小孔径锚索支护

小孔径锚索支护一、概述小孔径锚索支护技术是1997年煤炭科学研究总院北京建井研究所、北京开采研究所等科研机构研制成功。该技术锚固方法是把长锚索锚入深部的稳定岩体上，然后对锚索施加预应力，预先对岩体或构件施加主动作用力。该技术作用合理，施工简便，效果显著，引起了煤矿和其它部门的重视，应用范围越来越广泛。3/25/20242小孔径锚索

3/25/20243锚索制作车间

3/25/20244二、锚索复合支护形式

锚索具有承载能力强、长度大、成本高等特点，锚索间距一般较大，均需和其它支护形式构成复合支护形式，不同的支护相互配合，取长补短，可降低支护成本。改善支护效果。常用的支护形式有：锚索—锚杆→即：双锚支护；锚索—锚杆—喷射混凝土→即：双锚喷支护；锚索—锚杆—金属网—喷射混凝土→即：双锚喷网支护。等等3/25/20245三、锚索作用原理锚索和锚杆在巷道支护中的作用机理基本相同，都有自承拱作用、组合梁作用和悬吊作用。1、自承拱作用。自承拱作用就是把受采掘影响和被节理、裂隙、断层切割而破碎的岩体用预应力锚索加固成压力拱圈，提高岩体的整体性和自承能力，保持围岩的稳定。在预应力作用下，被锚索内外锚固段加固的岩体在一定范围内形成双向受压区，如果锚索长度和间距合理，锚索群形成的受压区能重叠，从而形成一个压缩带，如下图所示。锚索长度L与间距S之比(L/S)越大，压缩圈的厚度就越大，但成本也越大，施工也越难，L/S越小，压缩圈厚度就越小，甚至不能形成压缩圈而只能产生单个的不连续的压缩区。光弹试验表明，用预应力锚索加固受采掘影响的岩体，其经济合理的锚索长度和间距是：L/S≥2。

3/25/20246锚索—锚杆支护自承拱作用原理

1-锚索；2-锚杆；3-锚杆压力圈；4-锚索压力圈3/25/20247三、锚索作用原理2、组合梁作用。组合梁作用就是锚索穿过层状岩层，使岩层层面和层理之间的摩擦力增大，增强岩体的整体性，阻止岩层间的分离、位移，提高岩层的抗弯强度。这就比单纯的叠合梁具有更大的承载能力。垂直穿过岩层的锚索，其组合梁作用尤其明显。3、悬吊作用。悬吊作用就是锚索把不稳定岩块吊挂在稳定的岩体上，限制不稳定岩块的位移，防止其冒落。上述几种作用常常不是单一存在的，而是综合在一起的，而且在不同的情况下不同作用的地位有主次之分，因此，在实际工作中应具体分析。

3/25/20248三、锚索作用原理

虽然锚索和锚杆的支护作用原理基本相同，但在复合支护中两者的作用并不是简单的重复。锚杆长度小，压力圈薄且离巷道壁较近，这个压力圈的自承载能力较小，在巷道地压大、围岩松动圈厚度大时，锚杆的支护作用更难发挥。锚索长度远大于锚杆，承载能力强，在预应力作用下形成的围岩压力圈厚度大而且离巷道壁较远，在围岩破碎、地压较大情况下，锚索的压力圈恰好给锚杆提供一个可靠支护依托，形成大小两个围岩压力圈共同支护的状况。此时，大压力圈可承受巷道深部围岩的自重及压力，并将压力转移到深部围岩，大大减轻小压力圈的压力，成为小压力圈的保护圈。

3/25/20249三、锚索作用原理

锚索长度大，间距也很大，一般3～5m以上，在预应力作用下形成压力区的同时，两锚索之间还有较大的拉应力区，这是锚索支护的弱点所在。锚杆短而密，当锚杆的长度适当时，可基本消除锚索之间的拉应力区。锚索压力区和锚杆压力区组合成厚度更大的压力圈。在悬吊作用中，锚索可以对大块的松动岩石起作用，把它悬吊于深部岩层，而对小块危岩往往无能为力。锚杆的悬吊作用恰好相反，把小块危岩悬吊与锚索压力圈上。

3/25/202410三、锚索作用原理

在节理裂隙发育、围岩破碎的巷道中，锚杆和锚索很难防止岩体风化，在水的长时间软化、侵蚀以及风化和岩石的蠕变作用下，岩体变得更加破碎，岩石内摩擦角逐渐减小，锚杆和锚索作用下的压力区必然相应减小，最终连续的封闭的压缩带被破坏。因此在锚索、锚杆支护体系中加上喷射混凝土是十分必要的。喷射混凝土可尽早封闭围岩，防止风化，保持围岩的整体强度。其次，喷射混凝土颗粒可填实已有裂隙，使破碎、松散的表层岩石成为连续的完整的岩体，再次，在锚杆作用下围岩表面仍有较小拉应力三角区，喷射混土可使巷道表面围岩改变受力状况，消除或减小拉应力。围岩严重破碎时，锚杆和喷射混凝往往不能保证松动圈的稳定，此时加上金属网，既可保护锚杆之间的拉应力区中的围岩，又能大大提高喷射混凝土层的抗拉强度。

3/25/202411四、小孔径锚索的结构

锚索由钢绞线、锚齿、挡箍、垫板和锚具等组成，如下图所示：

3/25/202412四、小孔径锚索的结构1、钢绞线钢绞线是锚索承受、传递支护力的主体，采用单根7×φ5mm冷轧钢绞线。其力学性能指标见下表。钢绞线的长度视孔深而定，一般比孔深大0.5m即可。通常长为5~8m。

3/25/202413四、小孔径锚索的结构2、锚齿锚齿的作用是打烂、搅拌树脂卷。另外，也起到使钢绞线居中定位作用，避免钢绞线偏靠孔壁而影响锚固质量，一般可用螺栓或点焊的方式固定在钢绞线上，沿钢绞线锚固段200~300mm设一个锚齿。3、挡箍挡箍的作用是在搅拌树脂卷、推送钢绞线的过程中，挡住胶状树脂使之不能流出锚固端外。可选用橡胶或塑料，内径能箍紧在钢绞线上为准，外径应略小于孔径。4、垫板、锚具（索头）垫板和锚具是锚索的外锚固端的受力部件。垫板一般采用槽钢加锚杆盘，锚具须选购标准件。索具如下图所示。

3/25/202414km系列矿用锚索锁头3/25/202415km15、km18型矿用锚索锚具3/25/202416锚卡具适用直径φ15mm的高强度低松弛钢绞线，是锚索的必备卡具。技术参数：锚索规格φ15.3mm锚卡具

3/25/202417五、锚索支护参数的确定

其参数按悬吊理论进行设计，保证锚索有能力承担其承载范围内潜在锚落岩层的重量。1、巷道每米长度范围内潜在冒落岩石重量巷道潜在冒落拱高度为：巷道潜在冒落拱面积为：每米巷道潜在冒落煤岩重量为：直接顶硬度系数顶板岩性系数巷道跨度，m直接顶煤岩容重，t/m33/25/202418五、锚索支护参数的确定2、单根锚索所承担的冒落长度：锚索强度标准值，MPa锚索截面积，mm2锚具效率系数，取值范围0.9~0.95每米巷道潜在冒落岩石重量，t/m3/25/202419五、锚索支护参数的确定3、锚索锚固长度（mm)

锚索锚固长度有理论锚固长度和实际锚固长度之分，实际锚固长度必须大于理论锚固长度。

树脂直径，mm树脂长度，mm实际锚固长度:锚索与锚固剂设计粘结强度，取10t/m2理论上所需锚固长度:锚索钢绞线直径，mm安全系数，取1.5锚索强度标准值，MPa3/25/202420五、锚索支护参数的确定4、确定锚索长度实际锚固长度，mm安全系数，取2左右巷道跨度，mm每排锚索根数锚索外露长度，300mm3/25/202421实例：刘东煤矿巷道支护断面图3/25/202422实例：刘东煤矿巷道支护断面图3/25/202423六、锚索施工机具主要包括：1、锚索钻机2、钻杆3、钻头4、锚索搅拌器5、锚索张拉机具6、锚索切断器3/25/202424mqt－85j气动锚杆锚索钻机

3/25/202425mty系列液压锚杆锚索钻机3/25/202426锚索钻杆——钻杆间的连接用连接套

3/25/202427金刚石复合片锚杆钻头3/25/202428锚杆、锚索搅拌器3/25/202429锚索安装器3/25/202430锚索搅拌器3/25/202431mqy120、mq18-200/50锚索张拉机具

3/25/202432锚索张拉机具3/25/202433机载锚索张拉机具3/25/202434sm系列手动锚索安装机具3/25/202435锚索切断器3/25/202436七、锚索安装工艺

锚索的安装施工主要有三个环节，即钻孔、安装及张拉。1、钻孔⑴、按设计的孔位、孔深和角度等，用锚杆钻机钻孔。⑵、钻到设计孔深后，钻杆带着钻头在孔中镗几次，将孔壁上的滋翘的石渣除掉，使孔壁光滑，孔径不小于设计尺寸。⑶、成孔要直，45°角以下的孔要进行吹孔清理。⑷、当钢绞线在孔中推送、拔出顺畅自如时，视该孔为成孔；否则为不合格孔，应按“⑵”条进行清孔。如若此孔实在达不到要求，应错开原孔位另打新孔。

3/25/202437七、锚索安装工艺

2、安装(1)检查锚索锚固段结构是否完好无损，破坏、松动的部位要修整，生锈的部位要用刷子清除，沾染的污垢要冲洗干净，禁用折弯等不合格的锚索。(2)送锚索前用锚索探孔，锚索在孔中推送、拔出自如后方可进行下一步骤，否则要处理钻孔。向孔内送入树脂卷和锚索。先将树脂卷送入孔内，(按快慢性能顺序送入)，后用锚索推送树脂卷至孔底。按下图连接好安装系统，开动锚杆钻机进行搅拌，锚固锚索。

3/25/202438树脂药卷快速锚固锚索安装系统图3/25/202439七、锚索安装工艺

2、安装——搅拌要求如下：

①一人手扶锚索，使其尽量不打弯减少震动。锚索钻机推力要适中，使其既能转动推进锚索，又不使锚索太弯而影响转动。②刚开始搅拌的5s内转速要慢，每秒1～2转为宜，尔后逐渐提高转速至钻机的额定转速。这一过程3～5s内完成，之后一直平稳搅拌完毕。③搅拌推进的平均速度为50～60mm/s，整个搅拌过程在20～30s内完成。④搅拌推进过程不允许间歇停顿，在搅拌推进整个过程结束后，拆除系统过程中不能拉动、转动锚索，否则将破坏锚固剂的初凝、导致锚固失败。搅拌停止拆卸系统前，稳住锚索不动，停顿30s左右，以保证锚固剂初凝、固定住锚索、不因自重而下滑。

3/25/202440七、锚索安装工艺

3、张拉当搅拌安装达到凝固时间后(一般凝固时间设计为30min，若工程状况允许可延长些)，就可以张拉了。

锚索张拉系统图3/25/202441七、锚索安装工艺

3、张拉——张拉过程如下：(1)按上图将机具等安装连接好。(2)垫实垫板，垫板平面要垂直于钻孔轴线，保证锚索受力在一条直线上。(3)1人加压(操作手动或电动加压泵)、1人观看压力表、1人观察千斤顶及其周围情况，达到设计的预应力便停止加压，当出现其它异常情况(如系统漏油、压力突增突减、异常声音、垫板底部结构压坏等)暂停加压，回缸卸压、处理情况。(4)加压过程要平稳，不能忽快忽慢，使得压力表指针平稳上升或千斤顶油缸均匀伸缩。(5)一次出缸张拉或重复出缸完成张拉过程情况都有。若在设计的预应力值范围之内(或进行破坏性张拉试验)达到某一应力值时，只出缸而压力值不升(甚至下降)，则可判定此时拉力值达到了锚索的极限锚固力。(6)达到设计预应力值后停止加压，扳动换向阀，反向加压、回缸(此时要有专人托住千斤顶，或事先系挂好千斤顶，防止卸压后脱落)，使锚具锁紧。取下千斤顶，完成了一根锚索的张拉。照此重复进行下一锚索的张拉。

3/25/202442七、锚索安装工艺

4、外锚端多余部分锚索切除张拉完后需要对外锚端多余部分锚索切除时，利用专用锚索切断器与张拉机具中的加压部分相配合进行切断处理。

外锚端多余锚索切除系统图3/25/202443七、锚索安装工艺

4、外锚端多余部分锚索切除——切断操作程如下：(1)按上图连接好机具。(2)专人托扶切断器或将其系在牢固的结构体上。(3)穿上切断器后，在钢铰线的端头套上专用套筒并用手攥紧，防止切断瞬间断掉的钢绞线崩散产生危险。(4)平稳加压直至切断。若达到通常的切断力仍不切断时，应检查一下刀刃，如为钝刀应及时更换。(5)切断的瞬间有时产生火花，要有预防瓦斯爆炸的措施(如检验瓦斯含量是否超限，加大通风等)。(6)安装好的锚索如下图所示。

3/25/202444安装好的锚索3/25/202445邢台矿务局葛泉煤矿切眼支护结构图3/25/202446八、锚索施工质量检测

主要检测锚索的锚固力，常用的测量仪器为测力计。3/25/202447振弦式锚索测力计3/25/202448mgc系列锚索测力计

3/25/202449数显锚杆（锚索）测力计

3/25/202450ms-60型锚索测力计

3/25/202451九、小孔径锚索支护的优点

(1)施工速度快，承载快，更适用于需快速支护的工程。快速锚索，从