锚杆支护原理及施工工艺材料

1、锚杆支护原理及施工工艺材 料( 总 6 页 )-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One 1 CAL本页仅作为文档封面，使用请直接删除锚杆支护原理及施工工艺锚杆支护原理及施工工艺一、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稳固老顶 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 在松动区外的完整稳固岩石上，使松动岩块不至冒落。5)(b)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RI岩这一理论提出的较早( 1952-1962年LouisA, paneK经过理

2、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，这从一个侧而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

3、。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 岩层组合成类似钏钉加固的组合梁，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，

4、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而，防止或减少了围岩沿不连续

5、面的移 动。如 图 4。5、锚杆的减跨作用 如果把不稳定的顶板岩层看成是支撐在两帮的叠合梁，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

6、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，那么锚固范围内岩层的 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，那么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

7、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

8、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 特别是对于巷道外表，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，防止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

9、“敲帮问顶制度， 处理好浮 石及罩头，确认平安前方可作业。(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，使锚杆到达设计预紧力。( 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

10、，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，杆体端部插入己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

11、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、施工本卷须知 :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到达 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