知名大学锚杆支护理论与工程实践培训

中国矿业大学柏建彪（博士、教授）锚杆支护理论与工程实践主要内容1锚杆支护发展2锚杆支护理论3锚杆支护体系4设计方法5施工6

监测7锚杆支护巷道冒顶调查分析31锚杆支护发展2个阶段：以1995年引进澳大利亚锚杆支护技术为分界点。锚杆支护理论、锚杆支护设计方法、施工机具、小孔径预应力锚索加强支护、锚杆孔径、锚固剂及锚固方式、监测技术等均发生了变化。美国、澳大利亚接近100%，英国80%，美国锚杆支护为巷道顶板的唯一支护方式。我国1995年时约15.15%，目前约70%。

锚杆支护使用范围

Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类全面推广，Ⅳ、Ⅴ类得到推广应用综放沿空掘巷锚杆支护软弱、破碎煤巷锚杆支护三软煤巷锚杆支护深井煤巷锚杆支护锚杆支护效果

锚杆支护与架棚支护相比，其优越性表现在：属于主动支护将巷道围岩变成承载体对巷道不规则断面适应性强巷道围岩变形量显著减小，安全生产得到保证，大幅度减少了冒顶、瓦斯、火灾事故简化巷道布置，减少岩石工程实现沿空掘巷，提高煤炭资源采出率，延长矿井寿命锚杆支护具有巨大的技术经济效益和社会效益，是我国煤炭行业继综合机械化之后的第二次支护技术革命柏建彪教授，6拱型可缩性支架破坏木支架严重损坏支架破坏实况架棚巷道变形和支架损坏情况柏建彪教授，7沿空掘巷维护状况煤柱宽度5m柏建彪教授，8锚杆支护巷道维护状况柏建彪教授，92锚杆支护理论柏建彪教授，10（1）悬吊理论机理：将巷道顶板较软弱岩层悬吊在稳定岩层上，以避免较软弱岩层的破坏、失稳和塌落，锚杆所受的拉力来自被悬吊的岩层重量。缺点：没有考虑围岩的自承能力，而且将被锚固体与原岩体分开。柏建彪教授，11（1）悬吊理论适用条件：锚杆可以锚固到顶板坚硬稳定岩层柏建彪教授，12（2）组合梁理论机理：通过锚杆将几层薄岩层锁紧成一个较厚的岩层（组合梁）。增加岩层间的摩擦力，防止岩石沿层面滑动，提高自撑能力。缺点：将锚杆作用与围岩的自稳作用分开；在顶板较破碎、连续性受到破坏时，难以形成组合梁。适用条件：层状地层顶板在相当距离内不存在稳定岩层，悬吊作用处于次要地位。柏建彪教授，13（3）组合拱理论机理：在锚杆两端形成圆锥形分布的压应力，锚杆间距合理时，形成的压应力圆锥体相互交错，在岩体中形成均匀的压缩带，即承压拱，这个承压拱可以承受外部荷载。承压拱内的岩石处于三向应力状态，其围岩强度得到提高，支撑能力也相应加大。缺点：一般不能作为准确的定量设计。适用条件：顶板无稳定岩层拱形巷道柏建彪教授，14（4）最大水平应力理论机理：水平应力大于垂直应力，水平应力具有明显的方向性。在最大水平应力作用下，顶底板岩层易于发生剪切破坏，出现错动与松动而膨胀造成围岩变形，锚杆的作用即是约束其沿轴向岩层膨胀和垂直于轴向的岩层剪切错动。柏建彪教授，15（4）最大水平应力理论柏建彪教授，16围岩与支护强度的关系随支护强度增加，围岩的极限强度和残余强度提高，围岩残余强度提高到一定程度就能保持巷道稳定。（5）锚杆支护围岩强度强化理论柏建彪教授，17（5）锚杆支护强度强化理论

锚杆与围岩相互作用，形成锚杆—围岩的共同承载结构，改善锚固体力学性能，提高锚固体峰值强度和残余强度，特别是残余强度的提高，有效提高围岩的自承能力，控制围岩塑性区、破碎区发展，促使巷道围岩由不稳定状态向稳定状态转变。

柏建彪教授，18

锚固体C、、C*、*

随锚杆支护强度t的增加而提高。不同锚杆支护强度下锚固体破坏前的C、

值

锚杆支护强度t

/MPa00.060.080.110.140.170.22等效内聚力C/MPa0.34660.35680.36260.36770.38280.37730.3869等效内摩擦角/°31.5131.5333.5135.5737.1438.840.4不同锚杆支护强度下锚固体破坏后的C*、*

值锚杆支护强度σt

/MPa00.060.080.110.140.170.22等效内聚力C*/MPa0.01680.01820.01830.01840.01860.01940.021等效内摩擦角*/°31.5131.5333.5135.5737.1438.840.4柏建彪教授，19图锚固体应力应变曲线图注：曲线上数字为锚杆支护强度σt（MPa）

锚固体强度随锚杆支护强度σt的提高而得到强化，达到一定程度就可保持围岩稳定。锚固体1、1*的表达式：式中：1——锚固体极限强度，MPa，

1*——锚固体残余强度，MPa。

t——锚杆支护强度，MPa

提高支护强度t

，可使C、、C*、*

提高；它们的提高，使1、1*显著增强。3

锚杆支护体系（1）锚杆高强秒度、若大直动径。数破断艇载荷滴一般俩在20枪0~皆3远00虎kN以上，脉近年应显用破断尾载荷40泥0k毛N以上疏的锚坑杆。延伸率饺均大于15%锚杆直振径20籍~2兴2m劣m稳定性聋较高、像维护要晶求低、限服务时亡间短的国巷道两便帮可以闲采用Q23默5圆钢尖锚杆予和玻朗璃钢剧锚杆摊。柏建彪普教授漠，22玻璃钢锚杆柏建彪神教授清，23采用放左旋底、无岔纵筋平高强甘度螺局纹钢恒锚杆库，等园强（匹锚杆寨尾部骗螺纹府部分漫采用嚼墩粗许或热肝处理阶、滚裂丝）锚杆洞成套餐：杆体、托盘（钢挑板轧刘制，叉厚度绣根据灵矿压梁确定奖）、球形垫贱圈（铸西钢）妹、减摩垫屡圈（1个聚米氨酯超、1个铝肿合金婚）、螺母（高及强度枝、快鹊速安旁装螺练帽）柏建拖彪教聪授牢，24（2）锚固久剂及锚锦固方式锚固剂凡：树脂忙药卷，姓一般采舞用凝结捷速度为拣超快与版中速的回树脂药具卷配合奇。柏建彪腰教授答，25锚固宋方式全长锚济固：锚村杆中厨部受撇力最馅大；血增阻鸭速度态快。盲具有澡较大票的抗惩剪切者能力就。增齿加岩妄层间父的法它向力国，阻抗止层仓间错养动，悠防止图离层熔。在弱锚固觉范围蚁内锚晃杆伸誓长1mm，可产际生10～20岩kN的锚固鸡力，支蓬护刚度诸大。端头脑锚固衰：Ⅰ～Ⅱ类。全长或取加长锚度固：Ⅲ～Ⅴ类柏建彪涉教授款，26使用内药卷梳长度发一般CK闹23聪35、Z2泽36妇0m昆m，复合巷顶板一哗般采用犬双速23菊60和Z23绵60。柏建药彪教纲授层，27（3）三屠径匹棉配钻孔直乏径比锚拴杆直径画大6～10今mm钻孔直悼径比树灰脂药卷道大6m但m左右一般钻格孔直径29m伴m，锚救杆直裹径20、22黄mm，树脂智药卷直碧径23皮mm。锚固力床与钻孔满直径、拐锚杆直驱径的关军系柏建彪星教授登，28（4）网部及钢堪带网：察采用均金属蠢网、杆塑料复网。积严禁辅将最齿前排榨锚杆柴螺帽方松开休或等肝待后特压网是。钢带：央钢筋梯忆子梁、M型钢派带、W型钢茅带等边。要稀求钢杏筋梯填子梁习采用高强治度焊条射焊接专，防深止开植焊。板钢带跳的厚返度或创钢筋肝直径渗根据逝矿压灰确定蛙。柏建描彪教窜授飘，29（5）施央工机穗具机载锚全杆钻机钻机顶板习：风善动锚脚杆钻丸机、梯液压辟钻机书、凿辽岩机两帮：表强力煤较电钻、扑帮锚杆幼钻机钻头题：合衣金钢瓣钻头本、金程刚石蛙钻头钻杆鉴：B19、B22六方中诵空合金彩钢钻杆安装器碌：顶板添锚杆采净用锚杆疏钻机，古帮锚杆残采用风果炮联接樱器：左快速茄联接亭器联接器快速安具装螺母柏建彪婆教授趁，30（5）施工踢机具顶板钻挣机：风愧动锚杆没钻机、商液压钻喘机、凿禽岩机两帮钻难机：强砖力煤电疗钻、帮寻锚杆钻煮机当f<丧8，优刘先选扛用锚声杆机圈；当f炭≥8时，宜袄选用凿予岩机。锚杆安购装：应秀采用锚叔杆机，觉严禁采慈用凿岩套机。柏建彪环教授朴，31钻头：卧合金钢池钻头、陶金刚石管钻头在f<6时，使陆用两种中钻头钻刑速基本绣一致，睬而普通拐型钻头撒消耗费胡用低，墙因此应震优先选进用普通苹型钻头仓；在6≤贯f择≤8时，使光用金刚左石钻头假的钻速娃提高4倍以上斜，而且扇费用接赢近，因慈此应优亲先选用无金刚石邪钻头。柏建免彪教声授纠，32（6）小孔渐径预应村力锚索流加强支夜护是一澡种主管动加截强支脑护以锚杆希支护为蜻主，以窄锚索为皮辅树脂沫锚固确端加锣粗，驶钻孔良与锚堆索直奴径不练匹配锚固蜡在稳话定煤奖岩层肢中均版可以高应牵力巷址道可蚂以采共用直窝径17.街8、18.贴9mm的锚填索柏建彪给教授挎，33（7）桁架尾支护①桁架改秀变顶板狮的应力减状态，针拉应力溪将减小妥，甚至龄出现压泛应力；②预紧铲力增读加裂这隙体炒间的论摩擦臂作用砍，提陪高顶盆板稳盯定性卫；③提高交顶板逼两肩汤窝的尝抗剪重切能帖力，迈防止涂剪切在冒落谨。柏建彪枪教授腐，34单式双仁拉杆桁而架锚杆1—锚头下；2—锚杆梨；3—托架；4—水平拉轮杆柏建状彪教陈授黄，35复式桁向架锚杆1—锚杆笔；2—拉杆；3—拉紧器关；4—垫木柏建双彪教岗授棚，364锚杆矩支护廉设计旦方法可归纳突为三大且类，分朝别是工程狗类比役法、寺理论甘计算毁法、以障计算耐机数讯值模绸拟为亮基础粗的动态系啦统设计百方法。柏建肢彪教聪授螺，37（1）工程克类比法是一种叙实用的以方法，商在我国调锚杆支床护设计口中占主导助地位。在已沉有的消大量窄、成鼓功实极践的晕基础落上，晓根据夏巷道萍的生您产地板质条耀件确喷定支郑护参珍数。主要阅有以卡回采书巷道划围岩稳定境性分胞类为基础安的工程兵类比法验；巷道侵围岩松动圈贸分类为基诸础的痕工程巷类比运法。采用我扰国缓倾雹斜、倾敞斜煤层御回采巷漫道稳定棋性分类要方案，拣将巷道沉分为5类。制当订相应增的煤巷僻锚杆支倦护技术屋规范。柏建谨彪教赞授虎，38（2）理抹论计蒸算法根据悬抓吊理论斥、组合芝梁理论凤、组合苏拱理论栋计算锚晓杆长度保、间排惕距、破垄断载荷要等。（3）动烟态系薯统设剥计方秒法首先进悬行地质博力学评览估（含姐地应力固测试）辅，将地心质力学俭参数、退锚杆参住数等输慰入计算挽机数值罢模拟软姻件，以侵围岩强陵度强化鬼理论为猪依据，宇按控制冈围岩变释形效果息和经济姨合理的栽原则选张择最优竭方案，音组织施辽工，并怨对巷道予围岩稳脸定状况题和锚杆慢载荷监剃测，根膜据监测倦反馈信析息确定签是否调颂整锚杆樱支护参检数，经朽反复实事践，在桑动态中点修改完帆善设计昂。柏建率彪教络授贸，395锚杆支柿护施工（1）保掠证锚讲杆高购预紧江力锚杆亏预紧笑力的巨作用主动椅支护凤，拉边应力芳转化药为压锐应力苦或减丝式小拉理应力售，有盘效抑环制巷置道围游岩破迟裂区棚向深区部发死展，嚼发挥觉围岩蹈的自宴身承梦载能逮力，酸提高纤稳定灿性。柏建彼彪教辣授梢，40预紧寻力的冲确定：采普用现磨场实族测与漆数值幕计算糖相耦排合的年方法腿确定壳锚杆福预紧讽力的蜻合理傲值巷道变显形量与厌预紧力闭的关系柏建彪然教授谣，41实现足高预玩紧力大扭名矩枝：大轨扭矩刃的锚缺杆钻侦机、铺风炮明保证摄大扭票矩，聚大于200挪Nm。采用杂成套影锚杆犹，主泰要指冲使用贝减摩毅垫圈到（1个铝艇合金宴垫圈销、1个塑妻料垫鼓圈）他。锚杆略螺纹篮加工诸精细编，减眠小摩供擦阻床力。建议领不采兆用粗则螺纹骆的等衡强锚是杆，蓬顶板暂不得剪采用粗螺纹呆的等强缴锚杆。柏建炊彪教变授搅，42预紧力篇的检查采用扭守力扳手固定专满人负责域上紧螺绿母当班验眼收员检腹查有关贝职能嗽部门宗抽查和，并语及时油上紧束。抽查迎头1~4排锚杆柏建彪旬教授度，43（2）锚铲杆外撒露长退度锚杆肤外露涉不超怜长，灶小于70m梅m，最好迫控制在50毫mm内。外露超揉长：锚秀固长度蓄、锚杆笋有效长旱度减小（3）使用纱快速安侵装器提高饶巷道灭掘进触速度保证锚甲杆支护艺质量柏建彪行教授诊，44（4）锚杆汤孔要求锚杆汪孔深革度比遗锚杆议长度斩少50腐~1牙00编mm。钻杆瓜与锚杆诉长度相咽等钻孔浪直径勒比锚瘦杆直掌径大6~坛12端mm。顶角转锚杆狱向两害帮倾戒斜，声锚固枝端在圣两帮锋煤体畏内300妹mm以上逐，其洲它顶绪锚杆熟与顶密板垂团直。（5）巷道睬成型柏建彪盼教授咬，45（1）监倘测的屑必要桑性保证安剩全掌握巷幼道围岩胳活动规罪律和锚罩杆载荷虎变化规存律为优化抓锚杆支蝇护参数侵提供依性据6锚杆欧支护揭巷道吉监测柏建眨彪教谦授小，46（2）监测六内容柏建膜彪教美授善，47（3）监测网要求锚杆纯锚固闷力：粪测量尼围岩库、树蛾脂药础卷、误锚杆语杆体赛三者群之间景的可族锚性侨，合伐理确助定锚感固长线度、亲检验作树脂锹药卷和质量拼等。明每300根测量1组，不少扣于6根，顶板走、两帮薯锚杆均自要拉拔肢。柏建彪滥教授览，48顶板离询层状况斯：判断制顶板锚菠固区内葱、锚固召区外稳旧定状况胡及锚杆允支护参抗数的合粮理性。遇在迎头柄安装，唯一般每50渗~8旁0m安装1套顶板趟离层指腐示仪，扬每天观卖测1次，稳旧定后1~2周观丹测1次。柏建彪唇教授袜，49巷道傻表面轻位移弊：反菊映巷发道表躁面位轨移的驴大小租及断所面收文缩程撒度，怀判断堆围岩陡稳定卸状况说。一黎般测膨量顶乌底板妇、两挣帮相蚂对移租近量名。在味迎头室设置牛测站柏建很彪教藏授纸，50深部位凳移：反级映巷道医深部位摔移的大妨小，判辞断围岩误破碎区蒸、塑性槐区的大丹小及围色岩稳定帝状况。罪在迎头疤设置测嫂站柏建蕉彪教疏授材，51锚杆载之荷：反敌映锚杆接载荷大亦小，判候断锚杆夜处于弹睁性状态浓，还是箭塑性状匆态，确惰定顶板匪是否稳目定，锚凯杆支护炸参数是浑否合理捐。顶板托采用测姓力锚杆牙观测，予两帮采女用锚杆拒液压枕饭测量。柏建船彪教叮授朝，527锚杆测支护泛巷道反冒顶弊调查抹分析20刘05、20寒06年全竿国煤箱矿死饿亡事茫故按怀事故安性质更统计愈顶板献事故边占34.叹66%，巷灯道顶录板事膏故超岭过冒亩顶事艰故的桂一半情。柏建揪彪教枕授肾，5318个矿区黎调研结蚊果开滦单、铁雨法、饿大同竟、汾武西、坛潞安口、晋侮城、锋邢台倍、平杆顶山界、鹤喉壁、摸郑州宇、徐轰州、仓淮南机、淮重北、陶兖州蔬、新绵汶、翻邯郸历、焦门作、虾义马尿等7锚杆次支护励巷道档冒顶忆调查饥分析柏建排彪教灶授墓，54（1）岩层员组合劣装化型1）非嘉稳定荣岩层把变厚垫超过伤锚杆制（索亡）长肠度冒顶首原因:直接顶莫板泥岩初厚度由吵设计时葛的4.向4m变为冒迫顶时的6.银3m量,超过酿了设全计的答锚云索长哑度(5m更)。共发守生48起，荡占总靠事故薯数的29椒.6暮3%。柏建额彪教摊授苗，55（1）岩层辨组合劣材化型2）稳定骑岩层变税薄冒顶痛原因:煤层间兼的粉砂零岩厚7～9m变为际冒落世时的4.鸟06季m。锚索样锚在了蔑煤层中息，锚固贝能力大堆大降低.冒落器长40m，宽6m，高6.裕5m发.此类笼事故社共发币生19起，占诸总事故酒数的11.忠73%。柏建彪松教授于，56（1）岩育层组栏合劣请化型3）顶板导一定范绢围内出央现软弱电夹层此类跪事故抹共发浓生32起，探占总借事故团数的19挖.7役5%。冒顶妖原因:直接顶挑板泥岩甜与基本驰顶砂岩眠间突然援出现50m埋m厚的一统层煤线暮。长9.4昼m，宽4.颂2m，高2.茫35由m柏建珍彪教飞授唯，57（2）岩层浓结构缺认陷型4）顶茫板出饥现小钱断层此类事悦故共发伴生15起，秩占总的事故猾数的9.2蛾6％历。巷道问附近强出现予隐含枪小断痰层事故拴共发折生10起，刑占总尾事故更数的6.抽17赵%。柏建彪怒教授依，58（2）岩户层结拘构缺散陷型5）节鞋理发握育褶曲构冒造引起替顶板局救部变化帅，斜交辞节理发社育，导奏致巷道帅顶板楔是形冒落彻。长×宽×高为（20～30）×(2武.8～3.2雾)×（0.灾8～2.5）m此类事黎故共有7起，占匀总事故威数的4.价32％族。柏建蔑彪教察授极，59（2）岩揪层结字构缺爆陷型6）围岩策出现镶哑嵌型结烫构共4起，占惯调查事缓故总数水的2