矿用锚索支护技术1.3矿用锚索参数确定方法

矿用锚索支护技术,闫莫明煤炭科学研究总院,1矿用锚索分类,1.1岩巷用锚索1.2煤巷用锚索,多束砂浆锚固岩巷用锚索单束树脂锚固矿用预应力锚索-单束树脂锚固煤巷用锚索单束二次锚固,1.3矿用锚索参数确定方法,矿用锚索设计承载力NtmnSnRm式中:Nt-矿用锚索设计承载力;m-矿用锚索张拉应力控制系数,取0.60;n-钢绞线根数;Sn-钢绞线参考截面面积;Rm-钢绞线抗拉强度,矿用锚索最大力RuanSnRm式中：Ru-矿用锚索最大力；a-锚具效率系数，取0.95;n-钢绞线根数;Sn-钢绞线参考截面面积;Rm-钢绞线抗拉强度,矿用锚索安全系数K=RuNt式中：K-矿用锚索安全系数；Ru-矿用锚索最大力；Nt-矿用锚索设计承载力代入公式即得出K=a/m,锚固段长度计算：,公式计算试验确定工程类比,1.4岩巷用锚索,多束砂浆锚固多束锚索用途,1.5煤巷用锚索,单束树脂锚固树脂锚固剂单束锚索施工,2锚索（锚杆）加固机理,2.1悬吊作用2.2组合梁作用2.3加固成拱作用,2.4矿用预应力锚索锚固效果,3锚索支护设计方法,工程类比法理论分析法监控量测法,(1)工程类比法,这是一种建立在以往类似条件下的工程经验设计方法，多用在初始设计,（2）理论分析法,理论分析法分为弹塑性分析和极限分析。弹塑性分析：借助理论分析和数值方法，进行巷道的应力和位移计算。极限分析：包括剪切楔体滑移理论的分析方法和关键块体理论的极限分析。,（3）监控量测法,通过现场监测获得围岩力学动态和支护工作状态的信息，据此经过必要的力学分析以修正原支护设计。这是一种从地质力学评估初始设计现场监测信息反馈到修改完善设计较为实用的设计方法。,锚索支护参数确定原则,锚索长度（L），主要根据围岩弱化深度确定锚索密度（D）,D=(1/3)L加固带厚度S=0.6L,4.1澳大利亚SCT公司设计方法（1）地质力学评估初始设计的基础是巷道围岩力学性质和地应力。巷道围岩力学性质测定,包括岩石性质,通常打钻取芯,顶10m,甚至20m,底610m。地应力测试现场地质状况调查,4国外锚杆支护设计方法,（2）初始设计采用数值模拟方法进行初始设计，具体方法与离散元接近。计算结果有围岩内部及表面移近量、岩层破坏范围等，并且需要确定锚杆支护的主要参数和顶板允许的位移量。当围岩破坏范围4m，顶板位移40以上时，就需要锚索加固。（3）现场监测测定巷道围岩表面位移；多点位移计测定围岩深部位移和破碎范围；测力锚杆测全长锚固锚杆的受力情况；,对锚杆进行拉拔试验；用离层仪测顶板离层值。（4）信息反馈和修改，完善设计根据现场测试数据，分析整理变化曲线，与初始设计的预估值进行对比。调整设计参数完成最终设计。,4.2英国的锚杆支护设计方法（1）了解地质环境，特别是地应力情况；（2）对岩层变形进行详尽的观测；（3）详细观测支护体承载情况（锚杆受力分布）；,（4）对巷道发生变形的机理进行分析。英国的设计方法以围岩变形、锚杆受力及支护结果精确测量为基础。为保证巷道安全，还把对顶板变形的连续监测包括在设计内容中。顶板发生弱化的高度是一项重要指标，所谓弱化是指顶板的应变值超过10/m（1%），弱化高度或者说较大变形高度反映了顶板的稳定特性。英国人还假定潜伏破坏区的最大高度按巷道宽度的1.5倍计算，破坏区的形状近似于锥体，锚杆支护的安全系数取1.5。,4.3德国（19952000）锚杆发展情况1995年德国煤矿公司委托亚琛大学进行题为“煤矿井下什么地点可以用锚杆，如何设计和使用”的调研，调研结果是：（1）世界上都在矩形巷道采用锚杆支护；（2）大家都采用带棱的刚性锚杆，有的还进行预张紧；,（3）设计方法多种多样，如数学模型，静力假设（岩粱、拱和裂隙理论）以及根据现场测量结果进行设计等。借鉴英国经验，发展思路是：（1）利用锚杆在顶板内形成承载岩梁；（2）用简单而低廉的测量系统进行经常性监测。1995年初，在一个有积极性的矿井和敢于创新的矿山监察部门支持下，由某设计公司进行了基础计算，从而试验成功在矩形巷道使用锚杆支护。,锚杆支护的几个原则：（1）地质技术调查；（2）简单有效的测量系统；（3）对全体人员培训（三天的理论和操作培训：五天的工程师培训）；（4）保证施工质量和监督检查。监测技术：双倍钢丝伸长计（6m）阻力式测量锚杆,巷道断面收敛测量仪钻孔内窥镜监测目的保持极高的安全性直接形象化显示避免选型过大因此，任何设计只有在井下获得可靠的观测结果后才能得到改进或修正。,锚索施工工艺,5.1钻孔5.2安装5.3锚固5.4张拉,5.5施工要点（1）重点保证锚具的产品质量锚具和钢绞线是组成锚索的主要部分，尤其要求锚具要有可靠的锚固性能和承载能力，以保证充分发挥钢绞线的强度优势。（2）保证锚索施工质量只有保证每一个环节的施工质量，才能最终保证锚索支护的整体质量。,（3）重视监测工作通过监测不仅可以保证施工质量，而且还能反馈信息，及时指导施工。4.6关于优化设计问题（1）优化设计的目的在保证安全的前提下，协调其他经济指标的相互关系，如提高施工速度，降低支护成本等。（2）安全系数的取值讨论安全系数等于1的基本条件,安全系数取1.5的安全裕度安全系数取2.0的特殊条件（3）优化设计的实施步骤认真总结已有工程经验。走出去，请进来，充分借鉴成熟经验。一切通过试验，以点带面（4）优化设计的基本认识煤巷支护以锚杆为主，锚索补强为辅；,设计不能干篇一律，要根据不同条件具体设计，如地质构造带，大断面，开切眼等，还要加强支护；发展强力掘进机械，实现掘锚一体化；加强监测工作，充分运用信息施工通过监测可发现顶板条件是否发生了变化，是否需要采取相应措施，如增加锚杆密度或发现在锚杆长度范围之外发生变形，就需要安装长锚杆或锚索等。,工程应用实例,6.1大断面硐室锚索支护6.2锚索加固软岩夹层6.3锚索加固破损工程6.4煤层巷道锚索支护6.5露天煤矿边坡治理6.6其他岩土锚固工程,7巷道锚索（锚杆）支护应急措施,7.1支护方案的决策（1）调研与论证（2）方案的风险评估（3）特殊地段的加强支护（4）超前支护,7.2应急处理预案（1）器材储备（2）实施措施,8矿用单束锚索的发展动向,8.1锚索的结构形式向多样化发展,MT/T942-2005矿用锚索行业标准已于2005年6月1日正式发布。这是矿用锚索制品质量控制的第一部煤炭行业标准。它规定了矿用锚索的分类与型号、技术要求、试验方法、检验规则以及标志、包装、运输与贮存。从此，矿用锚索制品的生产管理有标准可依，质量监督检验有章可循。,8.2矿用锚索行业标准正式发布,8.3矿用单束锚索部分采用大直径钢绞线,矿用单束锚索产品系列,8.4树脂锚固剂的新发展,（1）普通树脂锚固剂,特点：固化时间快，强度增长快，锚固力大,树脂锚固剂产品分类,注：在221环境温度条件下测定。,树脂锚固剂产品规格,注：根据用户需要还可生产不同规格的产品