锚杆索支护理论

锚杆索支护理论（共7篇）

锚杆索支护理论 篇1

锚杆支护理论研究的目的是弄清楚锚杆、锚索与围岩之间的相互作用关系，从而为锚杆支护设计提供理论基础。

第一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 对于锚杆杆体本身来说，由于杆体长度方向的尺寸远大于其他两个方向的尺寸，所以力学上属于杆体。这种构件主要可以提供两方面的作用，一是抗拉，二是抗剪。至于杆体的抗弯能力和抗压能力是非常小，可忽略不计。

1、锚杆的抗拉作用

锚杆杆体所能承受的拉断载荷计算：

式中P—锚杆拉断载荷，N；

d—锚杆直径，mm； —锚杆钢材抗拉强度。

2、锚杆的抗剪作用

锚杆杆体所能承受的剪切载荷计算：

式中Q—锚杆剪切载荷，N；

d—锚杆直径，mm； —锚杆钢材剪切强度。

二、锚杆托板的作用

一是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，并使预紧力扩散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的张开，实现锚杆的主动、及时支护作用； 二是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。

托板力学性能应与锚杆杆体的性能匹配，才能充分发挥锚杆的支护作用。托板强度不足、安装质量差、受较大偏载都会显著降低锚杆的作用。

对于端部锚固锚杆，托板是锚杆尾部接触围岩的构件，通过托板给锚杆施加预紧力，传递围岩载荷至锚杆杆体，托板本身失效，以及托板下方的围岩松散脱落，导致托板与表面不紧贴，都会使锚杆失去支护作用。

托板对全长锚固锚杆的受力分布有明显的影响。无托板时锚杆轴力在巷道表面处为零，在一定深度达到最大值，剪力在轴力最大处为零；有托板时，由于锚杆施加的预紧力和围岩通过托板作用在锚杆杆体上的力，使得锚杆轴力在巷道表面处达到一定值，而且使锚杆轴力最大的位置向孔口移动，更接近巷道表面。

三、锚固剂的作用

锚固剂的作用是将钻孔孔壁岩石与杆体粘结在一起，使锚杆发挥支护作用。同时锚固剂也具有一定的抗剪与抗拉能力，与锚杆共同加固围岩。

1、锚固剂的粘结作用

在拉拔作用下，杆体锚固段剪应力分布为负指数曲线。

2、锚固剂的抗拉与抗剪作用

我国树脂锚固剂的抗拉强度一般可取11.5MPa，抗剪强度一般可取35MPa。

3、端部锚固与全长锚固的区别

对于端部锚固锚杆，锚固剂的作用在于提供粘结力，使锚杆能承受一定的拉力。对于全长锚固锚杆，锚固剂的作用比较复杂，主要有两方面：将锚杆杆体与钻孔孔壁粘结在一起，使锚杆随着岩层移动承受拉力。当岩层发生错动时，与杆体共同起抗剪作用，阻止岩层发生滑动。对于端部锚固锚杆，杆体各部位的应力和应变相等。在锚固范围内，任何部位岩层的离层都均匀地分散到整个杆体的长度上，导致杆体受力对围岩变形和离层不敏感，支护强度低。对于全长锚固锚杆，这种分散是不可能的，致使应力、应变沿锚杆长度方向分布极不均匀，离层和滑动大的部位锚杆受力很大，杆体受力对围岩变形和离层很敏感，能及时抑制围岩离层滑动，支护强度高。这是端部锚固锚杆与全长锚固锚杆的根本区别。

四、钢带的作用

钢带是锚杆支护系统中的重要构件，对提高锚杆支护整体支护效果、保持围岩的完整性起着关键作用。其作用主要表现在以下3方面：

1、锚杆预紧力和工作阻力扩散作用。

2、支护巷道表面，改善围岩应力状态作用。

3、均衡锚杆受力，提高整体支护作用。

五、网的作用

1、维护锚杆之间的围岩，防止破碎岩块垮落。

2、紧贴巷道表面，提供一定的支护力，一定程度上改善巷道表面岩层受力状态。同时，将锚杆之间岩层的载荷传递给锚杆，形成整体支护系统。

3、网不仅能有效控制巷道浅部围岩的变形和破坏，而且对深部围岩也有良好的支护作用。有的巷道虽然表面围岩已破坏，但没有松散、垮落，网作为传力介质，使巷道深部围岩仍处于三向应力状态，提高岩体的残余强度，显著减小围岩松散、破碎区范围，同时保证了锚杆的锚固效果。

第二节锚杆支护理论

锚杆支护是一种主动支护形式，它是通过锚杆及其辅助构件与锚固范围的围岩形成锚固结构体，利用锚杆的横向作用提高锚固范围岩体的强度参数，锚杆的轴向作用改变锚固范围岩体的应力状态，从而达到提高巷道稳定性的目的。随着锚杆支护工程实践的不断丰富，锚杆支护的理论计算模型已有许多有价值的成果。这些理论都是以一定的假说为基础的，各自从不同的角度、不同的条件阐述锚杆支护的作用机理，而且力学模型简单，计算方法简便易懂，适用于不同的围岩条件，得到了国内外的承认和应用。

目前，较成熟的理论主要可归纳为三大类：

一、基于锚杆的悬吊作用而提出的悬吊理论、减跨理论。

1、悬吊理论

锚杆上端锚固在围岩内部较坚硬的岩石中，把一层或几层稳定(或不稳定)且比较平而薄的直接顶板通过锚杆下端的托板及螺栓，锚固在比较坚硬的岩层上，从而起到了悬吊作用。锚杆的悬吊作用理论能很好地解释锚杆长度范围内存在稳定岩层的情况，但不能说明松软岩层高度超出锚固范围情况下的锚杆作用机理。只适用于巷道顶板，不适用于帮、底。且开掘巷道的顶板在一定范围内，必须有坚硬稳定的岩层。当跨度较大的软岩巷道中普氏拱高往往超过锚杆长度，或顶板软弱岩层较厚，围岩破碎区范围较大时，无法将锚杆锚固到上面坚硬岩层或者未松动岩层上，悬吊理论就不适用了。

2、减跨理论 包括两方面的内容：一是基于松散介质的自然冒落拱理论提出的锚杆作用原理，其依据是冒落拱高度与跨度成正比关系，认为利用锚杆的悬吊作用可增加顶板岩层的支点，从而减小支点间的跨距，进而达到降低冒落拱高度、减小所需支护强度的目的；二是基于梁的理论而提出的锚杆作用原理，即当巷道顶板为层状岩层时，其变形特性近似于梁的性质，此时锚杆的作用是缩短梁的跨距，以减小其中的横向应力产生的弯矩及弯矩产生的弯曲应力，尤其是弯曲拉应力，从而提高顶板的稳定性。从以上两种情况可以看出，减跨理论中的锚杆作用机理以及适用条件与悬吊理论等同，即需要以稳定岩层或稳定岩层结构为依托。

二、基于锚杆的挤压加固作用而提出的组合梁理论、加固拱理论以及楔固理论。

1、组合梁理论

通过锚杆的轴向作用力将顶板各分层压紧，以增强各分层间的摩擦作用，并借助锚杆自身的横向承载能力提高顶板各分层间的抗剪切强度以及层间粘结程度，使各分层在弯矩作用下发生整体弯曲变形，呈现出组合梁的弯曲变形特征，从而提高了顶板的抗弯强度。适用于顶板由多层厚度小的连续性岩层组成的巷道支护。巷道帮、底不能应用。

2、加固拱理论(挤压加固理论)通过系统的布置锚杆，使巷道拱顶节理发育的岩体串联在一起，沿巷道的断面形成一个连续的具有自承受能力的拱形压缩带，使岩层得到补强，成为一个整体结构，支承其自身重量和上部的顶板压力。对于平顶巷道的层状连续性顶板而言，挤压加固理论等同于组合梁理论，此时，锚杆的挤压加固作用既可使层状顶板形成组合梁结构，从而提高了其抗弯强度，又可改善岩层的应力状态，使岩层沿平行于岩层层理方向的抗压强度得到提高。本理论适用性较强，几乎适用于所有的围岩条件。

3、楔固理论

主要是针对巷道围岩中的围岩有时会沿其中的弱面滑移而提出的围岩加固理论。当巷道围岩中的部分岩体被其中的弱面切割为块体时，其稳定性状况一定程度上将取决于对关键块体的维护情况，因为这种条件下围岩的失稳大多起因于关键块体的失稳。对此可将锚杆沿与弱面相交的方向布置，并借助锚杆的抗拉、抗剪、抗弯等作用防止围岩发生滑动甚至脱离岩层而冒落，从而保持巷道围岩的整体稳定性。

三、综合锚杆的各种作用或基于特殊条件而提出的最大水平应力理论、围岩松动圈理论、围岩强度强化理论、锚杆桁架支护理论、锚固平衡拱支护理论、锚注支护理论。

1、最大水平应力理论

巷道围岩的水平应力有时会大于垂直应力，此时，巷道顶、底板的稳定性主要受水平应力的影响；水平应力具有明显的方向性，巷道轴向与最大水平应力之间的夹角不同，水平应力对顶、底板稳定性的影响程度也会有所差异：

①与最大水平应力方向平行的巷道受其影响最小，顶、底板稳定性最好；

②与最大水平应力方向成锐角的巷道的顶、底板变形破坏偏向巷道的某一帮； ③与最大水平应力方向垂直的巷道受其影响最大，顶、底板稳定性最差。

基于该理论，英国学者研究发现，在深部开采的高应力环境下，最大水平应力的作用使顶、底板岩层发生剪切破坏而出现错动和膨胀，造成围岩变形，随着变形的发展，顶板对支护的载荷迅速增长，并使支护系统发生破坏。在这种作用下，锚杆的作用应当是在顶板变形的早期阶段提高其稳定性，以控制顶板后期变形的严重程度。即锚杆的加固应在顶板岩层发生松动膨胀变形之前进行，而不是等顶板已经松动破坏、几乎丧失自承能力后才被动地承受围岩压力。同时，应充分重视垂直应力对两帮的影响：顶板锚固后，两帮垂直应力集中区更靠近巷帮表面，控制两帮破坏，防止顶板有效跨度超过顶板锚杆的有效支护范围，对围岩稳定极为重要。

2、围岩松动圈支护理论 基于巷道围岩状态特征的研究，董方庭教授等提出了松动圈支护理沦，并提出了关于锚杆作用机理的动态解释。认为在矩形巷道围岩中，锚杆除了可以发挥悬吊作用以外，形成组合拱是其主要的支护作用，即破裂顶板在锚杆锚固力作用下可以形成具有一定强度和厚度的锚固层，随着顶板的下沉变形，锚固层将达到新的平衡状态，形成压力拱或称之为裂隙体梁式的平衡结构。

3、围岩强度强化理论

通过对处于不同物性状态岩体加锚前后的力学性质的研究，侯朝炯教授等提出了巷道锚杆支护围岩强度强化理论。巷道锚杆支护的实质是锚杆和锚固区域岩体相互作用，并形成统一的承载结构；锚杆支护可以提高锚固体强度破坏前、后的力学参数，改善锚固体的力学性能；锚杆作用可以提高围岩各状态下的强度值，使巷道围岩强度得到强化。通过对巷道底臌机理的深入研究，侯朝炯教授提出了加固巷道帮、角控制底臌的理论及方法，为巷道底臌的防治提供了一条有效、实用的途径。

4、锚杆桁架支护理论 出现于20世纪60年代，人们通过对其支护机理的研究认为桁架锚杆的作用原理属于挤压加固一类，锚杆桁架对巷道围岩的加固作用主要表现在以下三个方面：

①改变巷道顶板的应力状态。即随着锚杆桁架预紧力的增加，顶板中部的拉应力将减小，甚至出现压应力，使顶板不受拉应力，从而弥补岩体抗拉强度较小的弱点； ②促进顶板裂隙体梁的形成。当巷道开挖在层状岩体中时，顶板的破坏和变形可以用“岩梁”理论来分析，它的稳定性取决于裂隙体梁的成拱作用； ③提高顶板裂隙体梁拱座处的抗滑动性能。根据静力平衡原理，当岩梁拱座处的抗剪切能力过低时，顶板将发生整体剪切滑动。桁架预紧力引起的主动作用将与拱座处的水平推力叠加，增大了该危险部位岩石或不连续面的摩擦阻力，从而提高顶板裂隙体梁在拱座处的剪切强度。

5、锚固平衡拱支护理论

根据困难条件下锚杆支护成拱的重要作用，煤炭科学院北京开采研究所的林崇德高工提出了锚固平衡拱支护理论。其主要内容包括：①煤巷软弱顶板岩层在矿山压力作用下经历压缩变形的过程；②锚固岩层没有整体达到塑性破坏之前，顶板岩层仍可视为岩梁；③锚固岩层整体进入破坏阶段后，岩层已经不是一个连续体；④锚固支架是否具有较大的承载能力和变形能力，取决于顶板岩层的力学性质和锚杆的成拱作用大小；⑤锚固支架形成锚固平衡拱的关键是通过锚杆的作用保持锚固岩层的整体性。

6、锚注支护理论

通过对软岩巷道围岩控制方法的研究，陆士良教授提出了外锚内注式的支护方法。认为软岩巷道围岩的破裂范围及变形量都很大，传统的刚性支护难以适应，而单纯的锚杆支护或组合锚杆支护欲使破裂岩体处于挤紧状态，从而形成平衡拱也难以实现。对于节理裂隙发育的软岩，采用注浆的方法可以改变其松散结构，提高粘结力和内摩擦角，提高围岩的整体性和强度系数，从而形成一个注浆加固圈，为锚杆提供可靠的着力基础，使其能够充分发挥悬吊、组合等基本功能，对注浆加固圈以下的松碎岩石起到支护的作用。这种支护方式的提出极大地拓宽了锚杆支护技术的应用范围。第三节锚杆支护机理要点

1、锚杆支护的主要作用在于控制锚固区围岩的离层、滑动、裂隙张开、新裂纹产生等扩容变形与破坏，使围岩处于受压状态，抑制围岩弯曲变形、拉伸与剪切破坏的出现，最大限度地保持锚固区围岩的完整性，减小锚固区围岩强度的降低，使围岩成为承载的主体。在锚固区内形成刚度较大的预应力承载结构，阻止锚固区外岩层产生离层，同时改变围岩深部的应力分布状态。锚杆支护对岩石的弹性变形、峰值强度之前的塑性变形控制作用不明显，要求支护系统应具有一定的延伸性，使围岩的弹性变形、产生明显扩容变形之前的塑性变形得以释放。

2、锚杆支护系统的刚度十分重要，锚杆预紧力及其扩散起着决定性作用。根据巷道条件确定合理的预紧力，并使预紧力实现有效扩散是支护设计的关键。单根锚索预紧力的作用范围是很有限的，必须通过托板、刚度和金属网等构件将锚杆预紧力扩散到离锚杆更远的围岩中。特别是对于巷道表面，即使施加很小的支护力，也会明显抑制围岩的变形与破坏，保持顶板的完整。护表构件在预应力支护系统中发挥极其重要的作用。

3、锚杆支护系统存在临界支护刚度，即使锚固区不产生明显离层和拉应力区所需要支护系统提供的刚度。支护系统刚度小于临界支护刚度，围岩将长期处于变形和不稳定状态；相反，支护系统的刚度达到或超过临界支护刚度，围岩变形得到有效抑制，巷道处于长期稳定状态。支护刚度的关键影响因素是锚杆锚杆预紧力，因此存在锚杆临界预紧力值。当锚杆预紧力达到一定数值后，可以有效控制围岩变形和离层，而且锚杆受力变化不大。

锚杆索支护理论 篇2

关键词：支护机理,围岩应力,组合作用

0 引言

锚杆索耦合作用支护体, 能使巷道开挖引起表面围岩单向和双应力状态变为三向状态, 且耦合作用使锚杆在其长度范围内的岩体内部形成具有一定承载能力的内部支护结构。可以提高巷道围岩的内聚力和内摩擦角, 增加了锚杆锚固范围内围岩的强度和内部支护结构的承载能力, 阻止巷道围岩极限平衡区的扩大, 减小巷道围岩的变形, 使巷道处于稳定状态[1,2]。

1 矿井概况

四明山煤业9#煤层位于太原组 (C3t) 中部, 上距3#煤层59.14 m, 煤层厚度0 m~3.50 m, 平均1.28m, 属薄~中厚煤层, 夹矸0层~1层, 结构简单稳定的大部可采煤层, 顶板多为泥岩和砂质泥岩, 底板为砂质泥岩。井田总体构造简单。

以南翼胶带下山巷道为研究对像, 运用FLAC数值软件分别模拟四种方案:无支护、锚杆支护、锚索支护和锚杆、索联合支护。

2 围岩力学参数

对南翼胶带下山巷道顶板进行取样, 钻孔深度16m, 加工成标准试件, 运用电子式万能材料试验机对岩样进行单轴抗压强度测试, 钻孔范围内顶板岩层为:南回风巷顶板以砂质泥岩和泥岩为主, 颜色为灰色、灰黑色, 砂质泥岩完整性较好, 泥岩层理发育良好, 岩芯基本为薄片状, 完整性很差, 并夹有薄煤层, 厚度为0.5 m。主井联络巷顶板以灰岩为主, 颜色为灰黑色、红褐色, 岩层破碎, 完整性很差。围岩物理力学参数详见表1所示。

3 数值模拟方案

运用FLAC数值模拟软件中Mohr-Coulomb模型对四明山顺槽支护中锚杆、锚索支护机理进行分析研究。

3.1 试算模型

运用FLAC数值模拟软件建立模型对支护参数进行检验, 模型上边界为载荷约束, 载荷按煤层上覆岩层重量考虑, 水平边界为位移约束, 施加水平约束, 底部固定边界, 底板岩层取10 m, 9#煤层厚度3.0m, 顶板岩层取50 m, 则模型高63 m, 模型共划分45 750个单元, 56 825个节点, 建立数值计算模型, 施加边界条件。在计算时, 巷道所受压力为上覆岩层的自重, 因此, 首先模拟原岩应力状态, 在原岩应力达到平衡后, 进行位移归零, 然后再进行巷道开挖模拟, 最后开挖巷道计算达到平衡[3]。

3.2 模拟结果

图1、图2为巷道在无支护条件下的垂直应力和水平应力分布图, 图3为锚杆索组合支护应力分布图。

从图1~图3可以看出, 锚杆、锚索支护具有以下重要作用:

a) 锚杆索联合支护, 显著提高了锚杆锚固区内的压应力值;b) 在锚杆与锚索之间, 有效压应力区相互连接、重叠, 对锚杆、锚索之间围岩的主动支护作用非常明显;c) 锚索支护的实质是有效地调动顶板深部稳定围岩的承载能力。尤其是对于跨中弯矩较大的大跨度巷道, 通过增设锚索来减小跨度, 可避免造成锚杆组合拱的剪切破坏, 提高巷道围岩的稳定性[4,5]。

4 结语

巷道开掘后, 原来处于平衡状态的围岩应力受到破坏而产生应力集中并重新分布。在这一过程中, 围岩出现破坏区和塑性区, 巷道围岩逐步呈不稳定状态。锚杆索联合支护, 显著提高了锚杆锚固区内的压应力值。有效压应力区覆盖了锚杆锚固区内和锚索自由段长度范围内的大部分区域, 连接、叠加成一个范围很大的主动支护区, 有效控制住了巷道在开挖后围岩变形。

参考文献

[1]钱鸣高, 石平五.矿山压力与岩层控制[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2003.

[2]徐东强, 钱鸣高, 郭颂.不同地应力条件下锚杆支护机制数值模拟分析[J].中国矿业, 2001, 10 (4) :35-37.1·76·

[3]谭小宁, 秦昊.平顶巷道锚杆支护机理的数值模拟[J].河北理工学院学报, 2005, 27 (3) :1-5.

[4]黄靖龙.新型机械式可回收端锚杆支护机理及应用研究[D].徐州:中国矿业大学, 2009.

锚杆索支护理论 篇3

关键词：封层；乳化沥青；操作要点；注意事项

中图分类号：TU753文献标识码：A文章编号：1000-8136(2009)26-0037-04

海南东环铁路美兰机场隧道总长4 600 m，采用明挖顺作法施工。为加快施工进度，研究采用预应力锚索与钢支撑联合运用的混合支撑体系。围护结构采用钻孔灌注桩+桩间旋喷止水帷幕的型式，支撑系统采用2排锚索+1排钢支撑的型式。锚索结构采用单孔复合锚体系，即拉力分散型锚索，并采用2次高压劈裂注浆。

1工法特点

(1)锚索设计采用1桩1锚，并根据提供拉力值的不同采用2～3个锚固段。

(2)同一排相邻锚索倾角分别为10°和15°向下交错布置，以避免群锚效应。

(3)用土锚代替钢横撑作为侧壁支撑，不但可以大量节省钢材，而且能改善施工条件，提供开阔的施工空间，提高挖土和结构施工的效率和质量。

(4)锚杆施工机械及设备所需的作业空间小，可为各种地形及场地所选用。

(5)拉力分散型锚杆黏结力分布均匀，蠕变变形量小，应力峰值可降低2／3以上，地层强度利用率高。

(6)拉力分散型锚杆抗拔力与锚固长度成比例增长；同等锚固长度。抗拔力可提高30％。

(7)工程造价节约25％以上。

2适用范围

(1)土层锚杆拉锚式支护结构适用于地质条件较好、有锚固力的地层，且具备设置锚索的地下空间条件。

(2)需要为土方开挖和主体结构施工提供宽阔的空间和良好的条件、以缩短施工工期情况。

(3)合理利用土体强度传递与承受支护桩结构的拉力，尽可能减少内支撑用量。

(4)单束锚固力要求较大，锚固段周边岩土层稳定、完整。

3工艺原理

土层锚杆是指由锚头、锚筋和锚固体组成，其外端通过后台(腰梁及围檩或挡土桩身等)和锚头与挡土结构连接，另一端锚固在稳定土体中，形成以围护基坑边坡稳定的受拉构件。土层锚杆的传力过程如下：

(1)挡土结构将作用其上的、由土压力等侧压力所形成的推力传递给后台(腰梁及围檩或挡土桩身等)。

(2)经台座将此推力传递给锚头。

(3)再经锚头的锚具将此推力传递给锚杆自由段中的锚筋，使锚筋受拉。

(4)锚筋拉力借助于锚筋与锚固体(水泥结石体)之间的握裹力传递给锚固体。

(5)最后经锚固体的摩阻力将锚杆拉力传递给锚固土层。

拉力集中型锚杆和拉力分散型锚杆黏结力沿锚固段长度的分布见图1。

4施工工艺流程及操作要点

4.1施工工艺流程

土层锚杆施工的工艺流程见图2。

4.2操作要点

4.2.1桩体开孔

锚索孔穿过钻孔灌注桩时与钢筋笼钢筋有冲突，要对钢筋笼主筋位置进行调整和加强，开孔位置与调整过的钢筋笼对应。

4.2.2土层钻孔

采用湿作业法即压水钻进、全程套管跟进成孔工艺，钻出的土石用水冲刷出孔，工艺要领如下：

(1)钻孔前，根据设计要求和土层条件，定出孔位，做出标记。

(2)作业面场地要平坦、坚实、有排水沟，场地宽度>4 m。

(3)钻机就位后，应保持平稳，导杆或立轴与钴杆倾角一致，并在同一轴线上，钻进方向与护壁桩面垂直，遇有个别灌注桩高低参差不齐时，注意调整锚孔位置，防止相互交错。

(4)锚杆钻机钻头对准锚位点时，上下、左右角度要反复调整，三0者兼顾，使其符合质量标准要求。

(5)为防止涌水涌砂现象，孔口采用止水装置。水压力控制在0.15MPa～0.30MPa，注水应保持连续；钻进速度300mm／min～400 mm／min为宜。

(6)每次接钻杆时要上润滑油，先人工认扣，然后用机械上紧；不直接用机械认扣，以免将扣咬坏。

(7)每节钻杆钻进后在进行接钻前，反复提插内钻杆，并用水冲洗，彻底清孔，至出水清彻后，接下一节钻杆。

(8)遇有粗砂、砂卵石，在钻杆钻至最后一节时，将内钻杆往下多插一些，以防粗砂、卵石将套管堵塞。

(9)在钻进过程中，合理掌握钻进参数，合理掌握钻进速度，防止埋钻、卡钻等各种孔内事故。一旦发生孔内事故，应争取一切时间尽快处理，并备齐必要的事故打捞工具。

(10)钻至规定深度后，彻底清孔，用清水把孔底沉渣冲洗干净。直至孔口清水返出。

(11)钻机、钻具用完后，及时清洗保养。

钻孔涌水、涌砂的处理措施：①孔口接长套管；②钻孔时采用泥浆护壁，利用泥浆压力平衡地下水压力；③采用套管超前和钻头跟进的办法；④对于压力特别大的孔口，采用插入小管(小管出水口标高高于锚索孔出水口30 cm)，周边堵塞的办法，让孔口只流少量的水不涌砂，适当降低水位。

4.2.3锚杆杆体的组装与蛋放

(1)制作锚杆的钢绞线使用前，先进行拉伸破坏试验，检验是否满足设计强度要求。

(2)钢绞线钢丝要求平直、顺直、除油除锈。插锚索前须对锚固段进行除油脂处理，而自由段必须包裹塑料套管以与浆体隔离，达到“自由”的目的。

(3)锚索的制作应按设计尺寸下料，断好的钢绞线长度要基本一致，每根钢绞线的下料长度误差不大于50 mm。

(4)按设计要求制作锚杆，钢绞线平直排列，为使锚杆处于钻孔中心，钢绞线沿杆体轴线方向每隔1.0 m-1.5 m设置一个隔离架(定位器)，注浆管和排气管与杆体绑扎牢固。

(5)锚索体先制成单元锚索，再由2个或2个以上单元锚索组成复合型锚索。绑好的钢绞线束端部用粗铅丝绑牢，避免参差不齐或散架。

(6)杆体自由段套装塑料管，锚索自由段长度不同，施工中要区分开，各单元锚索的外漏端用不同颜色的油漆做好标记，在锚索张拉前标记不得损坏，以免弄混；锚索自由端套管注意加以保护，破损后水泥浆进入套管影响自由段长度影响拉力分配，与锚固段连接处用铅丝绑扎，避免自由段管内进浆。

(7)安放锚杆杆体时，防止杆体扭曲、压弯，注浆管随锚索一同放人钻孔。杆体放入角度与钻孔倾角保持一致，安好后使杆体始终处于钻孔中心。

(8)锚杆插入孔内的深度不应小于锚索长度的98％，钢绞线的外留量视使用的千斤顶而定，一般从护壁桩表面算起的外留量为1.0m左右。

(9)若发现孔壁坍塌，应重新透孔、清孔，直至能顺利送人锚杆为止。

4.2.4注浆与拔管

注浆采用二次灌浆技术，一次注浆采用常压注浆工艺，二次注浆采用高压劈裂注浆工艺，一次注浆的同时拔出钻机套管。注浆设备有足够的浆液生产能力和所需的额定压力，采用的注浆管能在1 h内完成单根锚索的连续注浆。

4.2.5张拉与锁定

(1)张拉程序应先分次张拉各单元锚索，以消除在相同荷载作用下因自由段长度不等而引起的弹性伸长差。

(2)因各单元锚杆自由段长度不等，为保证锚杆在工作荷载状态下受力均等，应按△lN_t ·l/E·A(N_t为锚杆的极限荷载)对自由段较长的单元锚杆预先进行变形补偿。

(3)正式张拉前应取0.1～0.2拉力设计值N_t对锚索预张拉1～2次，使锚索完全平直，各部位接触紧密。张拉时先张拉单元锚索，消除在相同荷载作用下因自由段长度不等引起的弹性伸长差，再同时张拉各单元锚索并锁定。

(4)锚索张拉荷载的分级和位移观测时间见表1。

(5)拉力分散型锚杆张拉分为3个阶段：初张拉、第一次张拉和第二次张拉(锁定)。

4.3应急措施及应急物资

4.3.1应怠措施

(1)锚索施工过程中出现涌砂的处理措施：①接长套管，钻孔时采用泥浆护壁，利用泥浆压力平衡地下水压力，可有效成孔。②注浆时加大注浆压力，确保水泥浆冲破泥浆层，保证锚索提供设计所要求抗拔力。③从地面和钻孔桩间注浆，在出现涌砂地段注水玻璃水泥双液浆，保证锚索成孔。

(2)灌注桩间止水帷幕出现漏水、涌砂的措施：①开挖时，先开挖靠近桩两侧的土方，若发现有潺水、漏砂现象，马上回填反压，并注水泥、水玻璃双液浆进行预堵处理。②发现止水帷幕出现漏水涌砂时立即停止坑内作业，并于基坑内以砂袋或土封堵漏水涌砂点。③加强周边地下水位、地表沉降的观测及桩的位移监测，一旦发现监测数据接近警戒值时应立即采取加固、回灌等措施，确保周边建筑物及基坑安全。④立即进行HDI注浆，即桩问间隙注浆，其方法是在漏水涌砂点附近的旋喷桩与钻孔灌注桩间隙打孔注浆，注浆孔距漏水点1m～2m；注浆孔径Ф110mm；注浆终压0.2MPa～0.5MPa；注浆范围在出水点上下各1m～2m范围，浆液凝固时间控制在5 s～15 s。注浆时采用拔式一次性足量连续快速灌注浆液进行封堵。⑤为保证浆液能快速凝固，提高砂土的强度和防渗性能，及时封堵漏水点，浆液一般采用水泥一水玻璃双液浆。⑥水泥—水玻璃双液浆配合比：水泥：水玻璃：氢氧化钙：磷酸氢二钠=1：0.5：0.1：0.02。水泥采用425或525普通硅酸盐水泥；水玻璃浓度39～42玻美度、模数2.4～3.4，掺入前用清水稀释成25玻美度的最佳浓度。注浆前应进行现场注浆试验，根据注浆试验确定浆液的最佳配合比及注浆终压值。

(3)基坑围护结构变形过大，基坑有失稳趋势的应急措施：①事先准备好钢支撑，增加钢支撑。②对锚索进行补张拉或增补锚索。③对基坑进行局部或全面回填，赢得时间进行支撑加固。

(4)基坑隆起的应急措施：①采取分段开挖，分段施工垫层，土方挖到设计标高时，尽量减少暴露时间，尽快浇注砼垫层，加快基础底板的施工进度；要注意做好排水，防止坑内浸水。②严禁在基坑周围搭建临时建筑物，基坑边施工机械超载严格控制在设计允许范围以下，严禁在基坑边堆土、堆料。③基坑开挖至设计标高时，加强基坑底隆起监测。当发现基坑土回弹变形过大，将危及围护结构安全时，一方面应在基坑外卸载；另一方面在基底压重，如堆砂石袋或其他压重材料，或用快凝压力注浆或高压旋喷对基底土体进行加固；周边条件允许时也可以在坑外进行深层降水减压，同时加大基坑内降水力度，但坑内降水深仍应控制在基坑底以下0.5 m左右，且不得超过1 m。

4.3.2应急物资

深基坑施工应急物资见表2。

5材料与设备

5.1材料

(1)预应力杆体材料选用钢绞线、高强度钢丝或高强螺纹钢筋。当预应力值较小或锚杆长度小于20 m时，预应力筋也可采用Ⅱ级或Ⅲ级钢筋。

(2)水泥浆体材料：水泥采用普通硅酸盐水泥，必要时采用抗硫酸盐水泥，不使用高铝水泥。细骨料选用粒径小于2 mm的中细砂。采用符合要求的水质，不得使用污水，不得使用pH值<4的酸性水。

(3)塑料套管材料：应具有足够的强度，保证其在加工和安装过程中不致损坏，具有抗水性和化学稳定性，与水泥砂浆和防腐剂接触无不良反应。

(4)隔离架应由钢、塑料或其他杆体无害的材料制作，不得使用木质隔离架。

(5)防腐材料：在锚杆服务年限内，应保持其耐久性，在规定的工作温度内或张拉过程中不开裂、变脆或成为流体，不得于相邻材料发生不良反应，应保持其化学稳定性和防水性，不得对锚杆自由段的变形产生任何限制。

5.2设备

主要机具设备见表3。

6质量控制

6.1保证项目

(1)锚杆工程所用原材料、钢材、水泥浆、水泥砂浆标号必须符合设计要求。

(2)锚固体的直径、标高、深度和倾角必须符合设计要求。

(3)锚杆的组装和安放必须符合《岩土锚杆(索)技术规程》(CECs22：90)的要求。

(4)锚杆的张拉、锁定和防锈处理必须符合设计和施工规范的要求。

(5)土层锚杆的试验和监测必须符合设计和施工规范的规定。

6.2基本项目

(1)水泥、砂浆及接驳器必须经过试验，并符合设计和施工规范的要求，有合格的试验资料。

(2)在进行张拉和锁定时，台座的承压面应平整，并与锚杆的轴线方向垂直。

(3)进行基本试验时，所施加最大试验荷载(Qmax)不应超过钢丝、钢绞线、钢筋强度标准值的0.8倍。

(4)基本试验所得的总弹性位移应超过自由段理论弹性伸长的80％，且小于自由段长度与1／2锚固段长度之和的理论弹性伸长。

6.3允许偏差

(1)钻孔直径150 mm，锚索水平、垂直方向的孔距误差不大于100 min，钻头直径不小于设计钻孔直径3 mm。

(2)钻孔轴线偏斜率不大于锚索长度的2％。

(3)锚索钻孔深度不小于设计长度，也不大于设计长度500 mm。

(4)锚固体强度不低于M100。

锚杆、锚索支护实施细则 篇4

关于印发《锚杆、锚索（锚网）支护

管理实施细则》的通知

各单位、科室：

根据**能源有限公司关于印发《锚杆、锚索（锚网）支护管理实施细则》的通知（***生发〔2018〕10号）文件精神，为加强我矿井巷锚杆、锚索（锚网）支护管理工作，积极推广应用新技术、新机具、新材料、新工艺，有效控制顶板事故，制定**煤矿《锚杆、锚索（锚网）支护管理实施细则》。同时成立我矿锚杆、锚索（锚网）支护领导小组：

组 长：*** 副组长：*** 组 员：***

特此通知。

富源县大河镇**煤矿 2018年6月18日

锚杆、锚索(锚网)支护管理实施细则

第一章 总 则

第一条 《锚杆、锚索(锚网)支护管理实施细则》（以下简称为《细则》）是在**（集团）有限责任公司各煤矿应用锚杆、锚索(锚网)支护技术经验进行总结的基础上，**集团（云南）能源有限公司聘请了**采矿科技有限公司对富源县大河镇**煤矿主斜井井筒支护方案进行了优化研究，同时结合国内先进技术和最新发展动态制定的。

第二条 锚杆、锚索(锚网)支护在国内地下工程中已经得到广泛应用，其优越性是依靠其先进性、技术性和可靠性来体现的。但在使用中要求锚杆支护设计所需数据应以井下实测数据为基础，巷道开挖以后，应立即进行地质调查，并设点对锚杆、锚索（锚网）支护与围岩变形状况进行监测，收集巷道围岩变形、锚杆、锚索支护稳定状况基础资料，对初始设计进行补充、修改、完善。

第三条 制定本细则的宗旨是在安全、高效、经济的原则下，促进锚杆、锚索(锚网)联合支护技术持续、稳定、健康发展。

第二章 锚杆、锚索(锚网)支护技术管理体制

1、煤矿要协助项目施工单位分析、处理锚杆、锚索（锚网）支护现场存在的问题，提出解决问题的办法和意见。

2、各单位对贯彻执行过程中存在的问题进行分析总结，向上级主管部门提出增补或修改意见。

3、成立**煤矿矿压观测领导小组，专职负责锚杆、锚索矿压观测并做好记录。

4、根据有关文件及相关规程，组织锚杆、锚索(锚网)支护设计、作业规程、施工技术和安全技术措施等技术文件的编制和审批。

5、从锚网支护现场管理、技术管理、安全管理等方面对项目单位实施业务领导，处理现场锚杆、锚索（锚网）支护过程中技术问题。

6、组织参与锚杆、锚索(锚网)支护工程质量验收和安全检查。

7、对锚杆、锚索(锚网)支护的材料供应、设备配备、施工管理、工程验收等进行总体监督协调。

8、负责组织对锚杆、锚索(锚网)支护监测，对观测数据进行处理和分析，提出对策并监督实施。

9、组织锚杆、锚索(锚网)支护科研项目和现场实施。

10、负责对锚杆、锚索(锚网)支护有关的各种技术文件、监测数据等进行存档管理。

11、从事锚杆、锚索(锚网)支护工作的工程技术人员要熟悉锚杆、锚索(锚网)支护机理、设计方法、监测技术、各种观测仪器仪表的使用方法，并能对数据进行处理，对监测结果进行分析。

12、各级工程技术人员与管理人员有权处置现场遇到的任何异常或危及人身安全的情况，同时必须及时向矿调度室汇报。

第三章

锚杆、锚索（锚网）支护设计

1、锚杆、锚索(锚网)支护的适用性取决于锚杆、锚索(锚网)在围岩中的短锚固拉拔试验结果。短锚固拉拔力≤50KN时，原则上不宜采用锚杆、锚索(锚网)支护。

2、锚杆、锚索(锚网)支护设计应采用以实测为基础的动态反馈设计法，设计过程包括地质力学评估---初始设计---监测与信息反馈----修改设计四个步骤。

3、锚杆、锚索(锚网)支护初始设计作为掘进工作面作 业规程的组成部分和工程质量管理的依据，经建设单位、项目工程矿总工程师主持审查，完成审批程序后生效，初始设计必须包括以下内容：

（1）、巷道名称、位置、用途以及巷道设计断面;（2）、锚杆支护布置图;（3）、锚杆几何参数（长度、直径），力学参数（强度，延伸率）;（4）、锚杆布置参数（间排距、角度）（5）、锚杆锚固参数（孔径，锚固长度）；（6）、锚杆预紧力矩（或预紧力）、设计锚固力；（7）、钢带形式、强度、规格；（8）、金属网的形式、规格；（9）、支护材料消耗；（10）、施工工艺方法；

（11）、相关安全技术措施：临时支护；（12）、验证初始设计的观测与监测方案;（13）、初始设计的补强加固措施；

（14）、巷道受采动影响时预计可能出现的问题，以及应采取的相应措施。

4、按初始支护设计施工的巷道应及时进行综合监测，并将监测结果用于验证或修改初始设计。当地质条件发生较大变化时，须依据工程监测结果和现场实际修改支护设计。

5、特殊地点的巷道断面以满足设备运输及安装、通风、行人等基本使用要求为限，并进行专门支护设计和制定特殊安全技术措施。

6、交岔点及硐室设计要充分考虑邻近巷道的平面及空间位置关系，简化巷道布置系统，减少由于巷道布置及施工 而造成围岩应力集中对巷道及硐室产生的破坏。

7、锚杆、锚索(锚网)支护设计必须采用取得《煤矿矿用产品安全标志证书》的支护材料。

8、钻孔直径、锚杆、锚索(锚网)直径和树脂药卷直径要合理匹配。钻孔直径与锚杆(锚网)杆体直径之差为4～8mm，钻孔直径与树脂药卷直径之差为3～5mm，我矿采用￠28mm钻头打眼，采用2335型树脂锚固剂。

9、锚索设计初锚固力不小于100KN,设计长度应首先考虑确保锚固到稳定岩层中的长度不小于1.0m，利用其它方式计算锚索长度和密度时必须符合锚杆、锚索支护设计规范。

第四章 锚杆、锚索(锚网)支护材料

1、项目施工单位必须建立专门的支护材料仓库，不得露天存放。树脂锚固剂必须存放在干躁、无阳光直射的库房内，并且要远离热源，一般要求库内温度为4～25°C。

2、锚杆、锚索(锚网)支护材料的仓库管理人员必须对每一批到货产品的名称、规格、数量、生产日期、到货时间、生产厂家、检验报告、产品合格证、煤矿矿用产品标志书发放情况等建册登记。出库时，采取先进先出发放顺序，做好放发登记工作，以便鉴别生产厂家和进行质量跟踪。

3、用于试验研究的新型支护材料和小批量的特种支护材料，试验前试验单位必须将“工业性试验证”和产品技术资料必须经项目工程业务主管部门审查，经批准后可在规定的试验地点使用，经技术鉴定（评议）或产品鉴定（评议）以后，方可扩大到试验地点以外的现场使用。经鉴定（评议）后的定型产品纳入企业标准管理范围。

4、树脂锚杆(锚网)杆体必须使用全螺纹等强锚杆，杆体表面形状必须保证杆体与树脂锚固剂之间产生良好的载 荷传递效果（采用井下或地面短锚固试验确认）。

5、锚杆、锚索(锚网)托盘采用拱形托盘。其中心孔壁应加工成球面形，以利与球面螺母相配套。任何形式的托盘，支承抗压强度应与锚杆(锚网)设计锚固力相配。

6、使用￠12mm螺纹钢制作钢筋梯做为锚带。钢带与托盘的组合抗穿透强度应与锚杆(锚网)设计锚固力相配。

7、采用菱形金属网、￠6.5mm钢筋网。

第五章 锚杆、锚索(锚网)支护施工

1、锚杆、锚索(锚网)支护作业必须严格按掘进工作面作业规程的有关规定进行。

2、掘进工作面作业区域内，必须按质量标准化的要求悬挂作业牌板，以便于施工和监督检查。

3、如因不可抗拒的原因造成巷道断面一侧超宽400mm或超高大于500mm时，必须采取补打锚杆、锚索(锚网)或支撑式支护等措施进行加固。

4、掘进工作面临时支护应紧跟工作面，严禁空顶作业。

5、锚杆、锚索(锚网)的安装必须采用快速安装工艺。安装时，必须先将树脂锚固剂推到孔底，然后边搅拌边将锚杆、锚索推至孔底，顶、帮锚杆螺母预紧力矩不得低于200N.m，锚杆锚固力不小于60kN（￠20mm锚杆，采用活塞面积为29.4cm的拉拔仪，读数为20.4MPa）

6、张拉锚索的预紧力不小于100KN(采用活塞面积为47.7cm的张拉机，读数为20.9MPa）。

7、安装树脂锚固剂时，要检查其性状。严禁使用过时、硬结、破裂等变质失效的锚固剂。

8、搅拌树脂锚固剂时，必须严格按产品使用说明书技术规定的搅拌时间和等待时间施工（搅拌时间8-15秒，等 2待时间10-60秒）。

9、锚杆使用2卷2335CK型锚固剂；锚索(锚网)使用5卷2335型锚固剂，其中顶部使用2卷2335CK型锚固剂，外部使用3卷2335Z型锚固剂。

10、安装锚杆、锚索(锚网)时，必须严格按设计要求放置锚固剂。当不同型号的树脂卷混合使用时，必须按凝结速度先快后慢的顺序依次放置在钻孔内中。

11、井下运输、存放树脂锚固剂应注意避免挤压、受折、受热。已破损或废弃的树脂锚固剂要妥善处理，严禁混入掘进出煤系统中。

12、围岩破碎带、应力集中区、顶板有较大淋水区以及煤层特软区等地质条件复杂地带，必须在原有支护的基础上增加支撑式支护。

13、特殊地点采用特殊支护或加强支护措施时，其支护范围延伸到巷道正常段5m以上。

14、正常锚杆(锚网)支护作业时，如遇煤炮剧烈、顶底板及两帮移近量显著增加、底板出现较大底鼓、顶板出现淋水或淋水加大、围岩层（节）理发育、突发性片帮掉渣、巷道不易成型、钻眼速度异常等情况，应停止作业、分析原因，采取有效措施后方可继续作业。

15、锚杆、锚索(锚网)支护的掘进工作面，必须配备锚索及施工机具，并掌握其施工技术。

16、锚索钻孔有淋水时，必须采用支撑式支架进行加强支护。

17、任何作业地点，不得使用作为永久支护的锚杆、锚索、锚带以及金属网等起吊设备或其它重物。

18、锚杆、锚索(锚网)支护巷道工作面其正在使用的料 场，必须备有不少于5架备用29U钢棚及相应的支护材料，以备改变支护方式和抢险之需。

19、锚杆、锚索(锚网)支护巷道应随时进行检查。对于失效或松动的锚杆、锚索(锚网)必须及时进行补打或紧固。

20、工作面如发生冒顶（片帮）事故，无论是否造成人员伤亡，必须及时向矿调度及有关职能部门进行汇报，以便及时组织分析和处理。

第六章 锚杆、锚索支护监测及质量检测

1、锚杆(锚网)支护监测分为综合监测和日常监测。监测的主要目的是验证初始设计、评估支护效果，及时发现异常并采取措施，确保巷道的稳定。

2、综合监测方案应包括以下内容：

(1)、顶板、两帮变形量，变形范围，以及变形随时间的变化规律。

(2)、顶板、两帮锚杆承载力, 以及承载力随时间的变化规律。

3、锚杆测力仪观测锚杆承载力时，每个测量断面不少于3台（与离层仪配套观测）。

4、综合监测方案要对监测频度提出明确规定。距掘进工作面100m以内一般48小时不少于一次，100m以外每周不少于一次。

5、综合监测仪器应按规定进行安设。除非监测方案另有规定，仪器应安设在巷道的中部和巷帮的中部。

6、锚杆、锚索(锚网)支护巷道应进行日常监测。施工单位负责按技术要求实施。

7、日常监测主要采用顶板离层指示仪监测顶板变形。顶板离层指示仪每20m安设一个。顶板离层指示仪应安 设在巷道的中部，交岔点处的离层指示仪应安装在交岔点的中心位置。顶板离层指示仪实行挂牌管理，其深、浅基点深度及安装初始读数等应在牌板上予以标明。

8、帮位移采用钢尺监测。

第五十四条 顶板离层指示仪深部的测点应大于锚索(锚网)上端头处深度（6.5m），浅部测点深度应大于锚杆深度（2.5m）。

10、矿压观测组对顶板离层指示仪进行测读和记录。距掘进工作面100m以内的测点，1-2天观测一次，100m以外每周不少于1次。

11、监测数据要及时处理分析，发现异常时应向矿调度室及有关领导进行汇报。有关领导主持分析，制定措施并组织落实。

12、支护设计或观测方案要明确施工巷道的顶板离层临界值。顶板离层超过临界值时，必须采取补强加固措施。

13、锚杆、锚索(锚网)支护工程质量检测由项目单位负责，每旬不少于一次。验收时选点抽查，检查点间距一般不大于50m,检查点数量不少于3个（锚固力项目查台帐）。

14、施工过程中，应每班对锚杆(锚网)安装质量进行检查。发现不符合设计要求时，应停止施工并及时采取补救措施。

15、锚杆、锚索(锚网)安装质量检测主要项目：（1）间距、排距检测；（依作业规程设计为标准）（2）角度检测；（依作业规程设计为标准）

（3）锚杆、锚索外露长度检测；（锚杆10mm-100mm，锚索150mm-250mm）

（4）锚杆、锚索托盘安装质量检测：采用现场扳动、观察实测;(5)锚杆、锚索预紧力检测。

16、锚杆(锚网)锚固力检测

用锚杆(锚网)拉拔仪进行锚杆(锚网)锚固力检测。根据检测结果评判锚杆(锚网)锚固力和安装质量。检测锚杆、(锚网)锚固力，应在现场做拉拔试验。巷道每30～50m，锚杆在300根以下，取样不小于1 组;300根以上，每增加1～300根，相应多取样一组，每组随机抽样3根（顶板1根、两帮各1根）进行检查，并作好记录。拉拔加载至锚杆设计锚固力。

(1)被抽查的3根锚杆(锚网)都应符合设计要求。若有1根锚杆(锚网)不合格，应再抽一组（3根）进行拉拔试验。如果仍不符合要求，由项目单位有关领导组织有关人员分析原因，并及时采取补救措施；

（2）支护设计或材料变更时，应做相应的拉拔试验，每组不少于3根。

17、进行锚杆拉拔试验时:(1)、对锚杆拉拔加压应缓慢均匀，直至锚杆(锚网)松动或压力表读数（数显值）达到锚杆设计锚固力数值为止;（2）、拉拔试验后，应立即重新拧紧螺母，若锚杆(锚网)因拉拔试验失效，必须及时在附近补打锚杆(锚网)。

18、铺网、锚带安装质量检验:采用现场观察实查。金属网、锚带应紧贴煤壁，网间对接牢固，网片联结视煤层松散情况，在作业规程要有明确规定，网扣间距最大不得超过200mm。

19、锚索安装质量检测：

（1）锚索排距，安装角度及锚索外露长度等，应符合设计要求，否则应重新补打。（2）用张拉设备作锚索锚固力检测。根据检测结果评判锚索安装质量状况；

（3）每20m巷道检测一根，并做好记录。

（4）锚索不得替代锚杆参与主体支护，即锚索应打在两排锚杆之间，不得打在锚杆位置代替锚杆使用。

20、破坏试验：每150m巷道，在正常施工以外，按照标准安设2根锚索、2根锚杆，48小时后进行破坏拉拔，矿压观测小组做好锚固力、锚固剂长度、搅拌情况等记录。

第七章 处 罚：

1、各施工单位要建立健全锚杆、锚索（锚网）支护管理的领导机构，落实负责部门和负责人。

2、不严格按作业规程施工，不认真执行《细则》有关规定的，造成隐患的，给与相应处罚，造成严重后果的，追究相关人员责任。

（1）锚杆、锚索安设角度不符合要求，间排距大于规定值，罚款50元/根并进行补打，补打使用材料、人工不计入工程量。

（2）锚固剂数量不足、安装顺序不对，搅拌时间短，等待时间短，预紧力小于规定值，罚款50元/根并进行补打，补打使用材料、人工不计入工程量。

（3）锚杆、锚索出露长度大于规定值，必须进行补打，补打使用材料、人工不计入工程量。

（4）网片没有按照规定搭接、链接，网片、锚带不紧贴岩壁，罚款50元/片，并按照标准进行布网。

11（5）使用失效锚固剂，不合格的锚杆、锚索、锚网、锚盘、螺帽、锁具，罚款100元/处并进行补打，补打使用材料、人工不计入工程量。

（6）没有使用与锚杆锚索配套钻头（￠28mm）打眼，眼孔内浮货没有吹净，眼孔内有水安设锚杆锚索没有汇报，罚款100元/孔，必须进行补打，补打使用材料、人工不计入工程量。

3、在同一施工地点原则上不准使用不同厂家树脂药卷。若更换不同厂家的药卷，必须做好明显的区分标记（同一排锚杆严禁使用不同厂家的锚固剂）。过期的树脂药卷严禁使用。

4、项目施工单位及矿方必须同时建立锚杆、锚索、网支护巷道监测台帐，并设置专人管理，不按规定建立台账或者台账不规范的，根据实际情况对相关人员进行50-200元处罚。

观测人员对观测记录弄虚作假的，做假台帐的，罚责任人及当事人各500元。

要求每季度对观测情况进行观测总结的，不进行观测总结的罚责任人及当事人各200元。

在井下做锚固力测定时，必须制定安全措施。

观测人员发现锚固力达不到设计要求时，离层仪超过临界值或出现异常情况的及时向有关领导回报的。有关领导 在接到报告后，及时查明原因，并采取补救措施的，并做好记录。

第八章 附则

1、本《细则》的解释权归富源县大河镇**煤矿，与公司及地方上级文件规定相抵触时，按上级文件执行。

2、本《细则》自下发之日起执行。

附录 有关名词解释：

1.杆体破坏力：锚杆(锚网)杆体能承受的极限拉力（kN）。2.锚杆拉拔力：拉拔试验时，锚杆破断或失效时极限拉力（kN）。

3.锚固力：锚杆正常工作时所承受的拉力（kN）。4.设计锚固力：设计时给定的应由锚杆承受的拉力（kN）。5.锚固剂：起粘结锚固作用的无机或有机介质。它区别于靠摩擦或锲紧作用的机械锚固装置。

6.树脂锚杆：以树脂为锚固剂，对围岩起加固作用的一套构件统称。包括树脂锚固剂、杆体，托盘、螺母与减摩垫圈等。

7.锚固长度：锚杆(锚网)的锚固剂或锚固装置与钻孔孔壁的有效结合长度。

8.端部锚固（简称“端锚”）：锚杆(锚网)的锚固长度≤500mm或锚固长度≤钻孔长度的1／4。

9.短锚固拉拔试验：用150mm标准长度的CK型树脂锚固剂及设计选用的锚杆杆体在钻孔中进行拉拔试验。试验结果用于评估岩层的可锚性和锚杆的载荷传递效果。

10.锚杆、锚索（网）支护：是指以锚杆作为巷道支护的主要形式，锚索加强支护外，还包括锚杆、锚索同其他 构件的各种组合支护，如锚喷支护、锚网支护、锚带支护等。

11.搅拌时间：安装树脂锚杆(锚网)时，对锚固剂进行连续搅拌所持续的时间（s）。

12.等待时间：安装树脂锚杆(锚网)时，从停止 搅拌树脂到开始拧紧螺母所间隔的时间（s）。

13.预紧力：安装锚杆（锚索）时，通过拧紧螺母或采用张拉方法施加在锚杆（锚索）上的力(KN)。

14.预紧力矩：拧紧螺母使锚杆达到预紧力时，施工到螺母上的力矩（N.m）。

15.锚杆、锚索快速安装（简称“快速安装”）：在相对短的时间内，使用锚杆打眼机具连续完成打锚杆眼、锚索眼，装树脂药卷、锚杆，搅拌树脂锚固剂---拧紧螺母（达至规定预紧力）的全过程。区别于在较长时间内间断作业和人工拧紧螺母的一般安装作业。

16.初始设计：根据已有资料提出的，可以依照该设计施工，但必须根据现6场监测信息加以验证或修改的锚杆、锚网(锚网)支护设计。

17.动态反馈设计：对监测信息进行解释，并据此对支护设计进行验证和修改的全过程。

18.正式设计：对初步设计进行验证或修改，在技术性、经济性以安全性等方面均能满足生产要求的支护设计。

19.原岩应力：指岩层固有的（未受采动）的应力，通常称地应力。

20.顶板离层临界值：支护设计或工程实践分析确定的锚杆(锚网)长度以内和以外顶板允许变形值。超过该值必须采取补强加固措施。21.特殊地点：指断层及围岩破碎带、应力集中区、顶板淋水区、裂隙发育区、巷道穿层地点、巷道顶板泥岩厚度大于1.0m、巷道宽度大于5.0m地段、交岔点、综采、综放工作面开切眼以及硐室等地点。

富源县大河镇**煤矿

锚杆支护原理及施工工艺 材料 篇5

一、锚杆支护原理

1、锚杆的悬吊作用

悬吊作用是指用锚杆将软弱的直接顶板吊挂在其上的坚固老顶之上。如图1所示，或者是用锚杆将因巷道开挖而引起松动的岩块连接在松动区外的完整坚固岩石上，使松动岩块不至冒落。

图1 锚杆的悬吊作用

（a）悬吊软弱层状顶板；（b）悬吊危岩 1-锚杆；2-不稳定岩层；3-危岩；4-稳定围岩

这一理论提出的较早（1952-1962年LouisA，paneK经过理论分析及实验室和现场测试提出），只有满足其前提条件时，才有一定的实用价值，在我国，由于锚杆长度一般在1.6-2.2m之间，当破碎带较大超过其锚杆长度时，采用悬吊理论无法设计支护参数，而且大量的工程实践证明，即使巷道上部没有稳固的岩层，锚杆也能发挥其作用。例如，在全煤巷道中，锚杆锚固在煤层中也能起到支护作用，这从一个侧面说明悬吊理论在应用中的局限性。

2、锚杆的组合梁理论

为了解决悬吊理论的局限性，1952年德国Jacobio等在层状地层中提出了组合梁理论。理论认为在没有稳固岩层提供悬吊支点的薄层状岩层中，利用锚杆的拉力将层状岩层组合起来形成组合梁结构进行支护，这就是锚杆组合梁作用。组合梁作用的本质在于通过锚杆的预拉应力将原视为叠合梁（板）的岩层挤紧，增大岩层间的摩擦力；同时，锚杆本身也提供一定的抗剪能力，阻止其层间错动。锚杆把数层薄的岩层组合成类似铆钉加固的组合梁，这时被锚固的岩层便可看成组合梁，全部锚固层能保持同步变形，顶板岩层抗弯刚度得以大大提高，决定组合梁稳定性的主要因素是锚杆的预拉应力及杆体强度和岩层的性质。如图2

图2 锚杆的组合梁作用（a）不打锚杆；（b）布置顶板锚杆

1-锚杆；2-层状地层

这一观点有一定影响，但是其工程实例比较少，也没有进一步的资料供锚杆支护设计应用，尤其是组合梁的承载能力难以计算，而且组合梁在形成和承载过程中，锚杆的作用难以确定。另外，岩层沿巷道纵向有裂缝时，梁的连续性问题、梁的抗弯强度等问题也难以解决。

3、挤压加固拱作用

形成以锚杆头和紧固端为顶点的锥形体压缩区。如将锚杆沿拱形巷道周边按一定间距径向排列，在预应力作用下，每根锚杆周围形成的锥形体压缩区彼此重叠联结，在围岩中形成一连续压缩带。它不仅能保持自身的稳定，而且能承受地压，组织上部围岩的松动和变形。

显然，对锚杆施加预紧力是形成加固拱的前提。如图3

图3 锚杆的加固拱作用

（a）锚固层组合拱；（b）压力拱效应

4、锚杆锲固作用

是指在围岩中存在一组或多组不同产状的不连续面的情况下，由于锚杆穿过这些不连续面，防止或减少了围岩沿不连续面的移动。如图4。

бbббpcosα+бbsinααбpb22αбpбpбpбpsinαcosα节理面(бp-бb)sinαcosα顶板线节理面顶板线б锚杆的楔固作用b锚杆的楔固作用бb

5、锚杆的减跨作用

如果把不稳定的顶板岩层看成是支撑在两帮的叠合梁，由于可视悬吊在老顶上的锚杆为支点，安设了锚杆就相当于在该处打了点柱增加了支点而减少了顶板的跨度，从而降低了顶板岩层的弯曲应力和挠度，维持了顶板与岩石的稳定性，使岩石不易变形和破坏。这就是锚杆的“减跨”作用，它实际上来源于锚杆的悬吊作用。

上述几种锚杆支护作用并非是孤立存在的，实际上是相互补充的综合作用，只不过在不同地质条件下，某种支护作用占的地位不同而已。

二、锚杆支护作用机理分析

巷道开掘以后，由于受掘进工作面迎头及两帮的支撑，顶板下沉和变形很小。此时安装锚杆，其主要作用是控制顶板浅部岩层的离层、滑动。锚杆安装越及时，预应力越大，则锚固范围内岩层的整体刚度越高，岩层处于压缩状态，岩层间不发生离层和弯曲变形等有害变形，岩层的完整性和整体强度得到保持。

相反，如果锚杆没有预应力，则只有当岩层产生一定变形时锚杆才有载荷，显然不能控制在这以前顶板岩层的离层和错动，导致顶板从浅部向深部逐渐离层、破坏，失去完整性与稳定性。预应力太小也不能起到有效约束顶板离层的作用。如果锚杆安装不及时，较大范围内的岩层已产生离层、滑动，岩层承载能力丧失很大，再打锚杆，支护效果效果会受到明显影响。综上所述，提出锚杆支护机理的要点为：

(1)锚杆支护主要作用在于控制锚固区围岩的离层、滑动、裂隙张开、新裂纹产生等扩容变形与破坏，尽量使围岩处于受压状态，抑制围岩弯曲变形、拉伸与剪切破坏的出现，最大限度地保持锚固区围岩的完整性，提高锚固区围岩的整体强度和稳定性。

(2)在锚固区内形成刚度较大的次生承载结构，阻止锚固区外岩层产生离层，同时改善围岩深部的应力分布状态。

(3)为了实现上述支护效果，锚杆支护系统的刚度十分重要，特别是锚杆预应力起着决定性作用。根据巷道围岩条件确定合理的锚杆预应力是支护设计的关键。当然，较高的预应力要求锚杆具有较高的强度。

(4)锚杆预应力的大小对支护效果非常重要，锚杆预应力的扩散同样重要。单根锚杆预应力的作用范围是很有限的，必须通过托板、钢带和金属网等构件将锚杆预应力扩散到离锚杆更远的围岩中。特别是对于巷道表面，即使施加很小的支护力，也会明显抑制围岩的变形与破坏，保持顶板的完整。因此，钢带、金属网等护表构件在预应力支护系统中发挥重要的作用。

(5)鉴于锚杆支护的上述作用，锚杆支护应尽量一次支护就能有效控制围岩变形与破坏，避免二次支护和巷道维修。

三、锚杆施工工艺

1、打锚杆眼

（1）打眼前，首先严格按中、腰线（或激光线）检查巷道断面规格，不符合设计要求时必须先进行处理；

（2）打眼前要先按照由外向里、先顶后帮的顺序。

（3）打设锚杆眼前必须严格执行“敲帮问顶”制度，处理好浮石及罩头，确认安全后方可作业。

（4）锚杆眼位置要准确，眼位误差不得超过100mm，眼向误差不得大于15°。锚杆眼深度应与锚杆长度相匹配，打眼时应在钻钎上做好标志，严格按锚杆长度打锚杆眼。

（5）打锚杆眼严禁戴手套。

（6）严格杜绝出货支护平行作业。

2、安装锚杆

树脂锚杆的安装工序包括装锚固剂、插入杆体、搅拌树脂锚固剂、等待固化，以及拧紧螺母，使锚杆达到设计预紧力。

（1）安装前应将眼孔内的积水、岩粉用压风吹扫干净。吹扫时，操作人员应站在孔口一侧，眼孔方向不得有人。

（2）装树脂锚固剂。在装树脂锚固剂前，应检查锚固剂是否过期、硬化或损坏，这些锚固剂严禁使用。按设计要求的树脂锚固剂型号、数量、顺序，依此装入钻孔内。

（3）插入杆体。锚杆杆体套上托板并带上螺母，杆尾通过安装器与锚杆钻机机头连接，杆体端部插入已装好树脂锚固剂的钻孔中，升起锚杆钻机，利用杆体将孔口处的树脂锚固剂送入孔底。

（4）搅拌树脂锚固剂。利用锚杆钻机带动锚杆杆体旋转搅拌树脂锚固剂，随即快速旋转8-15秒后停转，等待锚固剂凝固。（5）拧紧螺母施加预紧力。继续保持推力60秒后，采用锚杆钻机拧紧螺母，压紧托盘，给锚杆提供一定的预紧力。当锚杆钻机的扭矩力不能满足锚杆设计预紧力的要求时，必须采取扭矩扳手、扭矩倍增器或锚杆张拉器等设备对锚杆施加预紧力。

（6）安装锚杆时必须保证四人作业，两人用手托住钢带紧贴顶板。一人操作钻机，另一人安装锚杆(禁止带手套，防止转动中绞手伤人)。

3、锚杆安装顺序

先支护顶板锚杆，待出货完毕后，再支护两帮锚杆。严格杜绝锚杆穿皮。

四、施工注意事项：

1、成孔质量包括三个方面

(1)孔直度要高，即接换钻杆时，应确保钻机位置不动，保持一条中心线；

(2)孔深应准确，即要求采用与锚杆等长的钻杆完成钻孔，误差不能大于2cm；

(3)孔壁要清洁，钻孔完成后，应反复冲刷直至孔内出清水，不留煤岩粉。

2、保证锚杆具有较高的初锚力

(1)搅拌及时，匀速搅拌至孔底，并保证整个搅拌时间达到30s；(2)等待充分，确保50s后树脂凝固一次上紧；

(3)掉顶处应及时采用各种规格的木楔调节，木楔位置必须放置在钢带和金属网之间，使金属网紧贴岩面；

(4)采用锚杆钻机检查螺母扭紧程度时，单体锚杆钻机不能继续转动；

(5)必须有专人对锚杆进行二次加扭，使锚杆的预紧力达到设计要求。

3、锚杆安装合格应有以下几个标志

锚杆索支护理论 篇6

培训到现场

授课名称：锚杆支护工的岗位责任制备 课 人：李利东职

务：生产科副科长时

间：

培

训

教

案

2012年10月6日

一、教学的目的与意义

第一 让锚杆支护工了解自己的岗位职责与操作前应当注意的安全事项，应当进行哪几方面进行手指口述安全确认；第二

提高锚杆支护工对设备运转原理性的认识情况及机具操作娴熟性，从而减少锚杆支护的时间，提高支护质量，加快施工进度；第三

通过事故案例来了解锚杆支护工的操作前注意事项及岗位危险源辨识内容。

二、教学内容

锚杆支护工上岗条件

1、锚杆支护工必须经过专门培训、考试合格后，方可上岗。

2、锚杆支护工必须掌握作业规程中规定的巷道断面、支护形式和支护技术参数和质量标准等；熟练使用作业工具，并能进行检查和保养。

岗位操作前的确认内容

1、备齐锚杆、锚网、锚梁等支护材料和施工机具。

2、检查施工所需风、水管路。

3、检查锚杆、锚固剂等支护材料是否合格。

4、按中腰线检查巷道毛断面的规格、质量，处理好不合格的部位。

5、对施工锚杆的地方进行“敲帮问顶”作业。

（1）应由两名有经验的人员担任这项工作，一人敲帮问顶，一人观察顶板和退路。敲帮问顶人员应站在安全地点，观察人应站在找顶人的侧后面，并保证退路畅通。

（2）敲帮问顶应从有完好支护的地点开始，由外向时，先顶部后两帮依次进行，敲帮问顶范围内严禁其他人员进入。（3）用长把工具敲帮问顶时，应防止煤矸顺杆而下进入。（4）顶帮遇到大块断裂煤矸或煤矸离层时。应首先设置临时支护，保证安全后，再顺着裂隙、层理敲帮问顶，不得强挖硬刨。

（5）严禁空顶作业，临时支护要紧跟工作面，其支护形式、规格、数量、使用方法必需在作业规程中规定。放炮前最大空项距不大于锚杆排距，放炮后最大空项距不大于锚杆排距+循环进度。

（6）煤巷两帮打锚杆前前手镐刷至硬煤，并保持煤帮平整。

锚杆支护工的岗位责任制

1、在掘进队长的领导下，负责本掘进工作面的锚杆支护工作。

2、熟悉掘进工作面的名称、巷道的规格、尺寸、用途和施工工艺。

3、熟悉并掌握锚固施工作业规程及安全技术规定，掌握掘进工程的一般规定。

4、掌握锚杆巷道的质量标准和检查验收方法。

5、按时、按量完成生产任务，保证施工巷道达到质量标准。操作程序

1、敲帮部顶，处理危岩悬矸。

2、进行临时支护。

3、打锚杆眼。

4、安装锚杆、网、钢带（梁）。

5、检查、整改支护质量，清理施工现场。

正常操作

1、敲帮问顶，检查工作面围岩和临时支护情况。

2、确定眼位，做出标志。

3、在钎杆上做好眼深标记。

4、用煤电钻、风钻或锚杆钻机打眼。

（1）使用风钻打眼时，按掘进钻眼工第29~34条执行。（2）使用煤电钻、风煤钻打眼时，按掘进钻眼工第35~39条执行。

（3）使用锚杆机打眼时，按锚索支护工第19条执行。

5、打锚杆眼时，应从外向里进行；同排锚杆行铁树顶眼，后打帮眼。断面小的巷道打锚杆眼时要使用长短套钎。第22条锚杆（网、钢带等）安装。

1、清理锚杆眼。

2、检查钻孔质量，不合格的必须处理或补打。

3、按所使用锚杆的正规操作程序及时打锚杆，压好锚盘、托板并用专用工具上紧，预紧力符合要求。第23条树脂锚杆安装。

1、清锚杆眼。

2、检查锚杆眼深度，其深度应保证锚杆外露丝长度为30~50毫米。锚杆眼的超深部分应填入炮泥或锚固剂；未达到规定深度的锚杆眼，应补钻到规定深度。

3、检查树脂药卷，破裂、失效的药卷不准使用。，4、将树脂药卷按照安装顺序轻轻送入眼底，用锚杆顶住药卷，利用快速搅拌器开始搅拌，直到感觉有负载时，停止锚杆旋转。树脂完全凝固后，开动快速搅拌器，带动螺母拧断剪力销，上紧螺母。在树脂药卷没有固化前，严禁移动或晃动锚杆体。

岗位危险源辨识及预防措施

岗位危险源：

1、活矸、危岩、煤体松动砸伤。

2、临时支护未背实、打牢伤人。

3、永久支护失效砸伤。

4、操作钻杆钻机不当砸伤或夹伤。

5、风水管路连接不牢砸伤。

6、顶板淋头水、裂隙砸伤。预防措施：

1、严格执行敲帮问顶

2、设专人检查、验收处理。

3、接班验收、处理。

4、扎紧袖口、严禁戴手套扶钻作业。

5、定时定期检查，确保管路完好。

6、制定专项安全措施处理。

事故案例分析

【典型案例】2012年2月19日，蒲县宏源集团北峪煤业有限公司发生一起顶板事故，造成7人死亡，直接经济损失约590万元。

【事故认定】2102工作面切眼巷道施工支护方案不合理，掘进工作面整体支护强度不足；顶板出现垮冒征兆时，排除隐患措施不当，造成顶板大面积冒落。【专家解析】这是一起责任事故。领导违章指挥、工人违章作业，操作程序不当，支护方案不合理，是这起事故的主要原因。

从围岩力学状况来看，巷道支护方案存在严重问题。水力膨胀锚杆全部打在冒落带里面，起不到锚杆的组合成梁悬吊成拱的作用；巷道断面跨度比较大，6米宽的切眼巷道，靠锚杆支护和下面的点柱支护，支护强度远远不足；出现冒顶征兆后，工人没有处理经验却进入了工作面，导致7名工人全部遇难。

要避免事故发生，首先，应该搞清楚巷道围岩与支护体之间的力学关系；其次，处理顶板事故时，矿领导应亲临指挥，搞清楚当前巷道所处状态，制订顶板支护方案；第三，有关规程明确规定，在维修巷道时，维修必须是由外向里，逐架进行支护，不允许工人在无支护条件下进入巷道。

锚杆索支护理论 篇7

在工作面回采过程中, 巷道在采动影响下, 围岩受到明显扰动, 使得巷道产生明显变形量, 甚至造成围岩破坏, 大大降低围岩稳定性[1,2,3]。锚杆 (索) 支护方式具有工艺简单、安装速度快、效率高、劳动强度低、成本低等优点, 并且可以有效提高巷道围岩稳定性, 从而能够充分保障巷道安全性, 是应用最为普遍和成熟的巷道支护技术[4]。

凉水井煤矿地处榆神矿区二期规划区的西北部, 矿井北接神府矿区, 南邻西包铁路, 西与锦界煤矿毗邻, 年产量400万吨。凉水井煤矿421盘区的42108工作面宽度240m, 走向长度为4045m, 开采的4-2煤平均厚度约为3m, 采用综合机械化采煤方法。文章中作者根据42108工作面工程地质条件进行巷道锚杆支护设计, 并应用FLAC3D对支护前及支护后的围岩稳定性进行分析, 为相似工程提供了理论及实践依据。

1 工程概况

凉水井煤矿42108回风顺槽断面设计主要为矩形, 巷道平均埋深190m。该工作面回风顺槽顶板为层状复合顶板, 煤层上岩体为软硬交替层状岩石, 其中有少量夹矸, 夹矸平均厚度为0.15m。巷道顶板直接顶为泥岩, 老顶为砂岩, 老顶单轴抗压强度Rc=23MPa, 抗拉强度Rt=23MPa。老顶岩性为上部粗砂岩, 下部细砂岩, 岩体中含石英, 长石及云母。直接顶泥岩平均为1.9m, 含植物化石及黄铁矿结核。直接底为粉砂岩, 平均厚为1.5m, 灰色、灰黑色, 硬度中等, 夹石英砂岩薄层。老底为粉砂岩加石英砂岩, 平均厚度为11.43m, 灰色, 黑灰色, 粉砂岩、石英砂岩互层, 硬度中等, 为石英砂岩时硬度较硬, 含植物化石及含黄铁矿结核。巷道顶板各层岩层的物理力学性质如表1、2所示。

2 锚杆 (索) 支护设计

2.1 冒落拱高度计算

主要依据非弹性区理论和组合拱理论进行设计计算[5,6]

巷道宽B=5.5m, 半跨a=2.75m, 高h=3.5m, 等效圆半径

则不支护时煤巷内部最大非弹性区半径R0为:

式中:P为累计地应力19023=1.37MPa.

则两帮非弹性区深度:a1=2.38-1.75=0.63m,

顶部非弹性区深度:

a2=2.38-3.26/2=1.63m

冒落拱高度:

2.2 顶锚杆参数设计

顶板采用Φ18的左旋螺纹钢锚杆, 屈服强度为65k N。选取锚杆排距为, 顶板冒落拱内锚杆承受煤体的重量:

G=γ×D×S

式中:γ为顶板岩体容重;S为冒落拱包络线内岩体截面积;D为锚杆排距。

代入数据, 考虑动压影响系数得:

G=k1×γ×D×S

式中:k1为动压影响系数。

取动压系数为2.0, 则:

G=0.0184×2.0×1×3.3×1.8=218.6k

N则每排锚杆的根数n为:

因此, 选取锚杆根数为n=4, 则锚杆间排距为900×1000mm。

锚固长度:

式中:P-锚杆设计拉拔荷载;K-安全系数;D-钻孔直径;τr-锚杆锚固端与岩体间的粘结力。

则锚固长度为:

单根锚杆锚固时所需锚固剂的根数为:

式中:la-每根锚固剂的长度。

2.3 帮帮锚锚杆杆参参数数设设计计

根据理论计算结果对凉水井煤矿42108回风顺槽帮部锚杆的支护参数选取方案为:两帮各三根锚杆, Φ18×1800mm型左旋螺纹钢锚杆, 间排距为900×1000mm, 设计锚固长度1200mm (注:1根长600mm) 。

2.4 锚索参数设计

锚索的作用主要是根据悬吊理论将锚杆所锚固的组合梁悬吊于顶板深部较稳定岩层。顶锚杆长度1.62m, 设锚索承重范围超出锚杆0.25m, 锚索排距为2.0m, 则锚索所承受的上部岩体重量为:

G=γ·S·D=0.0184× (3.3+0.25×2) ×1.8×2.0=347.8kN

直径Φ17.8mm钢铰线, 屈服强度为280k N, 则每排锚杆的根数n为:

则每排选用2根, 其锚固长度:

取锚固长度2.0m, 顶索长度由下式计算:

式中:Lc-锚索外露长度, 取0.3m;Lb-锚索的自由段长度, 取3.2m。

根据地质条件, 直接顶最大厚度为3.8m。老顶作为锚索的锚固点, 因此, 顶板锚索长度为:

L索=2.0+3.8+0.3=6.1m

综上所述, 对42108回风顺槽理论计算所得锚杆 (索) 支护参数优化方案如下: (1) 锚杆。顶部4根锚杆, Φ18×2000mm型左旋螺纹钢锚杆, 间排距为900×1000mm, 锚固长度1200mm (注:单根锚固剂长600mm) , 靠近两帮的两根锚杆与水平呈45°进行锚固, 预紧力43KN;巷道两帮各3根锚杆, Φ18×1800mm型左旋螺纹钢锚杆, 间排距为900×1000mm, 锚固长度1200mm (注:单根锚固剂长600mm) , 预紧力为30KN。 (2) 锚索。取锚索长度为6.5m, 锚固长度为1.8m (注:单根锚固剂长600mm) , 锚索间排距为1.6×3m, 预紧力为100KN。凉水井煤矿42108回风顺槽锚杆 (索) 支护参数优化如图1所示。

3支护效果数值模拟分析

针对凉水井煤矿42108工作面回风顺槽的地质采矿条件, 根据采矿工程问题特点, 利用FLAC3D模拟软件, 建立了合理的数值分析模型分别对支护前及支护后的巷道围岩变形及应力分布进行模拟分析[7,8]。模拟结果如图2-图7所示。

通过数值模拟分析可以得出, 巷道在没有采取支护措施时, 顶板下沉量达到了35.5mm, 采取支护措施后顶板下沉量18.3mm, 减少了48.5%。而两帮位移量减少了50.6%;巷道在未采取支护措施时竖向应力分布过于集中, 不利于保持围岩稳定, 采取支护措施后顶板中竖向最大应力为0.67-1MPa, 抛物线分布, 在支护作用下, 煤柱应力在两帮煤柱中分布范围加大, 最大应力8.35MPa, 避免了因应力集中而引起煤体破坏。根据巷道在优化前后支护条件下数值模拟结果的对比分析可以看出42108工作面回风顺槽在支护条件下巷道变形明显减小, 而且有效优化了应力分布, 说明采用新的支护参数有效的维护了巷道的稳定性, 达到了预期目标。

4 结束语

文章以凉水井煤矿42108工作面回风顺槽为背景, 以冒落拱理论为基础, 利用相关理论进行巷道锚杆 (索) 支护设计, 并用FLAC3D进行数值模拟分析, 对支护前及支护后的围岩移动及应力分布等围岩稳定性指标进行对比分析, 结果显示采用文章提出的锚杆 (索) 支护方式能够有效减少围岩移动量, 避免应力分布过分集中, 从而能够有效保持围岩稳定性。

摘要：以凉水井煤矿42108工作面回风顺槽为工程依托, 进行巷道锚杆 (索) 支护设计, 并用FLAC3D进行数值模拟分析, 对支护前及支护后的围岩移动及应力分布等围岩稳定性指标进行对比分析, 结果显示采用文章提出的锚杆 (索) 支护方式能够有效减少围岩移动量, 避免应力分布过分集中, 结果显示该支护方案能够有效保持围岩稳定性, 为相似工程提供了理论及实践依据。

关键词：锚杆支护,模拟分析,FLAC3D,冒落拱理论

参考文献

[1]钱鸣高, 刘听成.矿山压力及其控制[M].北京:煤炭工业出版社, 1991.

[2]曹秀龙.煤矿巷道锚杆支护质量的影响因素分析[J].能源与节能, 2014 (04) :54-55+80.

[3]陈德良.矿建工程巷道掘进锚杆支护技术分析[J].技术与市场, 2014 (04) :103+105.

[4]张蕾, 张志明, 蔡健.巨厚煤顶巷道锚杆支护参数优化[J].煤矿安全, 2014 (04) :183-186.

[5]黄健.关于深井巷道围岩控制与支护技术的探讨[J].科技创业家, 2014 (07) :104.

[6]孙长春.小纪汗煤矿首采工作面锚杆支护设计与应用[J].煤炭与化工, 2014 (01) :93-96.

[7]康红普, 林健.煤巷锚杆支护成套技术在潞安矿区的应用[J].煤炭学报, 2001, 26 (增) :106-110.