４０ｍｍ×

４０ｍｍ---６０ｍｍ×６０ｍｍ。由于菱形網(wǎng)具有柔性好、強度高、孔形不變、連接方便等優(yōu)點，現(xiàn)在逐步取代了經(jīng)緯網(wǎng)。第27頁/共141頁28鋼筋網(wǎng)由鋼筋焊接而成的大網(wǎng)格金屬網(wǎng)，它由受力筋和分布筋構(gòu)成。鋼筋網(wǎng)橫向筋一般為受力筋，直徑１０ｍｍ左右，縱向筋一般為６ｍｍ左右。網(wǎng)格１００ｍｍ×Ｉ００ｍｍ左右。這種網(wǎng)強度和剛度都比較大，不僅能夠阻止松動巖塊掉落，而且可以有效地增加錨桿支護(hù)的整體效果，適用于大變形、高地應(yīng)力巷道。第28頁/共141頁29塑料、聚脂網(wǎng)塑料網(wǎng)的優(yōu)點是成本低、輕便、抗腐蝕等，但其強度和剛度較低。聚脂網(wǎng)具有強度大、重量輕、剛度好等諸多優(yōu)點。但由于價格較高，還沒有廣泛使用。第29頁/共141頁30四、錨桿鉆機、鉆頭鉆桿從動力區(qū)分有風(fēng)動、電動、液壓三種。從破巖方式區(qū)分有旋轉(zhuǎn)、沖擊兩種。為了實現(xiàn)樹脂錨桿的快速安裝，保證有較大的扭矩，一般采用旋轉(zhuǎn)式錨桿鉆機。第30頁/共141頁31液壓錨桿鉆機鉆孔應(yīng)特別注意在開孔時鉆機的推力要小，正常鉆進(jìn)時保持推力與鉆進(jìn)速度相匹配，防止鉆桿彎曲及造成孔壁不光滑而影響錨桿的安裝。在更換鉆桿時不要挪動錨桿鉆機，以免第二根鉆桿不能沿第一根鉆桿原有的軸線進(jìn)行鉆進(jìn)，使鉆孔不能保持直線，給錨桿安裝帶來困難。安裝錨桿時，也不要挪動錨桿鉆機，以免錨桿不能沿鉆孔的軸線前進(jìn)，使錨桿與鉆孔的摩擦阻力過大，安裝困難。第31頁/共141頁32風(fēng)動錨桿鉆機第32頁/共141頁33鉆頭鉆桿鉆頭一般使用＃２７-３２ｍｍ。鉆桿使用Ｂ19ｍｍ或２２ｍｍ六方鉆桿，其長度根據(jù)設(shè)計孔深選擇。當(dāng)錨桿長度大于２ｍ時，因單體錨桿鉆機最低高度在１.２ｍ左右，而巷道高度大多小于３ｍ，不能用一根鉆桿一次成孔，需換鉆桿；即使巷道高度滿足一次成孔高度要求，因過長的鉆桿露在孔外易產(chǎn)生彎曲變形，在鉆機推力大而鉆進(jìn)速度慢的情況下易出現(xiàn)鉆桿折斷、傷人事故，所以鉆時先用短鉆桿再換長鉆桿。第33頁/共141頁34五、快速安裝器第34頁/共141頁35開槽銷釘式快速安裝器的安裝過程①鉆孔至設(shè)計深度；②將樹脂藥卷輕輕送入鉆孔內(nèi)，一般使用超快或快速和中速兩種凝結(jié)速度的樹脂藥卷，超快或快速的藥卷放在孔底，中速的藥卷放在孔的外段；③用組裝好的錨桿將藥卷輕輕送人孔底并與鉆機聯(lián)結(jié)；④開動錨桿鉆機邊推進(jìn)邊攪拌，直到將錨桿送人孔底，時間大約１５-２０ｓ；⑤等待樹脂藥卷固化，大約２０-３０ｓ；⑥開動鉆機將剪切銷剪斷后，用鉆機上緊螺母；⑦關(guān)閉旋轉(zhuǎn)及氣腿開關(guān)，放下鉆機。第35頁/共141頁36六、小孔徑預(yù)應(yīng)力錨索加強支護(hù)預(yù)應(yīng)力錨索主要材料為：鋼絞線、鎖具、錨固劑。由于它錨固深度大，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，主動支護(hù)圍巖，因而是支護(hù)技術(shù)中一種可靠有效的手段。在大斷面、地質(zhì)構(gòu)造破壞地段、頂板軟弱且較厚、高地應(yīng)力、綜放巷道等困難、復(fù)雜的巷道中，第36頁/共141頁37注水泥漿及樹脂膠泥錨固注水泥漿及樹脂膠泥錨固，需一套小型注漿泵，施工工藝相對采用普通樹脂藥卷錨固要復(fù)雜，尤其采用注水泥漿，需養(yǎng)護(hù)較長時間才能安裝錨具、張拉，不能及時支護(hù)。但注水泥漿及樹脂膠泥錨固可靠性較高，錨固力大，在鉆孔含水時，采用普通樹脂藥卷錨固，其錨固力較小，有可能達(dá)不到設(shè)計錨固力。第37頁/共141頁38用普通樹脂藥卷加長錨固采用普通樹脂藥卷加長錨固，與注水泥漿和樹脂膠泥相比，不需注漿泵，使用錨桿鉆機帶動錨索攪拌樹脂藥卷，簡化了錨索安裝工序，由于樹脂藥卷凝結(jié)時間短，一般等待ｌｈ后即可安裝鎖具、張拉，實現(xiàn)了錨索快速安裝、及時承載，有利于巷道快速施工和圍巖穩(wěn)定。但樹脂藥卷錨固時，其錨固力不穩(wěn)定，鉆孔出水時，錨固力更小。在巷道圍巖較破碎時，常出現(xiàn)不能將樹脂藥卷送人孔底，錨固在鉆孔的中部，藥卷擠入圍巖裂隙后，錨固長度達(dá)不到設(shè)計要求，另外受巷道高度及錨桿鉆機的扭矩所限，錨固長度受到限制，一般小于１．５ｍ，不如注水泥漿和樹脂膠泥靈活。第38頁/共141頁39七、現(xiàn)場監(jiān)測巷道圍巖表面位移巷道圍巖深部位移全長錨固錨桿的受力分布端部錨固錨桿的載荷大小錨桿錨固區(qū)內(nèi)、外的離層值第39頁/共141頁40巷道表面收斂反映巷道表面位移的大小及巷道斷面縮小程度，可以判斷圍巖的運動是否超過其安全最大允許值，是否影響巷道的正常使用；第40頁/共141頁41圍巖深部位移反映距巷道表面不同深度的圍巖移近量，可以判定圍巖的塑性區(qū)范以及圍巖的穩(wěn)定狀況，分析錨桿和圍巖之間是否發(fā)生錯動，可以判斷錨桿的應(yīng)變是否超過限應(yīng)變；第41頁/共141頁42錨桿的受力其大小可以判斷錨桿的工作狀態(tài)及其參數(shù)是否合理，如錨桿選擇、布置密度是否合適等；第42頁/共141頁43頂板下沉量反映巷道表面的收斂以及斷面的縮小情況；第43頁/共141頁44頂板錨固區(qū)內(nèi)力的離層值用于判斷頂板錨固區(qū)內(nèi)、外圍巖的穩(wěn)定性以及錨桿支護(hù)數(shù)的合理性；第44頁/共141頁45頂板錨桿受力的大小及分布可以判斷錨桿是否發(fā)生斷裂、屈服，從而確定頂板是否定，錨桿支護(hù)參數(shù)是否合理。第45頁/共141頁46測力錨桿

第46頁/共141頁47測力錨桿的組成測力錨桿是測量錨桿全長錨固工作狀態(tài)下受力的大小及分布狀況的專用錨桿，主要由桿體、保護(hù)接頭、靜態(tài)電阻應(yīng)變儀、多通道轉(zhuǎn)換開關(guān)、安裝接頭、聯(lián)接導(dǎo)線等幾部分組成。第47頁/共141頁48安裝測力錨桿的目的①分析錨桿和圍巖的相互作用關(guān)系，研究全長錨固機理；②實測錨桿受力，確定支護(hù)強度，分析圍巖的強化程度，為錨桿支護(hù)設(shè)計提供依據(jù)；③根據(jù)錨桿受力變化，判斷錨桿是否屈服，對頂板穩(wěn)定作出預(yù)測，當(dāng)錨桿受力突然增大或大范圍屈服時，提示人們及時采取措施，避免頂板冒落事故發(fā)生。第48頁/共141頁49頂板離層指示儀第49頁/共141頁50離層指示儀的組成頂板離層指示儀由孔內(nèi)固定器、位移傳遞裝置和孔口測讀裝置３部分組成。在頂板鉆孔中布置兩個測點，一個在圍巖深部穩(wěn)定處，一個在錨桿端部圍巖中。離層值就是圍巖中兩測點之間以及錨桿端部圍巖與巷道頂板表面間的相對位移值。并可直觀顯示出相對位移值（離層量）的大小。第50頁/共141頁51安裝離層指示儀的目的（1）對頂板離層情況提供連續(xù)的直觀顯示，及早發(fā)現(xiàn)頂板失穩(wěn)的征兆，以避免冒項事故發(fā)生；（２）監(jiān)測數(shù)據(jù)可作為修改、完善錨桿支護(hù)初始設(shè)計數(shù)據(jù)的依據(jù)之一。第51頁/共141頁第一節(jié)煤巷錨桿支護(hù)理論

傳統(tǒng)的錨桿支護(hù)理論有懸吊理論、組合梁理論和加固拱理論等。懸吊是最早的錨桿支護(hù)理論，它具有直觀、易懂及使用方便等特點。特別是在頂板上部有穩(wěn)定巖層，而其下部存在松散、破碎巖層的條件下，這種支護(hù)理論應(yīng)用比較廣泛。其主要缺陷是僅考慮了錨桿的抗拉作用，沒有涉及其抗剪能力及對破碎巖層整體強度的提高。

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組合梁理論充分考慮了錨桿對巖層離層與滑動的約束作用，適用于層狀巖層。該理論認(rèn)為，錨桿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。加固拱理論認(rèn)為，即使在軟弱、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，就能在巖體中產(chǎn)生一個均勻壓縮帶，它可以承受破壞區(qū)上部破碎巖石的載荷。加固拱理論充分考慮了錨桿支護(hù)的整體作用，在軟巖巷道中得到較為廣泛的應(yīng)用。

第53頁/共141頁一、懸吊理論懸吊理論認(rèn)為：錨桿支護(hù)的作用就是將巷道頂板較軟弱巖層懸吊在上部穩(wěn)定巖層上，以增強較軟弱巖層的穩(wěn)定性。對于回采巷道經(jīng)常遇到的層狀巖體，當(dāng)巷道開挖后，直接頂因彎曲、變形與老頂分離，如果錨桿及時將直接頂擠壓并懸吊在老頂上，就能減小和限制直接頂?shù)南鲁梁碗x層，以達(dá)到支護(hù)的目的，如圖1所示。巷道淺部圍巖松軟破碎，或者開掘巷道后應(yīng)力重新分布，頂板出現(xiàn)松動破裂區(qū)，這時錨桿的懸吊作用就是將這部分易冒落巖體懸吊在深部未松動巖層上。這是懸吊理論的進(jìn)一步發(fā)展，如2所示。第54頁/共141頁

圖1錨桿的懸吊作用圖2頂板錨桿懸吊松動破裂巖層第55頁/共141頁

根據(jù)懸吊巖層的重量就可以進(jìn)行錨桿支護(hù)設(shè)計。懸吊理論直觀地揭示了錨桿的懸吊作用，在分析過程中不考慮圍巖的自承能力，而且將被錨固體與原巖體分開，與實際情況有一定差距，計算數(shù)據(jù)存在誤差。懸吊理論只適用于巷道頂板，不適用于巷道幫、底。如果頂板中沒有堅硬穩(wěn)定巖層或頂板軟弱巖層較厚，圍巖破碎區(qū)范圍較大，無法將錨桿錨固到上面堅硬巖層或者未松動巖層上，懸吊理論就不適用。第56頁/共141頁二、組合梁理論組合梁理論認(rèn)為，在層狀巖體中開挖巷道，當(dāng)頂板在一定范圍內(nèi)不存在堅硬穩(wěn)定巖層時，錨桿的懸吊作用居次要地位。如果頂板巖層中存在若干分層，頂板錨桿的作用，一方面是依靠錨桿的錨固力增加各巖層間的摩擦力，防止巖石沿層面滑動，避免各巖層出現(xiàn)離層現(xiàn)象；另一方面，錨桿桿體可增加巖層間的抗剪剛度，阻止巖層間的水平錯動，從而將巷道頂板錨固范圍內(nèi)的幾個薄巖層鎖緊成一個較厚的巖層(組合梁)。這種組合厚巖層在上覆巖層載荷的作用下，其最大彎曲應(yīng)變和應(yīng)力都將大大減小，組合梁的撓度亦減小，而且組合梁越厚，梁內(nèi)的最大應(yīng)力、應(yīng)變和梁的撓度也就越小，如圖3所示。根據(jù)組合梁的強度大小，可以確定錨桿支護(hù)參數(shù)。第57頁/共141頁圖3頂板錨桿組合梁作用(a)未打錨桿(b)布置頂板錨桿第58頁/共141頁

組合梁理論，是對錨桿將頂板巖層鎖緊成較厚巖層的解釋。在分析中，將錨桿作用與圍巖的自穩(wěn)作用分開，與實際情況有一定差距，并且隨著圍巖條件的變化，在頂板較破碎、連續(xù)性受到破壞時，組合梁也就不存在了。組合梁理論只適合于層狀頂板錨桿支護(hù)的設(shè)計，對于巷道的幫、底不適用。第59頁/共141頁三、組合拱(壓縮拱)理論

組合拱理論認(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，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錨桿群，只要錨桿間距足夠小，各個錨桿形成的壓應(yīng)力圓錐體將相互交錯，就能在巖體中形成一個均勻的壓縮帶，即承壓拱(亦稱組合拱或壓縮拱)，這個承壓拱可以承受其上部破碎巖石施加的徑向荷載。在承壓拱內(nèi)的巖石徑向及切向均受壓，處于三向應(yīng)力狀態(tài)，其圍巖強度得到提高，支撐能力也相應(yīng)加大，如圖4所示。因此，錨桿支護(hù)的關(guān)鍵在于獲取較大的承壓拱厚度和較高的強度，其厚度越大，越有利于圍巖的穩(wěn)定和支承能力的提高。

第60頁/共141頁圖4錨桿的組合拱原理第61頁/共141頁

組合拱理論在一定程度上揭示了錨桿支護(hù)的作用機理，但在分析過程中沒有深入考慮圍巖一支護(hù)的相互作用，只是將各支護(hù)結(jié)構(gòu)的最大支護(hù)力簡單相加，從而得到復(fù)合支護(hù)結(jié)構(gòu)總的最大支護(hù)力，缺乏對被加固巖體本身力學(xué)行為的進(jìn)一步分析探討，計算也與實際情況存在一定差距，一般不能作為準(zhǔn)確的定量設(shè)計，但可作為錨桿加固設(shè)計和施工的重要參考。第62頁/共141頁四、最大水平應(yīng)力理論最大水平應(yīng)力理論由澳大利亞學(xué)者蓋爾(W．J．Gale)提出。該理論認(rèn)為：礦井巖層的水平應(yīng)力通常大于垂直應(yīng)力，水平應(yīng)力具有明顯的方向性，最大水平應(yīng)力一般為最小水平應(yīng)力的L5～2．5倍。巷道頂?shù)装宓姆€(wěn)定性主要受水平應(yīng)力的影響，且有三個特點：(1)與最大水平應(yīng)力平行的巷道受水平應(yīng)力影響最小，頂?shù)装宸€(wěn)定性最好；(2)與最大水平應(yīng)力呈銳角相交的巷道，其頂?shù)装遄冃纹茐钠蛳锏滥骋粠停?3)與最大水平應(yīng)力垂直的巷道，頂?shù)装宸€(wěn)定性最差，如圖5所示。第63頁/共141頁圖5應(yīng)力場效應(yīng)(a)巷道平行于主應(yīng)力(最佳方向)；(b)巷道與主應(yīng)力呈45‘夾角；(c)巷道與主應(yīng)力呈90’夾角(最劣方向)第64頁/共141頁

在最大水平應(yīng)力作用下，頂?shù)装鍘r層易于發(fā)生剪切破壞，出現(xiàn)錯動與松動而膨脹造成圍巖變形，錨桿的作用即是約束其沿軸向巖層膨脹和垂直于軸向的巖層剪切錯動(圖6)，因此要求錨桿必須具備強度大、剛度大、抗剪阻力大，才能起約束圍巖變形的作用。最大水平應(yīng)力理論，論述了巷道圍巖水平應(yīng)力對巷道穩(wěn)定性的影響以及錨桿支護(hù)所起的作用。在設(shè)計方法上，借助于計算機數(shù)值模擬不同支護(hù)情況下錨桿對圍巖的控制效果，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，在使用中強調(diào)監(jiān)測的重要性，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果修改完善初始設(shè)計。第65頁/共141頁(a)約束巖層膨脹；(b)約束巖層錯動圖6錨桿加固作用示意圖第66頁/共141頁五、巷道錨桿支護(hù)圍巖強度強化理論綜述該理論的要點是：(1)巷道錨桿支護(hù)的實質(zhì)是錨桿和錨固區(qū)域的巖體相互作用而組成錨固體，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、φ)，改善被錨固巖體的力學(xué)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)域內(nèi)巖體的峰值強度或峰后強度、殘余強度均能得到強化；（4）巷道錨桿支護(hù)可改變圍巖的應(yīng)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)巷道圍巖錨固體強度提高以后，可減小巷道周圍破碎區(qū)、塑性區(qū)的范圍和巷道的表面位移，控制圍巖破碎區(qū)、塑性區(qū)的發(fā)展，從而有利于保持巷道圍巖的穩(wěn)定。

第67頁/共141頁

這些研究成果，在一定程度上定性或定量地弄清了一些重要問題，例如錨固體的極限強度和E、C、φ的提高等，但這些研究成果主要偏重于地表加固工程和淺埋隧道工程。對于煤礦巷道特別是煤巷，由于圍巖松軟、埋藏深，受采動、構(gòu)造應(yīng)力的影響，地應(yīng)力很大，巷道圍巖破壞嚴(yán)重，因而，其周圍存在著破碎區(qū)、塑性區(qū)和彈性區(qū)，相應(yīng)巷道周圍錨桿錨固區(qū)域的巖體／則處于破碎區(qū)或處于上述兩個或三個區(qū)域之中，相應(yīng)錨固區(qū)域的巖石強度處于峰后強度或殘余強度。只有掌握圍巖峰值后強度和變形的特點以及錨桿對提高圍巖峰值后強度和殘余強度的作用，才能從根本上揭示錨桿支護(hù)的作用機理。第68頁/共141頁

中國礦業(yè)大學(xué)礦山壓力研究所，在分析已有研究成果的基礎(chǔ)上研究并提出了巷道錨桿支護(hù)圍巖強度強化理論。該理論揭示了錨桿的作用原理和加固巷道圍巖的實質(zhì)，并為合理確定錨桿支護(hù)參數(shù)提供了理論依據(jù)。該理論的要點是：(1)巷道錨桿支護(hù)的實質(zhì)是錨桿和錨固區(qū)域的巖體相互作用而組成錨固體，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、φ)，改善被錨固巖體的力學(xué)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)域內(nèi)巖體的峰值強度或峰后強度、殘余強度均能得到強化；（4）巷道錨桿支護(hù)可改變圍巖的應(yīng)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)巷道圍巖錨固體強度提高以后，可減小巷道周圍破碎區(qū)、塑性區(qū)的范圍和巷道的表面位移，控制圍巖破碎區(qū)、塑性區(qū)的發(fā)展，從而有利于保持巷道圍巖的穩(wěn)定。第69頁/共141頁

錨桿桿體主要提供兩方面的作用，第一是抗拉，其次是抗剪。錨固劑的作用是將鉆孔孔壁巖石與桿體粘結(jié)在一起。對于端部錨固錨桿，錨固劑的作用在于提供粘結(jié)力，使錨桿能承受一定的拉力。錨桿拉力除錨固端外，沿長度方向是均勻分布的。由于錨桿與鉆孔間有較大空隙，所以錨桿的抗剪能力只有在巖層發(fā)生較大錯動后才能發(fā)揮出來。對于全長錨固錨桿，錨固劑的作用比較復(fù)雜，主要有兩方面：將錨桿桿體與鉆孔孔壁粘結(jié)在一起，使錨桿隨著巖層移動承受拉力；當(dāng)巖層發(fā)生錯動時，與桿體共同起抗剪作用，阻止巖層發(fā)生滑動。對于端部錨固錨桿，桿體各部位的應(yīng)力和應(yīng)變相等。在錨固范圍內(nèi)，任何部位巖層的離層都均勻地分散到整個桿體的長度上。對于全長錨固錨桿，這種分散是不可能的，致使應(yīng)力、應(yīng)變沿錨桿長度方向分布極不均勻，離層大的部位錨桿受力很大。這是全長錨固錨桿與端部錨固錨桿的根本區(qū)別。第70頁/共141頁

國內(nèi)外學(xué)者對錨桿錨固前后巖體力學(xué)性能的變化也進(jìn)行了比較全面、系統(tǒng)的研究。研究結(jié)果表明，巖體錨固后可不同程度地提高其強度、彈性模量、凝聚力和內(nèi)摩擦角等力學(xué)參數(shù)。而且，錨桿的主要作用是改善破碎區(qū)、塑性區(qū)內(nèi)巖石的力學(xué)性質(zhì)，提高其屈服后的強度。有無錨桿約束時巖石應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖所示?？梢姡^桿顯著增加了巖石屈服后的強度，使巖石的破壞變得比較平緩。第71頁/共141頁圖7錨固前后巖石應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系第72頁/共141頁

綜上所述，根據(jù)煤巷圍巖變形、破壞的特點對煤巷錨桿支護(hù)機理進(jìn)行概括，其要點如下：

(1)回采巷道圍巖變形和破壞的規(guī)律在不同階段具有明顯差別，因此，錨桿支護(hù)的作用在巷道不同受力階段有其特點；(2)錨桿的早期作用主要是阻止破碎巖塊掉落并抑制淺部圍巖擴容和離層，減小巖層壓曲和彎曲失穩(wěn)的可能性，錨桿安裝越及時，預(yù)緊力越大，支護(hù)效果越好；(3)隨著時間的推移和受到采動影響，巷道圍巖的破壞范圍會逐漸擴大，當(dāng)錨桿能伸人穩(wěn)定巖層中時，其作用主要表現(xiàn)為，將破壞區(qū)巖層與穩(wěn)定層相連，阻止破壞巖層垮落，同時，錨桿提供徑向和切向約束，提高破壞巖石強度，阻止破壞區(qū)巖層擴容、離層、滑動，從而提高其承載能力；第73頁/共141頁(4)錨桿不能伸人穩(wěn)定巖層時，錨桿的作用主要是提高破壞巖層的整體強度，在破壞區(qū)內(nèi)形成承載結(jié)構(gòu)，它不僅可保持自身平衡，而且可以阻止上部破壞巖層的進(jìn)一步擴容和離層，同時使圍巖深部的應(yīng)力分布趨于均勻和內(nèi)移；

(5)鋼帶和鋼筋托梁等組合構(gòu)件的早期作用主要是防止錨桿間的破碎巖塊掉落，隨著錨固區(qū)巖層擴容、離層的增大，鋼帶受力逐漸增加，對錨桿間的圍巖施以徑向約束，阻止其產(chǎn)生進(jìn)一步的擴容和離層，從而增加巖層承載能力；

(6)當(dāng)錨固巖層發(fā)生壓曲和彎曲失穩(wěn)后，鋼帶和傾斜錨桿形成組合支護(hù)系統(tǒng)，阻止破壞巖層垮落和發(fā)生較大的轉(zhuǎn)動(如圖)(7)回采巷道煤幫的變形破壞特征主要是擴容、松動和擠出，由于煤層強度較低且受到采動影響，所以回采巷道兩幫支護(hù)顯得尤為重要，打錨桿后對煤幫的兩種變形均有控制作用。加鋼帶后效果會更好。第74頁/共141頁第75頁/共141頁第二節(jié)特種錨桿與錨索支護(hù)技術(shù)

對于軟弱破碎、高地應(yīng)力、大斷面等巷道和硐室，它們共同的特點是圍巖自穩(wěn)時間短、破碎范圍大、變形強烈，僅采用常規(guī)的錨桿支護(hù)很難達(dá)到有效的支護(hù)效果，而且支護(hù)和維修費用極高，有的甚至影響礦井的正常生產(chǎn)。為此，開發(fā)研制了一系列對付這些困難工程的支護(hù)技術(shù)。第76頁/共141頁錨索和桁架的使用大大拓寬了錨桿的作用和使用范圍。使用范圍由巖巷發(fā)展到半煤巖巷、全煤巷；由堅硬頂板發(fā)展到軟弱、破碎、極破碎頂板；由采深淺的巷道發(fā)展到采深超千米，有沖擊地壓的煤巷；由普通煤巷發(fā)展到小煤柱或沿空留巷：由巷道發(fā)展到工作面的開切眼和收作線。第77頁/共141頁圖鋼絞線桁架支護(hù)系統(tǒng)鋼絞線桁架連接器第78頁/共141頁一、特種錨桿

1．注漿錨桿錨桿與注漿都是地下巷道工程圍巖加固的基本形式。如果利用錨桿兼作注漿管對巷道圍巖進(jìn)行注漿，一方面可加固巷道周邊的破裂巖體，提高圍巖的自承能力；另一方面，可改善破裂巖體的結(jié)構(gòu)及其力學(xué)性能，為錨桿提供可錨的物質(zhì)基礎(chǔ)，最大限度地發(fā)揮錨桿的錨固作用。所以，如何把錨桿支護(hù)與注漿加固有機地結(jié)合起來，取得巷道圍巖加固的最佳效果，一直是人們所努力的目標(biāo)。前蘇聯(lián)、德國等在20世紀(jì)80年代就采用空心圓管作為錨桿對圍巖實施注漿，國內(nèi)有些單位也開發(fā)了注漿錨桿。圖17是一種內(nèi)錨外注式錨桿。該錨桿分為三個部分，每段有一擋環(huán)隔開：①錨固段，可增大端頭錨固力；②注漿段，布有出漿孔若干，作為注漿時出漿用；③封孔段，錨桿的注漿封孔采用橡膠圈(或軟木塞、或快速凝結(jié)劑)配合噴射混凝土來實現(xiàn)。第79頁/共141頁

圖17內(nèi)錨外注式注漿錨桿噴層；2一螺母；3一托板；4一環(huán)狀塞；5一擋環(huán)6一桿體；7一出漿孔；8一錨固劑第80頁/共141頁確定了錨桿支護(hù)形式和參數(shù)的選擇原則1）一次支護(hù)原則。

錨桿支護(hù)應(yīng)盡量一次支護(hù)就能有效控制圍巖變形，避免二次或多次支護(hù)。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(hù)的關(guān)鍵因素，是區(qū)別錨桿支護(hù)是被動支護(hù)還是主動支護(hù)的參數(shù)，只有高預(yù)應(yīng)力的錨桿支護(hù)才是真正的主動支護(hù)。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。第81頁/共141頁水平應(yīng)力水平應(yīng)力垂直應(yīng)力水平應(yīng)力水平應(yīng)力垂直應(yīng)力主被動錨桿的支護(hù)效果第82頁/共141頁1超高強錨桿桿體2螺母3預(yù)應(yīng)力標(biāo)示桿4應(yīng)力松弛自補償彈簧5彈簧護(hù)筒6減摩墊圈7應(yīng)力擴散托盤8高強樹脂錨固劑9圍巖可控預(yù)應(yīng)力超高強錨桿第83頁/共141頁MQS90J2型氣動錨桿安裝機什么是高預(yù)應(yīng)力？

--朱浮聲（1993）、鄭雨天（1995）的研究表明：當(dāng)錨桿預(yù)拉力達(dá)到60～70kN時，就可以有效控制巷道頂板的下沉量，并通過加大錨桿的間排距，減少錨桿用量；預(yù)緊扳手扭矩倍增器第84頁/共141頁什么是高強、超高強？ 高強：

超高強：錨桿材料公稱直徑/mm屈服強度/MPa極限強度/MPa屈服荷載/kN極限荷載/kN伸長率/%Ⅱ級鋼2228038010614417Ⅲ級鋼2237041014115617Ⅳ級鋼2248057018221715Ⅴ級鋼2260068022825812各種錨桿材料強度指標(biāo)

Ⅳ、Ⅴ級螺紋鋼作為桿體的樹脂錨桿能夠滿足基本技術(shù)要求。每噸Ⅳ螺紋鋼鋼材僅比Ⅱ級螺紋鋼高300－400元。

為深部圍巖支護(hù)采用高強、超高強錨桿提供了材料上的便利條件。

第85頁/共141頁3）“三高一低”原則。即高強度、高剛度、高可靠性與低支護(hù)密度原則。在提高錨桿強度與剛度，保證支護(hù)系統(tǒng)可靠性的條件下，降低支護(hù)密度，減少單位面積上錨桿數(shù)量，提高掘進(jìn)速度。4）臨界支護(hù)剛度與強度原則。錨桿支護(hù)系統(tǒng)存在臨界支護(hù)剛度與強度，如果支護(hù)強度與剛度低于臨界值，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(xué)性能應(yīng)相互匹配，錨桿與錨索的參數(shù)與力學(xué)性能應(yīng)相互匹配，以最大限度地發(fā)揮錨桿支護(hù)的整體支護(hù)作用。6）可操作性原則。

提供的錨桿支護(hù)設(shè)計應(yīng)具有可操作性，有利于井下施工管理和掘進(jìn)速度的提高。7）在保證巷道支護(hù)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(hù)綜合成本。第86頁/共141頁

在支護(hù)初期，該錨桿為端錨(或近似全長錨固)錨桿，可作為普通錨桿使用。錨桿錨固以后，在錨桿端頭套上楔形環(huán)狀軟木塞或橡膠圈，再上托盤，最后擰緊螺母，軟木塞或橡膠圈在擋環(huán)和托盤的擠壓下與鉆孔孔壁壓緊，起到封孔作用，最后噴射混凝土，增加封孔的效果及支護(hù)效果，使封孔問題變得非常簡單。當(dāng)巷道變形量達(dá)到一定數(shù)值時，即在巷道周邊形成一定的松動破裂范圍時，再對巷道圍巖實施注漿，既能使巷道圍巖得到充分卸壓，又使注漿變得容易，達(dá)到最佳的支護(hù)效果。同時，安裝錨桿與注漿分為兩個工序進(jìn)行，互不干擾，不影響巷道的掘進(jìn)速度。第87頁/共141頁2．自鉆注漿錨桿和接長錨桿

在德國和英國等國家，開發(fā)了自鉆注漿錨桿，它將鉆孔、注漿和錨固三個功能集于一體。在井下使用時，第一步，該錨桿用作鉆桿，錨桿桿體頭部配一鉆頭，尾部用連接器與鉆機連接；第二步，錨桿用作注漿管，鉆機連接套由注漿連接套代替，錨桿就像傳統(tǒng)的注漿管一樣，將樹脂、水泥漿等送入鉆孔中，實施全長或加長錨固。德國生產(chǎn)的自鉆注漿錨桿，桿體由高質(zhì)量無縫鋼管制成，左旋螺紋熱軋于整個桿體，保證力的可靠傳遞。在施工的每個環(huán)節(jié)，都可方便、快速地將其他部件擰在桿體螺紋上，同時采用連接套，可將幾根桿體連接在一起。自鉆注漿錨桿的其他部件還有鉆機連接套、注漿連接套、堵漿器、托盤、螺母和硬質(zhì)合金鉆頭等。第88頁/共141頁

該種錨桿的應(yīng)用范圍為：在沒有固結(jié)的巖石中，或在巖石異常破碎的斷層泥中，打穩(wěn)定的鉆孔非常困難。在這種條件下，先鉆孔后安裝錨桿是不可能的。一旦鉆桿抽出，鉆孔就會塌落。采用這種錨桿，由于錨桿即為鉆桿，所以沒有必要先鉆一穩(wěn)定的鉆孔。這種錨桿也非常適合軟巖巷道底鼓的治理。接長錨桿采用連接套將兩根或多根錨桿桿體連接在一體，以增大錨桿長度。常用錨桿的長度一般小于2.5m。單根錨桿太長，加工、運輸和井下施工都很不方便，在巷道斷面比較小的情況下尤為突出。接長錨桿的關(guān)鍵部件是連接套，一方面要求它的強度應(yīng)與桿體匹配，另一方面其直徑不能太大，否則要求鉆孔直徑大，對錨桿錨固不利。接長錨桿在英國、德國和我國的一些礦區(qū)得到應(yīng)用，在頂煤巷道、復(fù)合和破碎頂板巷道等圍巖破壞范圍較大的條件下，取得較好的支護(hù)效果。第89頁/共141頁

二、小孔徑樹脂錨索

錨索由索體、錨具和托板等組成。索體一般用具有一定彎曲柔性的鋼絞線制成。其特點是錨固深度大、承載能力高、可施加較大的預(yù)緊力，因而可獲得比較理想的支護(hù)效果，是目前最可靠、最有效的一種手段。其加固范圍、支護(hù)強度、可靠性是普通錨桿支護(hù)所無法比擬的。傳統(tǒng)的注漿錨固錨索支護(hù)一般適合于煤礦井下大斷面硐室和巷道的補強和加固。錨索鉆孔和噸位一般較大，采用水泥注漿錨固。這種錨索的技術(shù)參數(shù)和施工工藝無法滿足回采巷道的要求。

第90頁/共141頁

針對這一情況，我國開發(fā)了適合在煤巷掘進(jìn)期間按正規(guī)循環(huán)施工的新型小孔徑樹脂錨固預(yù)應(yīng)力錨索加固技術(shù)。其最大特點是采用樹脂藥卷錨固，通過專用裝置可以像安裝普通樹脂錨桿那樣用錨索攪拌樹脂藥卷對錨索錨固端進(jìn)行加長錨固，其安裝孔徑僅為28mm，用普通單體錨桿機即可完成打孔、安裝。與傳統(tǒng)錨索相比，小孔徑樹脂錨索有以下特點：

(1)直接用錨索攪拌樹脂藥卷進(jìn)行錨固，安裝工序十分簡單，而且采用小孔徑，因而施工速度大幅度提高。

(2)采用單體錨桿鉆機就可以施工，設(shè)備少，而且顯著降低了工人的勞動強度。

(3)樹脂錨固劑固化速度快，由水泥漿錨固時的3d～7d降低到僅為10min，因而錨索能及時、主動承載。小孔徑錨索主要用在破碎、復(fù)合頂板回采巷道，放頂煤開采沿煤層底板掘進(jìn)的煤頂巷道，軟弱和高地應(yīng)力回采巷道，以及大跨度開切眼和巷道交叉點。其主要技術(shù)參數(shù)為：鉆孔直徑為28mm；錨索直徑15．24mm；最大錨固力260kN；預(yù)緊力120kN～230kN。第91頁/共141頁第四節(jié)改進(jìn)與發(fā)展

經(jīng)過近年來的研究與實踐，我國煤巷錨桿支護(hù)成套裝備與技術(shù)基本形成，而且在實際應(yīng)用中解決了多個巷道支護(hù)難題，取得了巨大的技術(shù)經(jīng)濟效益，為高效、安全開采創(chuàng)造了良好條件。錨桿支護(hù)已成為高產(chǎn)高效礦井必備的配套技術(shù)。為了將這項技術(shù)推廣應(yīng)用得更好，為煤炭工業(yè)帶來更大的技術(shù)經(jīng)濟效益和社會效益，在以下幾方面還需做進(jìn)一步的工作。第92頁/共141頁1．積極開展巷道圍巖地質(zhì)力學(xué)測試

巷道圍巖地質(zhì)力學(xué)參數(shù)，包括地應(yīng)力、圍巖強度和結(jié)構(gòu)是錨桿支護(hù)設(shè)計的重要基礎(chǔ)參數(shù)，是保證錨桿支護(hù)合理、有效、可靠、安全的前提條件。目前我國僅有少數(shù)礦區(qū)進(jìn)行了比較全面、系統(tǒng)的測試工作。今后，應(yīng)該把巷道圍巖地質(zhì)力學(xué)測試放在十分重要的位置，并把它列為錨桿支護(hù)技術(shù)必不可少的工作。第93頁/共141頁2．煤巷錨桿支護(hù)設(shè)計方法的研究與推廣

煤巷錨桿支護(hù)設(shè)計方法已經(jīng)從過去簡單的經(jīng)驗法、計算法，發(fā)展到現(xiàn)在以數(shù)值計算、現(xiàn)場監(jiān)測為基礎(chǔ)的動態(tài)信息設(shè)計法。但是，目前我國許多礦區(qū)還是以經(jīng)驗法為主，錨桿支護(hù)的合理性、安全性無法保證。在我國煤礦應(yīng)積極推廣先進(jìn)的設(shè)計方法，使現(xiàn)場工程技術(shù)人員能夠掌握和實際應(yīng)用。第94頁/共141頁3．錨桿支護(hù)材料系列化與標(biāo)準(zhǔn)化目前，煤巷錨桿支護(hù)材料品種很多，一些材料力學(xué)性質(zhì)達(dá)不到工程要求。我國錨桿支護(hù)材料生產(chǎn)廠家太多，不同層次廠家的產(chǎn)品質(zhì)量相差懸殊。有必要根據(jù)我國煤巷圍巖條件，制定錨桿支護(hù)材料系列及相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。建立比較完善的產(chǎn)品質(zhì)量保證體系，根除偽劣產(chǎn)品。第95頁/共141頁4．完善與提高錨桿支護(hù)施工機具，開發(fā)新的產(chǎn)品近年來，我國在煤巷錨桿鉆機方面做了大量工作，開發(fā)了多種產(chǎn)品。但是由于我國煤巷地質(zhì)與生產(chǎn)條件復(fù)雜多變，現(xiàn)有的錨桿鉆機還不能完全滿足使用要求，無論是性能與質(zhì)量都還需進(jìn)行完善與提高。隨著錨索支護(hù)技術(shù)的推廣應(yīng)用，有必要開發(fā)研制專用錨索鉆機，提高錨索施工速度。掘錨聯(lián)合機組在國外已經(jīng)應(yīng)用，為巷道掘進(jìn)和錨桿施工創(chuàng)造了極為有利的條件。我國也應(yīng)根據(jù)國情開展掘錨聯(lián)合機組方面的研究與開發(fā)工作。第96頁/共141頁5．完善錨桿施工質(zhì)量檢測與監(jiān)測技術(shù)錨桿支護(hù)是隱蔽性工程，必須進(jìn)行質(zhì)量檢測。目前普遍應(yīng)用的是錨桿拉拔計、扭矩扳手等。有必要開發(fā)研制非接觸、無損質(zhì)量檢測儀器，以達(dá)到快速、準(zhǔn)確、大面積測量的目的。錨桿支護(hù)監(jiān)測對保證巷道安全十分重要，我國許多礦區(qū)對此十分重視。但是這項工作還有待于標(biāo)準(zhǔn)化、日?；{入到正常生產(chǎn)中。第97頁/共141頁2023/5/298錨桿支護(hù)技術(shù)頂板事故原因分析錨桿支護(hù)設(shè)計錨桿施工工藝施工注意事項第98頁/共141頁2023/5/299頂板事故原因分析1、04年元月26日12時11分，許疃礦7126風(fēng)巷，在錨桿與架棚結(jié)合點處發(fā)生冒頂，四人被堵，一人被埋；造成一人死亡2、05年9月22日2時44分，岱河礦23108風(fēng)巷迎頭向后10米范圍內(nèi)發(fā)生冒頂，五人被埋；造成三人死亡第99頁/共141頁2023/5/2100頂板事故原因分析淮北礦區(qū)錨桿支護(hù)巷道典型冒頂示意圖第100頁/共141頁2023/5/2101頂板事故原因分析培訓(xùn)和提高工程技術(shù)人員、基層干部和職工的理論和技術(shù)應(yīng)用水平不高，造成：

1、設(shè)計水平低下，技術(shù)管理不到位

2、基層干部抓不住管理重點，重進(jìn)尺輕質(zhì)量３、職工的操作水平和質(zhì)量意識不高第101頁/共141頁2023/5/2102頂板事故原因分析設(shè)計問題對支護(hù)條件的研究不夠，設(shè)計馬虎了事。生搬硬套，一成不變第102頁/共141頁2023/5/2103頂板事故原因分析現(xiàn)場的質(zhì)量保證1、對施工條件的變化掌握不夠不注意觀察頂板巖性、水、斷層及裂隙的變化情況，造成支護(hù)形式、支護(hù)強度不能適應(yīng)支護(hù)條件的變化，成為近年來造成冒頂事故的重要原因。第103頁/共141頁2023/5/2104頂板事故原因分析現(xiàn)場的質(zhì)量保證2、錨桿眼深的控制實際施工中，為保證錨桿一次性安裝合格，防止錨桿外露過長，往往錨桿眼打得過深，而降低了錨桿的有效錨固長度第104頁/共141頁2023/5/2105頂板事故原因分析現(xiàn)場的質(zhì)量保證3、錨桿安裝質(zhì)量①、初錨力、錨固力的班組自檢、區(qū)隊日檢流于形式，②、錨固劑用量不符合設(shè)計，錨桿實行編號管理不到位，責(zé)任制流于形式；③、忽視了錨桿、錨索的二次緊固問題；第105頁/共141頁2023/5/2106頂板事故原因分析現(xiàn)場的質(zhì)量保證4、張拉時間的確定錨桿、錨索安裝攪拌后，圖省事，安上就拉，大大降低了錨桿、錨索的預(yù)緊力第106頁/共141頁2023/5/2107頂板事故原因分析監(jiān)測監(jiān)控1、對初錨力、錨固力的監(jiān)測監(jiān)控認(rèn)真落實班組自檢、區(qū)隊日檢、礦井抽檢的三級監(jiān)測監(jiān)控體制第107頁/共141頁2023/5/2108頂板事故原因分析監(jiān)測監(jiān)控2、對巷道圍巖變形量的監(jiān)測監(jiān)控①必須建立對巷道圍巖變形量的監(jiān)測監(jiān)控制度②采用十字布點法，對頂、底板和兩幫移近量進(jìn)行監(jiān)測，重點是迎頭向后20米左右的范圍內(nèi)巷道變形量第108頁/共141頁2023/5/2109頂板事故原因分析監(jiān)測監(jiān)控3、正確理解初錨力、錨固力與巷道圍巖變形量之間的關(guān)系①初錨力、錨固力合格，并不一定巷道支護(hù)是成功的。更重要的是對巷道變形量的控制②對巷道安全影響最大的是頂板下沉量，要引起足夠重視，在錨桿錨固范圍內(nèi)的頂板離層與錨固力、支護(hù)密度有關(guān)，錨固范圍以外的離層與錨桿長度及兩幫的破壞情況有關(guān)，應(yīng)根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)及時修改支護(hù)設(shè)計③要特別注意兩幫變形量較小，而頂板變形量大，速度較快的不協(xié)調(diào)巷道變形，說明頂板支護(hù)強度太低或頂板的可錨性較差，已發(fā)生快速離層，應(yīng)立即補強并改進(jìn)支護(hù)。④由掘進(jìn)副總工程師負(fù)責(zé)，對監(jiān)測數(shù)據(jù)定期進(jìn)行分析，并據(jù)此修改、完善支護(hù)設(shè)計方案第109頁/共141頁2023/5/2110頂板事故原因分析補強措施安排專人對掘進(jìn)后路進(jìn)行觀察：1、巷道補強措施的采取，主要依據(jù)巷道變形量來確定。2、補強措施應(yīng)及時。3、不宜采用加補錨桿、錨索的措施來補強。4、二次補強的強度，必須大于一次支護(hù)的強度。第110頁/共141頁2023/5/2111頂板事故原因分析機具及材料1、機具的工況、輸出扭矩必須定期檢測2、使用規(guī)范的錨桿支護(hù)材料第111頁/共141頁2023/5/2112頂板事故原因分析錨桿托錨力0時間托錨力曲線錨桿安裝后隨時間的變化，其托錨力的變化曲線第112頁/共141頁2023/5/2113頂板事故原因分析錨桿托錨力的變化及二次緊固1、上圖錨桿托錨力的變化，在其它礦區(qū)、淮北礦區(qū)的個別礦已經(jīng)監(jiān)測到。2、錨桿安裝后，錨桿托錨力的變化，既有錨桿桿體發(fā)生彈性變形的因素，也有頂板應(yīng)力重新分布的影響。3、從近年煤錨巷道冒頂事故，多集中于迎頭向后20米左右的實際情況來看，也與錨桿安裝后托錨力的變化不無關(guān)系。第113頁/共141頁2023/5/2114頂板事故原因分析特殊地段的加固問題1、頂板明顯變軟的裂隙發(fā)育帶、斷層附近（特別是斷層的下盤）、有淋水的地點、巷道頂板變形速度較大的地點，必須及時采取加固措施2、采取加固措施的權(quán)力應(yīng)放到施工班組，加固后向區(qū)隊、礦技術(shù)科匯報、確認(rèn)第114頁/共141頁2023/5/2115頂板事故原因分析從歷次冒頂事故分析來看，冒頂區(qū)域均為錨桿錨固端以外、錨索錨固點以內(nèi)；從來沒有發(fā)現(xiàn)冒頂時頂板錨桿被拉斷的現(xiàn)象，說明對于現(xiàn)有的巷道寬度、頂板條件而言，現(xiàn)行的錨桿強度有余而錨固圈長度不足?，F(xiàn)行的不可彎曲錨桿，受巷道幾何尺寸的限制，不可能很長。為擴大巷道錨固圈，有必要研制可彎曲的柔性錨桿。第115頁/共141頁2023/5/2116錨桿支護(hù)設(shè)計

錨桿支護(hù)設(shè)計前，首先要做好地質(zhì)力學(xué)評估工作。內(nèi)容包括：現(xiàn)場地質(zhì)條件調(diào)查，巷道圍巖力學(xué)性質(zhì)測定，圍巖應(yīng)力測定及短錨拉撥試驗等。以判斷其可錨性及支護(hù)難易程度，為圍巖分類提供一份全面的地質(zhì)力學(xué)資料。并對類似地質(zhì)條件已掘巷道的支護(hù)狀況進(jìn)行分析，有關(guān)地質(zhì)資料、圖紙齊全第116頁/共141頁2023/5/2117錨桿支護(hù)設(shè)計煤錨支護(hù)設(shè)計過程應(yīng)遵循巷道圍巖分類→初步設(shè)計→監(jiān)測分析→優(yōu)化設(shè)計的程序。做到圍巖分類準(zhǔn)確、設(shè)計科學(xué)合理。第117頁/共141頁2023/5/2118錨桿支護(hù)設(shè)計要貫徹“動態(tài)設(shè)計”的思想，不能生搬硬套已有設(shè)計。根據(jù)具體地質(zhì)條件的不同，同一礦井、同一煤層、同一巷道的不同區(qū)域、不同地段，可選擇不同的支護(hù)形式和參數(shù)。第118頁/共141頁2023/5/2119錨桿支護(hù)設(shè)計錨桿初步設(shè)計基本原則：1、巷道應(yīng)盡量采用矩形斷面(？拱形斷面更好吧)，在滿足通風(fēng)、運輸、行人的前提下，巷道的設(shè)計高度和寬度還應(yīng)預(yù)留適當(dāng)?shù)淖冃瘟俊?、必須選擇性能穩(wěn)定、技術(shù)含量高、符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的錨桿及其它支護(hù)產(chǎn)品。第119頁/共141頁2023/5/2120錨桿支護(hù)設(shè)計支護(hù)設(shè)計方法可采用工程類比法、理論計算法或借助數(shù)值模擬等進(jìn)行科學(xué)設(shè)計。采用工程類比法設(shè)計時，必須認(rèn)真分析相似參考巷道的條件差異，并作相應(yīng)的設(shè)計變更。第120頁/共141頁2023/5/2121錨桿支護(hù)設(shè)計錨桿支護(hù)設(shè)計內(nèi)容應(yīng)包括設(shè)計說明書和設(shè)計圖紙：設(shè)計說明書內(nèi)容：1、巷道名稱、位置、用途、巷道規(guī)格參數(shù)；2、地質(zhì)條件說明及圍巖分類。巷道所處層位、煤層及頂?shù)装鍘r性、類別、煤層硬度、周圍采掘情況、構(gòu)造、水文及瓦斯情況等。3、錨桿幾何參數(shù)（長度、直徑）、力學(xué)參數(shù)（強度）、錨桿、錨索、桁架布置參數(shù)（間排距、角度）及確定依據(jù)；4、錨桿錨固參數(shù)（孔徑、錨固長度）及確定依據(jù)；第121頁/共141頁2023/5/2122錨桿支護(hù)設(shè)計5、錨桿預(yù)緊力矩（或預(yù)拉力）、設(shè)計錨固力；6、護(hù)表構(gòu)件（鋼帶、金屬網(wǎng)形式）形式、強度、規(guī)格；7、基于錨桿支護(hù)初步設(shè)計基礎(chǔ)上的補強加固措施；8、驗證初步設(shè)計的觀測與監(jiān)測方案；9、預(yù)計巷道受采動影響時可能出現(xiàn)的問題，以及應(yīng)采取的相應(yīng)措施；設(shè)計圖紙包括：錨桿支護(hù)三視圖；臨時支護(hù)三視圖。第122頁/共141頁2023/5/2123錨桿支護(hù)設(shè)計對難維護(hù)復(fù)雜條件的支護(hù)設(shè)計，應(yīng)體現(xiàn)提高支護(hù)強度和支護(hù)等級的思想。如大跨度、交岔點、軟弱破碎不穩(wěn)定圍巖，應(yīng)采用加長或全長錨固、錨帶索、桁架等聯(lián)合支護(hù)方式。第123頁/共141頁2023/5/2124錨桿施工工藝迎頭錨桿打眼安裝工要經(jīng)專業(yè)培訓(xùn)，專人操作。第124頁/共141頁2023/5/2125錨桿施工工藝錨桿施工要求嚴(yán)格執(zhí)行“五不準(zhǔn)”制度：1、巷道斷面不符合設(shè)計，危巖活石不處理，隱患問題未排除，班組長不準(zhǔn)劃眼位。2、班組長不劃眼位，打眼工不準(zhǔn)打眼。3、不按規(guī)定打眼或打眼不合格，不準(zhǔn)安裝錨桿。4、錨固劑質(zhì)量不合格，不準(zhǔn)使用。5、錨桿桿體及其附件不符合規(guī)格、質(zhì)量要求