1、不穩(wěn)定地層巷道施工與安全 學(xué)術(shù)講座ACADEMIC COURSE第二節(jié) 8/12/20221主要內(nèi)容第四章：不穩(wěn)定圍巖巷道支護(hù)技術(shù)一、巖石錨桿與噴射混凝土支護(hù)技術(shù)二、錨索支護(hù)技術(shù)三、軟巖巷道錨注支護(hù)技術(shù)四、超前錨桿預(yù)支護(hù)技術(shù)五、高應(yīng)力大地壓巷道中的聯(lián)合支護(hù)8/12/20222第二節(jié) 錨索支護(hù)技術(shù) 預(yù)應(yīng)力錨桿就是施加有預(yù)應(yīng)力的錨桿。如采用鋼絞線、鋼絲等線材作錨桿材料，并施加預(yù)應(yīng)力，則被稱為錨索。也可以將預(yù)應(yīng)力錨桿和錨索統(tǒng)稱為錨索。 一、 錨索結(jié)構(gòu)與材料 （一）錨索與普通錨桿的區(qū)別 1、因?yàn)橐┘宇A(yù)應(yīng)力，所以錨索在全長范圍內(nèi)要區(qū)分錨固段和自由段。錨固段是錨索受力的根基，同時(shí)也是能承受預(yù)應(yīng)力的基本條

2、件；自由段是預(yù)應(yīng)力作用的工作段。 2、錨索承受的載荷（預(yù)應(yīng)力）更大，因此錨索體通常采用高強(qiáng)高性能材料；同時(shí)對錨固力的要求也更大、更可靠，一般錨固段采用較長段（弱的巖 石中，要求2米以上）的固結(jié)，并且通常是全長灌漿。 3、為了向巖體內(nèi)傳遞比較高的載荷作用，在錨頭部位一般設(shè)有專門的墩座或大托盤。 第四章 不穩(wěn)定圍巖巷道支護(hù)技術(shù)8/12/20223 錨索索體材料應(yīng)根據(jù)材料自身的特點(diǎn)、載荷大小和特性、加固規(guī)模、施工場地等因素進(jìn)行選擇。常用的索體材料主要為高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力鋼絞線，要求具有強(qiáng)度高、柔性好、延伸率低等特性。 預(yù)應(yīng)力錨索常用鋼鉸線的規(guī)格有12.70mm、15.24mm和17.78mm三種。 （三）其

3、它構(gòu)配件 1、錨具 包括夾具、錨鎖（夾具見應(yīng)用技術(shù)規(guī)程JGJ85-92）等。預(yù)應(yīng)力錨索采用的錨夾具以夾片式為主，常用的錨具為OVM型、QM型、XM型等。因錨具規(guī)格要按鋼絞線來選取，因此，在使用中應(yīng)按所用鋼絞線規(guī)格選取相應(yīng)的錨具，以保證錨具夾片與鋼絞線之間有良好的匹配關(guān)系。 2、承壓板 承壓板通常由鋼板或槽鋼構(gòu)成，承壓板的表面應(yīng)平整并與錨索垂直。承壓板要求有足夠的剛度。 錨索張拉和鎖定前后應(yīng)用油脂充填錨孔墊板上下部位（錨孔與防護(hù)帽的空隙），以起防止鋼絞線等金屬材料的銹蝕作用。 （二）索體材料與結(jié)構(gòu)8/12/20224二、錨索的分類與基本結(jié)構(gòu)錨索的分類方法較多，通常按錨固部分的受力狀態(tài)來分類，普通

4、錨索形式分為無應(yīng)力快裝錨索（NTMS）、后應(yīng)力快裝錨索（PTMS）和快裝預(yù)應(yīng)力錨索（ITMS）三大系列。根據(jù)不同的地質(zhì)采礦條件，每一系列中又有多種規(guī)格的錨索。 1、無應(yīng)力快裝錨索（Non-Tensioned Cables）-NTMS系列 本系列錨索的適應(yīng)條件是：錨索施加高預(yù)應(yīng)力，安裝過程不施加預(yù)應(yīng)力。此類錨索的最大特點(diǎn)是安裝簡單、快捷。錨索的作用是懸吊、讓壓。錨索結(jié)構(gòu)形式如圖416、圖417。圖416 快裝無應(yīng)力錨索（NTMS） 圖417 快裝無應(yīng)力防腐蝕錨索（NTMS）8/12/20225 2、快裝后應(yīng)力錨索（Post-Tensioned Cables）-PTMS系列 本系列錨索結(jié)構(gòu)簡單、安

5、裝快捷，錨索預(yù)應(yīng)力可在錨固劑凝固后施加。錨索的作用可以是懸吊、讓壓，也可以施加安裝預(yù)應(yīng)力，優(yōu)化組合梁。錨索結(jié)構(gòu)形式如圖418、圖419 。圖418 快裝后應(yīng)力錨索（PTMS-）圖419 快裝后應(yīng)力防腐蝕錨索（PTMS-）8/12/20226 本系列錨索是快裝預(yù)應(yīng)力錨索，在錨索安裝的同時(shí)產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力。其特點(diǎn)是復(fù)合結(jié)構(gòu)錨索，具有安裝快捷結(jié)構(gòu)合理等特點(diǎn)。錨索結(jié)構(gòu)形式如圖420、圖421。 圖420 快裝預(yù)應(yīng)力錨索（ITMS-）圖421 快裝預(yù)應(yīng)力防腐蝕錨索（ITMS-） 以上3種錨索是（捷馬）濟(jì)寧礦山支護(hù)設(shè)備制造公司生產(chǎn)。 3、快裝預(yù)應(yīng)力錨索（INSTaL Tensioned Cables Bolts

6、） -ITMS系列 8/12/20227 普通錨索錨固力、預(yù)應(yīng)力靠段頭錨固來實(shí)現(xiàn)，錨固效果差；灌漿錨索克服了這些問題，在錨索安裝張拉后，再向錨索體內(nèi)灌注水泥漿，實(shí)現(xiàn)全長錨固的目的。 華豐煤礦清大實(shí)業(yè)集團(tuán)公司專門生產(chǎn)灌漿錨索。 三、錨索參數(shù)設(shè)計(jì) （一）錨索破壞形式 （1）錨索體與注漿固結(jié)體之間的剪切或拉伸破壞 錨索與固結(jié)體之間因?yàn)檎辰Y(jié)強(qiáng)度不夠，或者粘結(jié)界面處應(yīng)力過于集中而造成的破壞。 （2）注漿固結(jié)體與巖體界面之間的剪切破壞 在軟弱巖層中由于其強(qiáng)度不夠或者應(yīng)力集中過于嚴(yán)重，使固結(jié)體與巖層界面發(fā)生脫離，并經(jīng)常是伴隨有巖體局部破碎和塌落。 （3）巖層在預(yù)應(yīng)力或巖層載荷作用下的剪切破壞 由于錨固深度不

7、夠，巖層的抗拉拔能力不足而形成的拔出漏斗式破壞。 （4）索體材料的斷裂破壞 索體斷裂情況比較復(fù)雜。大致可能分為兩種情況，一種是錨索材料強(qiáng)度不足造成的。另一種可能是預(yù)應(yīng)力過高造成的。4、灌漿錨索8/12/20228 （5）固結(jié)漿體在錨索的拉力或壓力作用下破壞 因錨固段固結(jié)漿體的強(qiáng)度低，從而使固結(jié)漿體形成拉或壓破裂。 （6）巖體的整體破壞 由于整體支護(hù)能力不夠，出現(xiàn)錨索群的破壞，使巖體在較大范圍內(nèi)失穩(wěn)。 由此可見，錨索支護(hù)在設(shè)計(jì)中要考慮的因素比較多。 （二）錨索設(shè)計(jì) 錨索設(shè)計(jì)包括：錨固力大小、固結(jié)長度和錨索整體長度（錨固深度與錨索自由段長度）、索體材料的確定及其構(gòu)成和相應(yīng)的截面積、錨頭設(shè)計(jì)等。 1

8、、錨固力大小 錨索錨固力大小通常采用工程類比法確定。 2、錨固段長度 一般考慮兩種情況破壞： （1）粘結(jié)體與孔壁的粘結(jié)力不夠 其錨固長度計(jì)算公式為 式中:L錨固段長度:Tw錨索工作錨固力；D鉆孔直徑；Sf安全系數(shù)； 孔壁與漿液固結(jié)體的極限粘結(jié)強(qiáng)度。 8/12/20229 其錨固長度計(jì)算公式為 式中：:L錨固段長度:Tw錨索工作錨固力；d鋼絞線直徑；Sf安全系數(shù) n鋼絞線的根數(shù)； 極限剪應(yīng)力 。 錨固力小于200kN時(shí)，錨固長度不宜小于1m；錨固力大于200kN時(shí)，不宜小于1.5m。 3、錨固段的深度（自由段長度）h 對于單根錨索： 對于錨索群： 巖體抗剪切強(qiáng)度，kPa； 錨索間距。 4、錨索間

9、排距 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，錨索的間排距應(yīng)大于1.5m。由于經(jīng)常是錨索與錨桿聯(lián)合使用，此時(shí)的錨索設(shè)計(jì)要根據(jù)荷載分?jǐn)偟脑瓌t進(jìn)行。且因?yàn)殄^固段預(yù)應(yīng)力荷載相對較大，如錨索周圍有受力結(jié)構(gòu)物，則應(yīng)相距3米以上。 5、張拉預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì) 預(yù)應(yīng)力錨索的張拉預(yù)應(yīng)力的大小需根據(jù)錨索材料的極限強(qiáng)度確定。礦山巷道錨索的張拉力一般為錨索材料強(qiáng)度的4060%。 （2）錨索體與粘結(jié)體粘結(jié)力不夠8/12/202210 四、錨索桁架支護(hù) （一）錨索桁架支護(hù)原理 錨索桁架是利用拉桿通過張緊裝置使桁架錨索處于拉伸狀態(tài)，給圍巖一個(gè)壓應(yīng)力，使頂板圍巖與兩幫圍巖形成一瓶頸結(jié)構(gòu),只要兩幫穩(wěn)定,巷道將保持穩(wěn)定。 當(dāng)張拉筋的壓應(yīng)力N0時(shí)，錨索墊木塊不受力，

10、破碎或裂隙巖石在重力G的作用下將下沉乃至斷裂冒落。 當(dāng)張拉筋的壓應(yīng)力逐漸增大，達(dá)到一定值時(shí)錨索受力C與墊木受力C將產(chǎn)生垂直分力T、T和水平壓應(yīng)力P、P。當(dāng)P、P足夠大時(shí)，原破碎、開裂的巖石的原張拉力轉(zhuǎn)變?yōu)閴簯?yīng)力而形成巖梁拱。這個(gè)拱除可以保持拱本身的穩(wěn)定外，還可以承受拱上部圍巖的應(yīng)力。垂直分力也有利于提高巖梁拱的支撐能力。錨索桁架力圖如圖422所示。 圖422 錨桿桁架力圖8/12/202211（二）錨（桿）索桁架的分類及支護(hù)參數(shù) 錨（桿）索桁架按具體采礦地質(zhì)條件，可分為全錨索桁架（JMS）、錨桿錨索桁架（JMM）和彎曲錨桿錨索桁架（JMB）三大系列。 1、全錨索桁架（JMS系列桁架） JMS錨

11、索桁架主要有JMS6和JMS7兩大系列。這一桁架適應(yīng)巷道寬度2500mm6000mm，側(cè)幫傾斜錨索長度3000mm6000mm。此類錨索適合各種巷道高度，厚度大的煤頂及軟弱頂板；可以施加大預(yù)應(yīng)力，有效控制頂板下沉。 JMS系列錨索桁架結(jié)構(gòu)如圖423 圖423 JMS系列全錨索桁架結(jié)構(gòu)圖8/12/202212 2、錨桿錨索桁架（JMM系列桁架） 本系列桁架由傾斜錨桿和錨索拉桿組成，按錨索直徑不同分為JMM6和JMM7兩大系列。傾斜錨桿可以是快裝預(yù)應(yīng)力錨桿或全長錨固錨桿，錨桿長度1600mm2800mm，錨桿直徑18mm24mm；錨索直徑15.24mm、17.78mm。這種錨桿錨索桁架對厚煤層順槽具有更好的支護(hù)效果，可有效控制頂板下沉。錨索桁架支護(hù)結(jié)構(gòu)如圖424所示。 圖424 JMM系列錨桿錨索桁架結(jié)構(gòu)圖8/12/202213 3、彎曲錨桿錨索桁架（JMB系列桁架） 本系列桁架由傾斜錨桿和錨索拉桿組成，按錨索直徑不同分為JMB6和JMB7兩大系列。傾斜錨桿為全長預(yù)錨固錨桿，錨桿長度1600mm2800mm，錨桿直徑