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錨桿支護 （包括：錨噴、錨網(wǎng)、錨索等支護方式）,主講人：馬應(yīng)武 2016-12-23,主要內(nèi)容,一、錨桿支護的原理、分類 二、錨桿支護設(shè)計依據(jù)、要點 三、錨噴、錨網(wǎng)和錨索支護概述 四、錨桿支護施工要求、施工質(zhì)量檢測 五．《煤礦安全規(guī)程》關(guān)于錨桿支護的有關(guān) 規(guī)定,一、錨桿支護的原理、分類,從支護機理上看，錨桿支護屬于“主動”支護，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，錨桿支護的巷道圍巖變形量比棚式支護減少一半以上。,從技術(shù)經(jīng)濟上對比，錨桿支護可以節(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和高產(chǎn)高效低成本生產(chǎn)創(chuàng)造有利條件； 錨桿支護巷道施工簡單，機械化程度高，可大幅度降低巷道支護成本，提高掘進速度和生產(chǎn)效率。,（一）、錨桿支護作用機理,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。,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；頂板在相當距離內(nèi)不存在穩(wěn)定巖層，懸吊作用處于次要地位。,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，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：一般不能作為準確的定量設(shè)計。 適用條件：頂板無穩(wěn)定巖層。,1．鋼筋或鋼絲繩砂漿錨桿 鋼筋或鋼絲繩砂漿錨稈是全長錨固型錨桿。設(shè)計錨固為30～50KN。,（二）、 錨桿的結(jié)構(gòu)類型,2．全屬倒楔式錨桿 此種錨桿由桿體、固定楔、活動倒楔、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40KN左右。常用于圍巖比較破碎，需要立即承載的地下工程。,3．木錨桿 普通木錨桿和壓縮木錨桿,4. 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)凝膠達到很高的錨固強度，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40KN以上，可滿足5min上墊板擰緊螺帽的要求。,此類錨桿可分為等強錨桿和非等強錨桿,5．快硬水泥錨桿（不常用） 快硬水泥錨桿的桿體結(jié)構(gòu)與樹脂錨桿相同，是端頭錨固型錨桿。 目前常用的膠結(jié)材料有國產(chǎn)定型早強水泥和雙快水泥按一定比例混合而成。使用前需浸水2～3min，在錨桿孔內(nèi)經(jīng)桿頭攪拌，12min后錨固力開始增長，lh后錨固力可達60kN左右。 適用于圍巖自穩(wěn)時間超過12min的各類永久性地下工程。配合先噴后錨，在軟巖中亦可應(yīng)用。,6．快硬膨脹水泥錨桿（不常用） 快硬膨脹水泥錨桿是用快硬膨脹水泥卷代替樹脂藥包，對錨桿桿體進行端頭錨固的一種錨桿。 錨桿桿體用φ14㎜或φ16㎜鋼筋做成，頭部的前端焊一φ38～40㎜的阻擋墊圈，另一端車有螺紋。,7．管縫式錨桿 管縫式錨桿又稱開縫式或摩擦式錨桿，它是采用高強度鋼板卷壓成帶縱縫的管狀桿體外徑38.1㎜，用鑿巖機強行壓入比桿徑小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，屬全長錨固型錨桿。,對地層橫向錯動，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。,8．可伸縮式錨桿（不常用） ⑴結(jié)構(gòu)可伸縮式錨桿。這種錨桿是對桿件、內(nèi)錨頭、外錨頭及托板等構(gòu)件采用特殊結(jié)構(gòu)實現(xiàn)可伸縮的目的。,⑵桿體可伸縮錨桿 用優(yōu)質(zhì)鋼材，并對材料進行專門加工處理，可制成較大延伸率的錨桿桿體。,9.其它錨桿 脹裂式速效預(yù)應(yīng)力錨桿（不常用） 玻璃鋼錨桿 中空自鉆式錨桿 （不常用）,玻璃鋼錨桿,二、錨桿支護設(shè)計依據(jù)和要點,錨桿支護參數(shù)確定 ⑴ 按懸吊理論確定支護參數(shù) 1）錨桿長度 錨桿長度的計算公式為： L=L1+L2+L3,式中： L1為錨桿外露長度，一般L1=0.1～0.15m。對于端頭錨固型錨桿，L1=墊板厚度+螺母厚度+（0.03～0.05）m；對于全長錨固錨桿，還要加上穹形球體的厚度。 L2為錨桿有效長度。 L3為錨桿錨固段長度，一般端錨L3=0.3～0.4m，由拉拔實驗確定；當圍巖松軟時還要加大。 對于全長錨固錨桿，錨桿的有效長度則為 L2+ L3。,有效長度L2，有以下幾種確定方法： ①當直接頂需要懸吊而它們的范圍易于劃定時，L2應(yīng)大于或等于它們的厚度。 ②當巷道圍巖存在松動破碎帶時，L2應(yīng)大于巷道松動破碎區(qū)高度hi，hi可按下式確定： 式中，RMR 為CSIR地質(zhì)力學(xué)分級巖體總評分； B 為巷道跨度。,③一般還可按L2=KH進行計算，H為軟弱巖層厚度（或冒落拱厚度），m；K為考慮軟弱巖層變化的安全系數(shù)，一般取1.5～2。 軟弱巖層H的確定是根據(jù)地質(zhì)資料，實測或經(jīng)驗估計，冒落拱高度是按下式估算，即,2）錨桿桿體直徑 錨桿桿體直徑根據(jù)桿體承載力與錨固力等強度原則確定，即,式中， d為錨桿桿體直徑，㎜； Q為錨固力，由拉拔實驗確定，KN； σt為桿體材料抗拉強度，MPa。,3）錨桿間、排距 錨桿的間距，排距計算，通常間、排距相等，取為a，并根據(jù)錨桿的錨固力應(yīng)等于或大于被懸吊巖石的重量的原則確定，即：,式中，γ為巖石體積力，KN/m3。,⑵ 按擠壓加固拱理論計算錨桿參數(shù) 它不要求錨桿伸入堅固巖層中。這樣錨桿長度和間距之間必須滿足某種關(guān)系，才能形成一定厚度的擠壓加固拱，以支承地壓，按照擠壓加固拱理論，加固拱厚度與錨桿長度和間距之間的關(guān)系可按下式,b——加固拱厚度，m； L——錨桿的有效長度，m； α——錨桿在松散體中的控制角，度； a——錨桿的間距。 根據(jù)上式，如果按常用錨桿1600～1800㎜和間、排距500～700㎜，則加固拱厚度將為1000～1200㎜，相當于2～3層料石碹拱的厚度。,2、錨桿的布置,根據(jù)圍巖的性質(zhì)，錨桿可排列成方形、五花形等。方形適用于穩(wěn)定的巖層，梅花形適用于穩(wěn)定性較差的巖層，其布置如圖5—20所示。錨桿的錨入方向，應(yīng)與巖層面或主要裂隙面成較大的角度相交，盡可能與其正交；層面與裂隙面不明顯時，錨桿應(yīng)垂直于巷道周邊錨入。,三、錨噴、錨網(wǎng)和錨索支護,1、錨噴支護 錨桿和噴射混凝土雖各自有優(yōu)點，但也有不足之處。錨噴聯(lián)合支護，恰能使兩者取長補短，互為補充，是一種性能更好的支護形式。,,,錨噴支護圖示例,2、錨網(wǎng)支護 錨網(wǎng)支護是將金屬網(wǎng)用托板固定或綁扎在錨桿上所組成的支護形式。金屬網(wǎng)用來維護錨桿間的圍巖，防止小塊松散巖石掉落，也可作為噴射混凝土的配筋。被拉緊的金屬網(wǎng)還能起到聯(lián)系各錨桿組成支護整體的作用。 常見的金屬網(wǎng)有金屬菱形網(wǎng)、經(jīng)緯網(wǎng)，一般采用直徑3～4㎜的鐵絲編制而成，一般采用鍍鋅鐵絲，由于金屬網(wǎng)消耗鋼材較大，目前正在使用具有一定抗拉強度和延伸率的玻璃鋼纖維或塑料網(wǎng)代替。,錨網(wǎng)支護梯形巷道,錨網(wǎng)支護拱形巷道,3、錨噴網(wǎng)聯(lián)合支護 噴射混凝土能有效的控制錨桿間的石塊掉落，但其本身是脆弱的，當巖石變形大時，容易開裂剝落。解決辦法之一就是噴射混凝土之前敷設(shè)金屬網(wǎng)，噴后成鋼筋混凝土層，提高了混凝土的整體性，改善了噴層的抗拉性能，這就形成了錨噴網(wǎng)聯(lián)合支護，能有效的支護松散破碎的軟弱巖層。金屬網(wǎng)用鋼筋直徑一般為6～12㎜，鋼筋間距一般為200～400㎜。,4、錨網(wǎng)帶支護 錨網(wǎng)帶支護由錨桿、鋼帶及金屬網(wǎng)組成。鋼帶是用扁鋼或薄鋼板制成，為了便于錨桿安裝，在鋼帶上預(yù)先鉆好孔，鉆孔形狀為橢圓形，鉆孔直徑應(yīng)由相應(yīng)錨桿直徑確定。也可采用鋼筋梯代替鋼筋帶。,5、錨索支護 錨索支護是根據(jù)礦山壓力中煤層頂板是板塊原理的假說, 讓錨索直接打在不冒落的老頂上,然后利用錨索30 t的預(yù)應(yīng)力提前把直接頂?shù)踝? 來維護巷道,減少頂板下沉量和破壞程度。 錨索是錨桿的發(fā)展和延伸，其材料一般采用既有一定剛度又有一定柔性的鋼鉸線制作，長度可達10m甚至20m以上，抗拔力可達幾百kN，是地下大斷面巷道、硐室，以及巖層有軟弱夾層時的有效支護手段。 預(yù)應(yīng)力錨索一般由錨固段、自由段和張拉端三部分組成。錨固段是錨索錨固在巖體內(nèi)提供預(yù)應(yīng)力的根基；自由段式連接錨固段與張拉端的錨體部分；張拉端是錨索位于孔口的外露部分。,錨索支護圖示例,四、錨桿支護施工要求、施工質(zhì)量檢測,（一）、支護材料（以沈煤集團西馬煤礦中厚煤層為例） 1、頂板使用∮20mm螺紋鋼等強錨桿，錨桿長2.0m，錨深1.9m，間排距為0.80.9m； 2、頂板使用∮15.5mm 鋼鉸線錨索，錨索長9.0m，錨深8.7m，沿巷中布置3-3方式，間排距為1.21.8m； 3、巷幫使用∮20mm螺紋鋼等強錨桿，錨桿長1.80m，錨深1.70m，間排距為0.80.9m；,4、柔性鋼帶采用∮8mm以上鋼絲繩制成，長4.2m，眼距0.8m；金屬網(wǎng)規(guī)格為1.110m； 5、錨桿托盤厚度不小于8mm，錨索托鋼使用礦工鋼制作； 6、樹脂錨固劑使用數(shù)量：頂板完整無節(jié)理時，錨桿使用1個錨固劑，錨索使用3個錨固劑；若頂板遇斷層、節(jié)理、破碎及煤幫松軟時，錨桿使用2個錨固劑，錨索使用4個錨固劑；,（二）、打錨桿、錨索眼方法 打眼前要先敲幫問頂，確認安全后方可開始工作。眼位要準確，誤差100mm。眼深度應(yīng)與錨桿或錨索長度相匹配。 （三）、安裝錨桿、錨索程序 把樹脂錨固劑送入眼口，先用錨桿或錨索頂住樹脂錨固劑推至眼底，再用鑿巖機或錨桿鉆機進行旋轉(zhuǎn)攪拌，時間為8-15秒，直至達到設(shè)計深度。攪拌后要等待40秒鐘再取下鑿巖機或錨桿鉆機，而后安裝托盤，緊固螺母或托鋼鎖具。錨桿或錨索眼打完后立即進行安裝，其順序由外向里逐排進行。,（四）支護質(zhì)量保證措施 1、錨桿或錨索打設(shè)角度必須盡量與巖層層面或巷道輪廓線垂直布置。控制好錨桿或錨索錨深，保證頂錨桿外露長度大于40mm，小于60mm；幫錨桿外露長度大于20mm，小于50mm，螺母必須擰緊，錨索外露長度不大于350㎜；錨桿（索）誤差角度5。錨桿間排距誤差100mm。 2、施工期間錨索托體使用礦工鋼，沿前掘方向布置，保證巷道托鋼上線。,3、安裝頂及幫錨桿時必須使用套頭，確保樹脂錨固劑得以充分攪拌，錨固力達到規(guī)定要求，錨桿、錨索打設(shè)完后必須及時緊固、鎖牢。 4、頂網(wǎng)及幫網(wǎng)全部要沿巷道斷面鋪設(shè)并且金屬網(wǎng)必須拉直繃緊，貼緊幫頂，網(wǎng)間壓茬范圍在100mm～200mm之間，網(wǎng)間壓茬用12#或14#鐵線均勻扭結(jié)牢固，其扭結(jié)間距不大于300mm。 5、柔性鋼帶緊貼頂板拉緊，錨桿或錨索必須在柔性鋼帶固定位置內(nèi)打設(shè)。柔性鋼帶安裝時，扭距＜100mm。,（五）錨桿錨索支護施工的安全技術(shù)措施,1）施工期間，必須設(shè)專人經(jīng)常檢查工作面及已掘巷道錨桿、錨索的支護情況，如發(fā)現(xiàn)托盤變形、托盤未接實幫頂，錨桿、錨索失效等情況，要及時在其周邊200mm以內(nèi)補打錨桿、錨索。 2）打錨桿或錨索眼、安裝錨桿或錨索期間，施工人員要避開釬桿、錨桿或錨索可能下滑墜落的范圍。,3）進行錨桿拉力試驗期間，施工人員必須避開拉拔器缸體可能墜落的范圍，若拉拔發(fā)現(xiàn)有不合格錨桿及時按規(guī)定進行補打。 4）打頂錨桿時工作人員必須站在安全地點，由外向里、由中間向兩邊進行打設(shè)，如前探梁占據(jù)錨桿位置，可以先打完其它錨桿后，退出前探梁再打剩余錨桿，必須是打完所有頂錨桿后，再打幫錨桿。,5）在打錨桿、錨索眼過程中，必須注意巖性變化，保證錨桿末端固定在穩(wěn)定巖層內(nèi)不小于0.3m，錨索末端固定在穩(wěn)定巖層內(nèi)不小于1.0m。當鉆具鉆進速度異常時（如發(fā)現(xiàn)煤線、巖石變軟等情況），必須立即向礦有關(guān)部門匯報，及時采取加長錨桿、錨索或架金屬棚支護等措施。,6）施工過程中過斷層、遇頂板有壓力顯現(xiàn)、圍巖破碎帶時，循環(huán)進度不得大于1.0m，且該段及前后各3.0m范圍內(nèi)的錨桿、錨索必須加密，錨桿間距不變，排距由0.9m改為0.7m；錨索間距不變，排距由1.8m改為1.4m；頂板掛雙層金屬網(wǎng)；若頂板破碎嚴重，網(wǎng)兜較多時，必須及時采取備金屬棚進行加強支護。,（六）錨桿支護質(zhì)量的檢驗 為保證錨桿支護質(zhì)量，必須對錨桿施工加強技術(shù)管理和質(zhì)量檢查，主要檢查錨桿孔直徑、深度、間距及螺帽的擰緊程度，并對錨桿錨固力進行抽查檢驗，常用設(shè)備是ML-20型錨桿拉力計。,《掘進質(zhì)量驗收標準》規(guī)定： 頂板錨桿的錨固力必須達到100KN（拉拔器壓力表讀數(shù)20MPa）以上，每300根錨桿做一組錨桿拉拔試驗，每組拉拔3根錨桿，并做好詳細記錄 錨索預(yù)應(yīng)力必須達到200KN以上，并做好記錄。,（七）煤巷錨桿支護監(jiān)測 頂板離層儀是一種檢測頂板巖層移動的專用監(jiān)測儀器。它可以分別顯示錨桿長度范圍內(nèi)和錨桿同范圍外的頂板巖層的離層情況。為煤礦工程技術(shù)人員和監(jiān)測工作人員提供確定錨桿的長度、抗拉強度，了解所使用錨桿的合理性、經(jīng)濟性而需要的科學(xué)依據(jù)。從而有效的防止頂板坍落事故的發(fā)生，確保煤礦安全生產(chǎn)。,觀測管理：《掘進質(zhì)量驗收標準》規(guī)定，每50m設(shè)一離層監(jiān)測儀。 頂板離層儀主要有基點錨固器、鋼絞線、套筒、游標、拉緊螺絲組成。,技術(shù)特性,離層監(jiān)測儀,五．《煤礦安全規(guī)程》關(guān)于錨桿支護的有關(guān)規(guī)定,第四十四條 采用錨桿、錨噴等支護形式時，應(yīng)遵守下列規(guī)定： (一)錨桿、錨噴等支護的端頭與掘進工作面的距離，錨桿的形式、規(guī)格、安裝角度，混凝土標號、噴體厚度，掛網(wǎng)所采用金屬網(wǎng)的規(guī)格以及圍巖涌水的處理等，必須在施工組織設(shè)計或作業(yè)規(guī)程中規(guī)定。 ,（五）軟巖使用錨桿支護時，必須全長錨固。 （七）錨桿必須按規(guī)定做拉力試驗。煤巷還必須進行頂板離層監(jiān)測，并用記錄牌板顯示。對噴體必須做厚度和強度檢查，并有檢查和試驗記錄。在井下做錨固力試驗時，必須有安全措施。 （八）錨桿必須用機械或力矩扳手擰緊，確保錨桿的托板緊貼巷壁。,謝謝,