煤巷錨桿支護第1頁/共54頁主要內容0錨桿支護發展1錨桿支護理論2錨桿支護體系3設計方法4

施工5監測6困難條件錨桿支護應用實例第2頁/共54頁30錨桿支護發展2個階段：以1995年引進澳大利亞錨桿支護技術為分界點。錨桿支護理論、錨桿支護設計方法、施工機具、小孔徑預應力錨索加強支護、錨桿孔徑、錨固劑及錨固方式、監測技術等均發生了變化。美國、澳大利亞接近100%，英國80%，美國錨桿支護為巷道頂板的唯一支護方式。我國1995年時約15.15%，目前約30%。第3頁/共54頁4

錨桿支護使用范圍

Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類全面推廣，Ⅳ、Ⅴ類試驗成功綜放沿空掘巷錨桿支護試驗成功軟弱、破碎煤巷錨桿支護試驗成功三軟煤巷錨桿支護試驗成功深井煤巷錨桿支護試驗成功第4頁/共54頁51錨桿支護理論（1）懸吊理論第5頁/共54頁6（1）懸吊理論第6頁/共54頁7（2）組合梁理論第7頁/共54頁8（3）組合拱理論第8頁/共54頁9（4）最大水平應力理論第9頁/共54頁10圍巖與支護強度的關系隨支護強度增加，圍巖的極限強度和殘余強度提高，圍巖殘余強度提高到一定程度就能保持巷道穩定。（5）錨桿支護圍巖強度強化理論第10頁/共54頁（1）錨桿高強度、大直徑。破斷載荷一般在200~300kN以上，近年研究破斷載荷400kN以上的錨桿。延伸率均大于15%錨桿直徑20~22mm穩定性較高、維護要求低、服務時間短的巷道可以采用Q235圓鋼制造2

錨桿支護體系第11頁/共54頁采用左旋、無縱筋高強度螺紋鋼錨桿，等強（錨桿尾部螺紋部分采用墩粗或熱處理、滾絲）錨桿成套：桿體、托盤（鋼板軋制，厚度根據礦壓確定）、球形墊圈（鑄鋼）、減摩墊圈（1個聚氨酯、1個鋁合金）、螺母（高強度、快速安裝螺帽）第12頁/共54頁

（2）錨固劑及錨固方式錨固劑：樹脂藥卷，一般采用凝結速度為超快與中速的樹脂藥卷配合，使用藥卷長度一般350、600mm第13頁/共54頁全長錨固：錨桿中部受力最大；增阻速度快。具有較大的抗剪切能力。增加巖層間的法向力，阻止層間錯動，防止離層。在錨固范圍內錨桿伸長1mm，可產生10～20kN的錨固力，支護剛度大。端頭錨固：Ⅰ～Ⅱ類。全長或加長錨固：Ⅲ～Ⅴ類錨固方式：加長錨固全長錨固端錨第14頁/共54頁（3）三徑匹配

鉆孔直徑比錨桿直徑大6～10mm

鉆孔直徑比樹脂藥卷大6mm左右一般鉆孔直徑29mm，錨桿直徑20、22mm，樹脂藥卷直徑23mm。錨固力與鉆孔直徑、錨桿直徑的關系第15頁/共54頁（4）網及鋼帶網：采用金屬網、塑料網。嚴禁將最前排錨桿螺帽松開或等待后壓網。鋼帶：鋼筋梯子梁、M型鋼帶、W型鋼帶等。要求鋼筋梯子梁采用高強度焊條焊接，防止開焊。鋼帶的厚度或鋼筋直徑根據礦壓確定。第16頁/共54頁（5）施工機具頂板鉆機：風動錨桿鉆機、液壓鉆機、鑿巖機兩幫鉆機：強力煤電鉆、幫錨桿鉆機當f<8，優先選用錨桿機；當f≥8時，宜選用鑿巖機。錨桿安裝：應采用錨桿機，嚴禁采用鑿巖機。第17頁/共54頁鉆頭：合金鋼鉆頭、金剛石鉆頭在f<6時，使用兩種鉆頭鉆速基本一致，而普通型鉆頭消耗費用低，因此應優先選用普通型鉆頭；在6≤f≤8時，使用金剛石鉆頭的鉆速提高4倍以上，而且費用接近，因此應優先選用金剛石鉆頭。第18頁/共54頁鉆桿：B19、B22六方中空合金鋼鉆桿安裝器：快速安裝器銷釘式安裝器快速安裝螺母第19頁/共54頁（6）小孔徑預應力錨索加強支護是一種主動加強支護以錨桿支護為主，以錨索為輔樹脂錨固端加粗，鉆孔與錨索直徑不匹配錨固在穩定煤巖層中均可以高應力巷道可以采用直徑18mm的錨索第20頁/共54頁（7）桁架支護①桁架改變頂板的應力狀態，拉應力將減小，甚至出現壓應力；②預緊力增加裂隙體間的摩擦作用，提高頂板穩定性；③提高頂板兩肩窩的抗剪切能力，防止剪切冒落。

第21頁/共54頁3錨桿支護設計方法

可歸納為三大類，分別是工程類比法、理論計算法、以計算機數值模擬為基礎的動態系統設計方法。第22頁/共54頁

（1）工程類比法是一種實用的方法，在我國錨桿支護設計中占主導地位。在已有的大量、成功實踐的基礎上，根據巷道的生產地質條件確定支護參數。主要有以回采巷道圍巖穩定性分類為基礎的工程類比法；巷道圍巖松動圈分類為基礎的工程類比法。以回采巷道圍巖穩定性分類為基礎的工程類比法

第23頁/共54頁

（2）理論計算法根據懸吊理論、組合梁理論、組合拱理論計算錨桿長度、間排距、破斷載荷等。（3）動態系統設計方法首先進行地質力學評估（含地應力測試），將地質力學參數、錨桿參數等輸入計算機數值模擬軟件，以圍巖強度強化理論為依據，按控制圍巖變形效果和經濟合理的原則選擇最優方案，組織施工，并對巷道圍巖穩定狀況和錨桿載荷監測，根據監測反饋信息確定是否調整錨桿支護參數，經反復實踐，在動態中修改完善設計。第24頁/共54頁4錨桿支護施工

（1）保證錨桿高預緊力錨桿預緊力的作用主動支護，拉應力轉化為壓應力或減小拉應力，有效抑制巷道圍巖破裂區向深部發展，發揮圍巖的自身承載能力，提高穩定性。第25頁/共54頁預緊力的確定：采用現場實測與數值計算相耦合的方法確定錨桿預緊力的合理值巷道變形量與預緊力的關系

第26頁/共54頁實現高預緊力大扭矩：大扭矩的錨桿鉆機或人工保證大扭矩，不小于150Nm。采用成套錨桿，主要指使用減摩墊圈（1個鋁合金墊圈、1個塑料墊圈）。錨桿螺紋加工精細，減小摩擦阻力。

第27頁/共54頁預緊力的檢查采用扭力扳手固定專人負責上緊螺母當班驗收員檢查有關職能部門抽查，并及時上緊。抽查迎頭1~4排錨桿第28頁/共54頁

（2）錨桿外露長度錨桿外露不超長，小于70mm，最好控制在50mm內。外露超長：錨固長度、錨桿有效長度減小（3）使用快速安裝器提高巷道掘進速度保證錨桿支護質量第29頁/共54頁

（4）錨桿孔要求錨桿孔深度比錨桿長度少50~100mm。頂角錨桿向兩幫傾斜，錨固端在兩幫煤體內300mm以上，其它頂錨桿與頂板垂直。從側向看，頂板錨桿與頂板垂直。（5）巷道成型

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（1）監測的必要性保證安全掌握巷道圍巖活動規律和錨桿載荷變化規律為優化錨桿支護參數提供依據5錨桿支護巷道監測第31頁/共54頁

（2）監測內容序號監測內容監測儀器1錨桿錨固力拉拔計2頂板離層狀況頂板離層指示儀3巷道表面位移測桿、測槍4深部位移多點位移計5錨桿載荷測力錨桿、液壓枕第32頁/共54頁

（之一）綜采（綜放）沿空掘巷（之二）大斷面開切眼（之三）再生膠結頂板巷道（之四）埋深950m的深井巷道（之五）近距離煤層群、復合頂板巷道（之六）

高應力多次返修巷道

6困難條件錨桿支護應用實例第33頁/共54頁

6應用之一－綜放沿空掘巷第34頁/共54頁35沿空掘巷三角塊結構穩定性理論第35頁/共54頁36沿空掘巷三角塊結構穩定性理論三角塊結構力學分析圖

第36頁/共54頁37綜放沿空掘巷三角塊結構穩定性理論穩定性與煤層強度的關系

穩定性與采高的關系

穩定性與采深的關系

穩定性與小結構強度的關系第37頁/共54頁38合理的錨桿支護參數根據強度強化理論、三角塊結構穩定理論，確定王莊礦合理的錨桿支護強度為0.2~0.3MPa。合理的窄煤柱寬度5m。高強度桿體可延伸錨桿巷道變形與煤柱寬度關系第38頁/共54頁掘進期間回采期間沿空掘巷維護狀況第39頁/共54頁回采期間工作面前方50m第40頁/共54頁綜放工作面機巷

頂板：Φ20L2400mm螺紋鋼錨桿兩幫：Φ20L2000mmA3圓鋼錨桿錨桿間、排距1200mm第41頁/共54頁6應用之二－開切眼

徐州張雙樓煤礦開切眼寬度7.2m，頂板是膨脹性泥巖、厚度4.2m，采用錨桿、錨索支護，有效地控制了頂板離層，巷道維護效果良好。

第42頁/共54頁跨度7.2m、埋深680m、膨脹性泥巖頂板開切眼維護狀況第43頁/共54頁

徐州韓橋煤礦下分層膠結頂板巷道：頂板采用水力膨脹錨桿或樹脂藥卷錨固的高強度錨桿支護、兩幫采用A3圓鋼錨桿支護，錨索加強支護6應用之三－再生膠結頂板第44頁/共54頁掘進期間下分層再生膠結頂板巷道維護狀況回采期間工作面前方100m第45頁/共54頁錨桿支護回采期間工作面前方10m下分層再生膠結頂板巷道維護狀況U型鋼支護回采期間工作面前方100m第46頁/共54頁工作面后方頂板、幫維護狀況下分層再生膠結頂板巷道維護狀況第47頁/共54頁

平頂山十一礦巷道埋深950m，水平應力顯著，煤的f值0.8以下，煤層厚度平均6.5m，沿頂板掘進，巷道寬度4.5m，采用錨桿、錨索、高水速凝材料注漿加固6應用之四－深井巷道第48頁/共54頁6應用之五－近距離煤層群、復合頂板巷道

平頂山礦務局四礦、八礦，與上層煤間距最小2.5m，f值1.0以下，巷道寬度4.2m，頂板采用桁架錨桿支護

第49頁/共54頁6應用之六－

高應力多次返修巷道

平頂山十礦、徐州礦務局張雙樓礦，巷道圍巖是遇水膨脹的泥巖、強度小的煤層，多次返修，不能保持穩定，采用高水速凝材料注漿加固、高強度錨桿支護，有效控制了巷道圍巖變形。

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