锚索支护技术杆第二节.ppt

2020 2 12 1 不稳定地层巷道施工与安全 学术讲座 ACADEMICCOURSE 第二节 2020 2 12 2 主要内容 第四章 不稳定围岩巷道支护技术一 岩石锚杆与喷射混凝土支护技术二 锚索支护技术三 软岩巷道锚注支护技术四 超前锚杆预支护技术五 高应力大地压巷道中的联合支护 2020 2 12 3 第二节锚索支护技术预应力锚杆就是施加有预应力的锚杆 如采用钢绞线 钢丝等线材作锚杆材料 并施加预应力 则被称为锚索 也可以将预应力锚杆和锚索统称为锚索 一 锚索结构与材料 一 锚索与普通锚杆的区别1 因为要施加预应力 所以锚索在全长范围内要区分锚固段和自由段 锚固段是锚索受力的根基 同时也是能承受预应力的基本条件 自由段是预应力作用的工作段 2 锚索承受的载荷 预应力 更大 因此锚索体通常采用高强高性能材料 同时对锚固力的要求也更大 更可靠 一般锚固段采用较长段 弱的岩石中 要求2米以上 的固结 并且通常是全长灌浆 3 为了向岩体内传递比较高的载荷作用 在锚头部位一般设有专门的墩座或大托盘 第四章不稳定围岩巷道支护技术 2020 2 12 4 锚索索体材料应根据材料自身的特点 载荷大小和特性 加固规模 施工场地等因素进行选择 常用的索体材料主要为高强预应力钢绞线 要求具有强度高 柔性好 延伸率低等特性 预应力锚索常用钢铰线的规格有 12 70mm 15 24mm和 17 78mm三种 三 其它构配件1 锚具包括夹具 锚锁 夹具见应用技术规程JGJ85 92 等 预应力锚索采用的锚夹具以夹片式为主 常用的锚具为OVM型 QM型 XM型等 因锚具规格要按钢绞线来选取 因此 在使用中应按所用钢绞线规格选取相应的锚具 以保证锚具夹片与钢绞线之间有良好的匹配关系 2 承压板承压板通常由钢板或槽钢构成 承压板的表面应平整并与锚索垂直 承压板要求有足够的刚度 锚索张拉和锁定前后应用油脂充填锚孔垫板上下部位 锚孔与防护帽的空隙 以起防止钢绞线等金属材料的锈蚀作用 二 索体材料与结构 2020 2 12 5 二 锚索的分类与基本结构 锚索的分类方法较多 通常按锚固部分的受力状态来分类 普通锚索形式分为无应力快装锚索 NTMS 后应力快装锚索 PTMS 和快装预应力锚索 ITMS 三大系列 根据不同的地质采矿条件 每一系列中又有多种规格的锚索 1 无应力快装锚索 Non TensionedCables NTMS系列本系列锚索的适应条件是 锚索施加高预应力 安装过程不施加预应力 此类锚索的最大特点是安装简单 快捷 锚索的作用是悬吊 让压 锚索结构形式如图4 16 图4 17 图4 16快装无应力锚索 NTMS 图4 17快装无应力防腐蚀锚索 NTMS 2020 2 12 6 2 快装后应力锚索 Post TensionedCables PTMS系列 本系列锚索结构简单 安装快捷 锚索预应力可在锚固剂凝固后施加 锚索的作用可以是悬吊 让压 也可以施加安装预应力 优化组合梁 锚索结构形式如图4 18 图4 19 图4 18快装后应力锚索 PTMS 图4 19快装后应力防腐蚀锚索 PTMS 2020 2 12 7 本系列锚索是快装预应力锚索 在锚索安装的同时产生预应力 其特点是复合结构锚索 具有安装快捷结构合理等特点 锚索结构形式如图4 20 图4 21 图4 20快装预应力锚索 ITMS 图4 21快装预应力防腐蚀锚索 ITMS 以上3种锚索是 捷马 济宁矿山支护设备制造公司生产 3 快装预应力锚索 INSTaLTensionedCablesBolts ITMS系列 2020 2 12 8 普通锚索锚固力 预应力靠段头锚固来实现 锚固效果差 灌浆锚索克服了这些问题 在锚索安装张拉后 再向锚索体内灌注水泥浆 实现全长锚固的目的 华丰煤矿清大实业集团公司专门生产灌浆锚索 三 锚索参数设计 一 锚索破坏形式 1 锚索体与注浆固结体之间的剪切或拉伸破坏锚索与固结体之间因为粘结强度不够 或者粘结界面处应力过于集中而造成的破坏 2 注浆固结体与岩体界面之间的剪切破坏在软弱岩层中由于其强度不够或者应力集中过于严重 使固结体与岩层界面发生脱离 并经常是伴随有岩体局部破碎和塌落 3 岩层在预应力或岩层载荷作用下的剪切破坏由于锚固深度不够 岩层的抗拉拔能力不足而形成的拔出漏斗式破坏 4 索体材料的断裂破坏索体断裂情况比较复杂 大致可能分为两种情况 一种是锚索材料强度不足造成的 另一种可能是预应力过高造成的 4 灌浆锚索 2020 2 12 9 5 固结浆体在锚索的拉力或压力作用下破坏因锚固段固结浆体的强度低 从而使固结浆体形成拉或压破裂 6 岩体的整体破坏由于整体支护能力不够 出现锚索群的破坏 使岩体在较大范围内失稳 由此可见 锚索支护在设计中要考虑的因素比较多 二 锚索设计锚索设计包括 锚固力大小 固结长度和锚索整体长度 锚固深度与锚索自由段长度 索体材料的确定及其构成和相应的截面积 锚头设计等 1 锚固力大小锚索锚固力大小通常采用工程类比法确定 2 锚固段长度一般考虑两种情况破坏 1 粘结体与孔壁的粘结力不够其锚固长度计算公式为式中 L 锚固段长度 Tw 锚索工作锚固力 D 钻孔直径 Sf 安全系数 孔壁与浆液固结体的极限粘结强度 2020 2 12 10 其锚固长度计算公式为式中 L 锚固段长度 Tw 锚索工作锚固力 d 钢绞线直径 Sf 安全系数n 钢绞线的根数 极限剪应力 锚固力小于200kN时 锚固长度不宜小于1m 锚固力大于200kN时 不宜小于1 5m 3 锚固段的深度 自由段长度 h对于单根锚索 对于锚索群 岩体抗剪切强度 kPa 锚索间距 4 锚索间排距根据经验 锚索的间排距应大于1 5m 由于经常是锚索与锚杆联合使用 此时的锚索设计要根据荷载分摊的原则进行 且因为锚固段预应力荷载相对较大 如锚索周围有受力结构物 则应相距3米以上 5 张拉预应力设计预应力锚索的张拉预应力的大小需根据锚索材料的极限强度确定 矿山巷道锚索的张拉力一般为锚索材料强度的40 60 2 锚索体与粘结体粘结力不够 2020 2 12 11 四 锚索桁架支护 一 锚索桁架支护原理 锚索桁架是利用拉杆通过张紧装置使桁架锚索处于拉伸状态 给围岩一个压应力 使顶板围岩与两帮围岩形成一瓶颈结构 只要两帮稳定 巷道将保持稳定 当张拉筋的压应力N 0时 锚索垫木块不受力 破碎或裂隙岩石在重力G的作用下将下沉乃至断裂冒落 当张拉筋的压应力逐渐增大 达到一定值时锚索受力C与垫木受力C 将产生垂直分力T T 和水平压应力P P 当P P 足够大时 原破碎 开裂的岩石的原张拉力转变为压应力而形成岩梁拱 这个拱除可以保持拱本身的稳定外 还可以承受拱上部围岩的应力 垂直分力 也有利于提高岩梁拱的支撑能力 锚索桁架力图如图4 22所示 图4 22锚杆桁架力图 2020 2 12 12 二 锚 杆 索桁架的分类及支护参数 锚 杆 索桁架按具体采矿地质条件 可分为全锚索桁架 JMS 锚杆锚索桁架 JMM 和弯曲锚杆锚索桁架 JMB 三大系列 1 全锚索桁架 JMS系列桁架 JMS锚索桁架主要有JMS 6和JMS 7两大系列 这一桁架适应巷道宽度2500mm 6000mm 侧帮倾斜锚索长度3000mm 6000mm 此类锚索适合各种巷道高度 厚度大的煤顶及软弱顶板 可以施加大预应力 有效控制顶板下沉 JMS系列锚索桁架结构如图4 23图4 23JMS系列全锚索桁架结构图 2020 2 12 13 2 锚杆锚索桁架 JMM系列桁架 本系列桁架由倾斜锚杆和锚索拉杆组成 按锚索直径不同分为JMM 6和JMM 7两大系列 倾斜锚杆可以是快装预应力锚杆或全长锚固锚杆 锚杆长度1600mm 2800mm 锚杆直径 18mm 24mm 锚索直径 15 24mm 17 78mm 这种锚杆锚索桁架对厚煤层顺槽具有更好的支护效果 可有效控制顶板下沉 锚索桁架支护结构如图4 24所示 图4 24JMM系列锚杆锚索桁架结构图 2020 2 12 14 3 弯曲锚杆锚索桁架 JMB系列桁架 本系列桁架由倾斜锚杆和锚索拉杆组成 按锚索直径不同分为JMB 6和JMB 7两大系列 倾斜锚杆为全长预锚固锚杆 锚杆长度1600mm 2800mm 锚杆直径 18mm 24mm 锚索直径 15 24mm