煤巷支护技术培训课件

煤巷支护技术及巷道灾害防治

煤巷支护技术1.开采对巷道支护技术的要求

1我国煤矿以井工开采为主，需要在井下开掘大量巷道，保持巷道畅通与围岩稳定对煤矿安全生产具有重要意义。国有大中型煤矿每年新掘进的巷道总长度高达数千km,80%以上是煤巷与半煤岩巷。巷道掘进速度、支护成本、支护的可靠性直接影响煤炭企业的经济效益与安全生产。因此，开采对巷道支护技术提出了以下要求：

(1）煤矿安全生产要求

1949-1995年，全国国有重点矿务局(矿)一次死亡3人以上顶板事故687次，死亡2804人。其中发生在掘进工作面的109次，死亡416人(占14.84%)；我国顶板事故发生的频率高，死亡人数多，顶板事故主要发生在采掘工作面。因此，煤矿安全生产要求巷道支护必须安全、可靠，保证巷道围岩的稳定，避免冒顶、片帮事故发生。

(2)

提高煤炭产量的要求

近年来，我国以综采放顶煤、一次采全高为代表的采煤技术得到迅速发展，不断刷新和保持着煤炭行业高产高效的全国纪录。出现了亿吨级矿区、几千万吨级矿井，综采工作面的年产量超过10Mt。工作面高产量与推进速度对巷道支护提出以下要求：首先，成巷速度必须大幅度提高，以满足回采工作面快速推进的要求；其次，要保证回采巷道必须确保正常使用，在回采工作面推进过程中，巷道基本不需要维修，支护效果能满足运输、通风、行人等生产要求。(3)提高煤矿经济效益的要求巷道掘进与支护费用是煤炭企业成本的重要组成部分。此外，巷道施工完毕后，由于地质条件或受到采动影响，还需不断维修。我国部分煤矿巷道，需要维修或翻修3～4次，巷道维修费用大大超过成巷费用。因此，在满足煤矿生产要求，保证巷道安全的前提下，降低巷道支护、维修成本，也会给煤炭企业带来巨大的经济效益。

2.巷道顶板事故原因

从1949-1995年，共发生317起一次死亡3人以上顶板事故，直接原因可分为：

(1)因支柱数量不足.规格不符.支护质量差发生顶板事故160次,死亡508人,占39.02%.

(2)因采掘工作面无支护、空顶距大、悬顶时间长发生顶板事故的90次,死亡314人,占本项死亡总人数的24.11%.

(3)因爆破崩倒棚子、维修换棚子引起冒顶事故的35起，死亡130人，占9.96%。

(4)因地质条件变化，措施没跟上引起冒顶事故的130起，死亡51人，占本项死亡总人数的3.92%。

(5)因冲击地压引起冒顶的6次，,死亡23人,占本项死亡总人数的1.77%。

(6)因充填不满、不实、碹棚、井壁垮落的6次，死亡31人，占本项死亡总人数的2.83%。

(7)其他原因冒顶1次，死亡5人，占本项死亡总人数的0.83%。

2.我国煤矿巷道布置的发展趋势

(1)岩巷向煤巷发展

传统的巷道布置方式将服务时间较长的大巷、采区准备巷道布置在岩石中，虽然有利于巷道维护，但是带来一系列问题：巷道掘进成本高，施工速度慢，增加了许多联络巷；掘进出现大量矸石，给矿井辅助运输造成极大压力。随着巷道支护技术的发展与支护水平的提高，岩巷布置已逐步转向煤巷布置。特别是现代化矿井，岩巷占的比例已经很小。使用煤巷虽然增加了巷道支护难度，但带来了很多优点：显著降低了巷道掘进费用，大大提高了施工速度，缩短了矿井建设周期，巷道掘进出煤，增加经济效益。

(2)岩石顶板岩巷向煤层顶板巷道和全煤巷道发展

随着综放开采技术的大面积推广应用，综放工作面巷道顶板是煤层。煤层顶板相对于岩石比较松软、破碎，显著增加了巷道的支护难度。此外，对于特厚煤层开采和急倾斜厚煤层水平分层开采，不仅巷道顶板与两帮为煤层，有时底板也是煤层，属全煤巷道，支护难度进一步加大。(3)巷道拱形断面向矩形断面发展拱形断面虽然能够改善巷道受力状态，有利于巷道支护，但是拱形巷道施工工艺比较复杂，成巷速度低，有时还需要破坏顶板，出现矸石。拱形断面给回采工作面端头支护造成很大困难，阻碍工作面的正常推进。而矩形巷道，除巷道受力状况比拱形巷道差外，拱形巷道的缺陷基本都被克服，非常有利于回采工作面的快速推进。(4)巷道从小断面向大断面发展

随着回采工作面设备的大型化，开采强度与产量的大幅度提高，要求的巷道断面越来越大。煤层大巷的跨度已经超过6m，断面超过20m2；回采巷道宽度也达5～6m，断面积达15～20m2；开切眼跨度达到10m，断面积超过40m2。巷道断面的增大显著增加了支护难度。(5)单巷布置向多巷发展回采工作面开采强度和产量越来越大，要求的运输、通风断面逐年增加。特别是高瓦斯矿井，往往单巷布置不能满足生产要求，出现了一个工作面布置3～5条，甚至更多巷道的多巷布置方式。多巷布置带来了煤柱留设，巷道受到二次甚至多次采动影响，巷道复用等问题，增加了巷道维护的难度。(6)巷道埋深从浅部向深部发展

我国煤矿开采深度以8～12m／a的速度增加。新汶、淄博、开滦、徐州等矿区的开采深度已超过l000m。煤炭开采技术的进步和矿山的现代化促进了生产的高产高效，进一步加速了矿井深度的增加。预计在未来20年我国很多煤矿将进入到

l000～1500m的开采深度。深部开采带来高地应力，如冲击矿压、围岩大变形、强烈底鼓等浅部巷道没有的支护问题。(7)简单地质条件巷道向复杂地质条件发展随着新生代煤田的开采及老矿井采深的增加，复杂地质条件煤矿的数量和分布范围将会继续增加和扩大。复杂地质条件巷道围岩稳定性差、围岩变形和破坏强烈，巷道维护十分困难。有的复杂地质条件矿井，每米巷道的支护费用已高达几万元，(8)从沿空掘巷向沿空留巷无煤柱发展随着巷道围岩力学理论研究,巷道支护理论和支护材料的发展,巷道煤柱逐渐变窄，由沿空掘巷向沿空留巷无煤柱发展，目前正在全国推广110工法。110工法简介采用恒阻锚索对巷道顶板加强支护，通过切顶卸压自动形成一条回采巷道，把采煤与掘进统一起来，做到回采一个工作面只需掘进一条回采巷道，将传统的一面双巷变成一面单巷，取消了区段煤柱，实现了无煤柱开采。3.煤巷支护技术的发展

3.1.煤巷支护形式

煤矿巷道支护经历了木支护、砌碹支护、钢筋混凝土、型钢支护到锚杆支护的漫长过程。

(1)木支架

优点：重量轻、容易加工、架设方便、破坏时有信号发出。

缺点：强度低、易破坏、不防火、易腐蚀、风阻大。

适用条件：巷道服务期较短、压力小、断面积不大。

(2)钢筋混凝土支架

优点：支护强度高、效果好，较木支架不易破坏、防火效果好、服务年限长。

缺点：地面加工重量大、笨重不好搬运、成本高、不易架设，也不能回收再用。(3)工字钢可缩性梯形支架

优缺点：较混凝土支架轻、但较木支护重。架设方便、加工比较容易；强度高、防火、不易腐蚀，可回收利用。适用巷道：围岩比较稳定受动压影响变形200—500mm。工字钢可缩性梯形支架结构适用巷道：服务时间长，围岩不稳定，受动压影响大，变形大于400mm，无底臌。(4)U型钢可缩性拱形支架U型钢拱梯形可缩性支架适用巷道：服务时间长围岩不稳定受动压影响大变形大于800mm有底臌U型钢方环形可缩性环形支架适用巷道：服务时间长围岩不稳定受动压影响大变形大于1000mm有底臌

(5)锚杆支护锚杆支护拱形巷道邢台邢东煤矿(6)钢管混凝土支架3.2.沿空留巷支护技术

(1)钢管混凝土墩柱与矸石袋支护

钢管混凝土墩柱的主要优点：

成本低，支撑力大，简单易行，可重复使用。

钢管混凝土墩柱，主要承载体；

墩柱外侧，堆砌3排，矸石袋子至顶板，封闭墙体、承载体；

考虑到煤层倾角，墩柱向巷道侧倾斜，与竖直方向成一定角度。钢管混凝土墩柱--空钢管中充填混凝土墩柱靠下段焊接注浆口；墩柱上沿开有排气孔；墩柱底部有防钻底的柱鞋；墩柱顶部有让压楔形木块。混凝土灌注工艺①混凝土含有石子、沙子、水泥、添加剂，标号C40;②钢管混凝土墩柱安装30根以上后，集中进行混凝土注浆一次；③第一次使用混凝土输送泵应先泵送少许水泥砂浆润滑管路；④搅拌均匀，以防管路堵塞。⑤以顶部排气孔流出混凝土浆，为注浆结束标识

；⑥注浆结束后先停止泵送，封堵注浆孔、排浆孔。冲洗管路

。(2)高水材料充填支护高水材料的基本组成甲料乙料特种水泥烧制熟料石膏矿化剂生石灰复合超缓剂复合矿化早强剂复合悬浮剂复合悬浮剂高水材料：体积比水占90%，20--30min内凝结，100%固化。

通过调整水灰比或高水材料配比调整充填体的强度，

水灰比1.5∶1时，充填体强度可以达到12MPa。高水材料机械化整体充填式，浇筑高强度巷旁支护体，可有效支撑顶板和密闭采空区，围岩控制效果好。高水材料巷旁充填沿空留巷特点：浓度小，水体积占90%以上，高水材料用量少，辅助运输工作量小；远距离输送，水平输送距离＞3000m；固化体有一定压缩率，适应沿空留巷大变形；充填工艺简单，用人少，减少下井人数；充填系统费用较低，一套设备30~70万元左右。充填泵站可以放在井下上山、下山或大巷硐室，已在山西潞安余吾煤业、徐州三河尖煤矿、甘肃窑街海石湾煤矿等应用。山西长平煤矿15号煤综采工作面沿空留巷充填实例：

工艺选取：由于该面推进速度较快，日推进达8m，产量大。充填工作在运输巷中进行，巷道中有胶带输送机等较大设备，巷道空间有限，输送距离要求大于200m。因此优先选用长距离水力泵送充填工艺，水力泵送距离可以达到1000m。

充填系统示意图

充填区域支护：

(1)在端头支架前移后，及时对裸露顶板采用单体液压支柱加铰接顶梁进行支护。充填体两侧采用单体液压支柱支护，支护的单体支柱又当作充填模板的固定点。当顶板不稳定时充填体空间可以用工字钢架设抬棚支护，充填体快要接顶时，依据顶板情况决定是否拆除留在充填体上方的抬棚。

(2)从对高水材料充填沿空留巷矿压显现基本规律分析可知，沿空留巷从工作面到其后方20~40m范围内围岩移动活动剧烈，矿压显现明显，必须对该范围内巷道进行临时加强支护。工作面支护平面示意图

(3)机械化模板混凝土支护1、在井下顺槽，专用综采支架拖带充填体模板；

地面混合干料，井下加水集中搅拌混凝土；井下混凝土输送泵管道输送；从而实现机械化高效率沿空留巷。2、三小时拆模，充填支护体能够自稳，3天后抗压强度等级达到30MPa以上。3、沿空留巷，混凝土充填体宽1.7m，高2.5-2.8m；端头支架拖带模板巷旁充填沿空留巷充填体照片柔模混凝土充填柔模+泵送混凝土充填---沿空留巷(4)沿空掘巷与对穿锚索支护技术1、沿空掘巷技术

在相邻采煤工作面之间，留设4-5m宽的煤柱；相对沿空留巷，是煤柱取代支护体，成本低，工艺简单；沿空掘巷，能让顺槽处于支承压力较小的位置；有综掘设备时，技术经济效益最佳。可使用“对穿锚索”，加固煤柱；2、对穿锚索煤柱加固技术在相邻采煤工作面之间，留设4-5m宽的煤柱；对穿锚索加固煤柱；

对穿锚索：单巷时----预置锚索，双巷时----直接对穿锚索；巷道压力大时，可使用钢管混凝土墩柱。3、沿空掘巷“对穿锚索加固煤柱”技术优点（1）对穿锚索的两端在煤柱两侧，能够保障锚固可靠性；（2）

一根锚索能起到两根锚索的力学作用，锚固效果突出；可降低煤柱加固支护材料成本，加快巷道的支护速度。（3）能够有效控制“窄煤柱”在采空区一侧煤帮的稳定性。

这是其他煤柱加固方法难以做到的。（4）合理地布置锚索间排距，能够有效保障煤柱的稳定性。4.煤巷锚杆支护技术4.1.锚杆支护的优越性

锚杆支护是巷道经济有效的支护技术，与棚式支护相比：锚杆支护改善了巷道支护效果，降低了巷道支护成本，减轻了工人的劳动强度；

锚杆支护简化了采煤工作面两端头支护和超前支护工艺，改善了作业环境，保证了安全生产，为采煤工作面的快速推进创造了良好条件。4.2.国外锚杆支护技术发展经验

100多年前，国外一些矿山就开始应用锚杆支护。英国在1872年就采用过金属锚杆，美国1900年使用过木锚杆。地下工程中大量采用锚杆支护是在20世纪40年代末期。法国到1986年锚杆支护比重已占到50％。俄罗斯研制了多种类型的锚杆，在第一大矿区——库兹巴斯矿区锚杆支护所占比重已达50％以上。国外锚杆支护技术快速发展及大面积推广应用的经验：

(1)重视巷道围岩地质力学参数测试，对支护对象有比较清楚的了解。

如美国、澳大利亚、英国在锚杆支护设计前，要进行全面、详细的地应力、围岩强度和围岩结构面力学特征的测量，分析巷道应力场分布特征，巷道围岩变形和破坏的主要影响因素。这是锚杆支护成功的必要前提。

(2)根据煤矿巷道特点，采用比较合理的锚杆支护设计方法。如澳大利亚、英国采用“地质力学评估一初始支护设计一井下施工与监测一信息反馈与修改设计一日常监测”的设计方法。这种方法符合煤矿巷道地质条件复杂性与多变性的特点，因此得到国际上的普遍认可和采用。

(3)根据地质与生产条件采用适宜的锚杆型式如澳大利亚、英国主要采用树脂全长锚固螺纹钢锚杆。美国锚杆种类比较多，包括树脂锚固锚杆、涨壳式锚杆及混合锚固锚杆。德国除使用树脂锚固锚杆外，还研制了可拉伸锚杆，使锚杆既具有足够的支护阻力，又有一定的延伸性，适应围岩变形强烈的条件。

(4)锚杆向高强度、高可靠性方向发展

一方面，研制具有一定延伸率的高强度锚杆材料，如澳大利亚锚杆杆体材料的屈服强度一般在100～600MPa，有的甚至大于600MPa；英国锚杆材料的屈服强度为640～720MPa；美国锚杆材料的屈服强度一般为414～689

MPa。另一方面，加大锚杆直径，国外多数使用20～22mm的锚杆，有的达到24mm。锚杆杆体的拉断载荷一般在200kN以上，有的甚至超过300kN。英国还研制出拉断载荷500kN的大锚杆。在提高锚杆强度的条件下，降低了支护密度，有利于快速掘进。

(5)先进的锚杆施工机具不仅保证了支护质量，而且提高了成巷速度，促进了锚杆支护技术的发展。澳大利亚、美国大量采用掘锚联合机组，实现了掘进与锚杆支护一体化，大幅度提高了巷道掘进速度与工效。同时，单体锚杆钻机、钻头钻杆及快速安装系统也有较快发展，基本满足了锚杆支护施工的要求。

(6)锚杆支护监测仪器与技术保证了巷道安全开发出顶板离层指示仪、声波多点位移计、测力锚杆等监测锚杆支护巷道围岩变形、离层、支护体受力的仪器，及时、准确地监测围岩稳定性与支护状况，确保巷道的安全程度。

(7)采用科学、严格的管理，制订了锚杆支护材料标准、锚杆支护技术规范，促进了锚杆支护技术的健康发展。4.3.我国锚杆支护发展概况

我国煤矿巷道应用锚杆支护技术已有半个世纪。最早采用的锚杆类型主要是机械锚固锚杆和钢丝绳砂浆锚杆，之后研制出树脂锚杆、快硬水泥锚杆，还引进和应用了管缝式锚杆、胀管式锚杆等。20世纪90年代中期又引进和应用了高强度树脂锚固锚杆。可以说，国外使用过的锚杆型式国内基本上都用过。但是，我国煤矿巷道复杂困难条件分布广、类型多，因此对安全、大面积使用锚杆支护技术提出了极大的挑战。

我国煤矿锚杆支护首先在岩巷中应用成功，并得到大面积推广应用，之后开始应用于采区巷道。由于煤巷围岩比较松软破碎，又受到采动影响，围岩变形大，对支护技术要求高。早期的锚杆支护技术研究，无论从支护理论、设计方法，还是支护材料、施工机具与监测仪器等方面都还很不成熟，支护系统的强度、刚度低，控制围岩变形与破坏的能力差。导致煤巷锚杆支护技术发展缓慢，应用范围局限于围岩条件较好的巷道。直到1995年我国国有重点煤矿煤巷锚杆支护所占比重仅为15.15％，煤巷支护主要是以棚式支护为主。为了改善巷道支护效果，为矿井的快速建设、安全生产与高产高效创造有利条件，迫切需要大力发展煤巷锚杆支护技术，扩大锚杆支护使用范围。为此，在“九五”期间，原煤炭部把煤巷锚杆支护技术列为5大科技攻关项目之一，开展了全面、深入、细致的研究与试验工作。1996—1997年引进了澳大利亚锚杆支护技术，在邢台矿区进行了现场演示，并完成了与锚杆支护技术有关的一系列科研项目。这些科研工作显著提高了我国煤巷锚杆支护技术水平，带动了全国范围内煤巷锚杆支护技术的快速发展与大面积推广应用，实现了巷道支护技术的一次飞跃。

高强度螺纹钢锚杆，动态支护设计方法．小孔径树脂锚固预应力锚索等新技术、新材料、新方法得到广泛认可。并应用于综采放顶煤工作面煤顶巷道、复合与破碎顶板巷道等困难条件，取得了良好的支护效果和技术经济效益。随着煤矿开采强度、规模与产量的大幅度提高，以及煤矿开采深度的不断增加，出现了许多前所未有的复杂困难巷道，包括深部高地应力巷道、特大断面巷道、沿空掘巷与留巷、受强烈采动影响巷道及松软破碎围岩巷道等。对锚杆支护提出更高、更苛刻的要求。

为了解决这些支护难题，科研院所、大专院校及煤炭企业在锚杆支护技术方面做了大量研究工作。针对复杂困难巷道条件提出多种锚杆支护理论，深化了对锚杆支护本质作用的认识；开发出多种巷道围岩地质力学参数测试仪器，并在井下得到广泛应用。为巷道布置与支护设计提供了比较全面、可靠的基础参数；研制出高强度、高刚度的支护材料，并逐步形成系列；施工机具与工艺进一步完善，掘进速度不断提高；矿压监测仪器不断完善，并向自动化、信息化方向发展；

将锚固与注浆加固技术有机结合，研制出注浆锚杆、注浆锚索及钻锚注一体化锚杆。为破碎围岩提供了有效的加固手段；有些矿区针对具体条件，制订了本矿区的煤巷锚杆支护技术规范，促进了煤巷锚杆支护技术的健康发展。到2005年，国有重点煤矿的煤巷锚杆支护率达到60％，有些矿区超过了90％，甚至达到100％。锚杆支护已经成为我国煤矿巷道首选的安全高效的主要支护方式。可以说煤巷锚杆支护技术是继我国煤矿成功应用综合机械化采煤技术以来，采掘技术的又一次革命。它深刻地改变了矿井的开拓部署与巷道布置方式，对我国高产高效矿井建设，煤炭产量与效益的大幅度提高起了不可替代的作用。

4.4.煤巷锚杆支护理论

4.4.1.锚杆支护有关术语

煤巷断面中煤层面积占4/5或4/5以上的巷道。

半煤岩巷断面中岩石面积（含夹石层）大于1/5到小于4/5的巷道。

锚杆支护

以锚杆为基本支护形式的支护方式。

锚杆杆体破断力锚杆杆体能承受的极限拉力。

锚杆拉拔力锚杆锚固后，拉拔试验时，锚杆破断或失效时的极限拉力。

锚固力锚杆的锚固部分或杆体在拉拔试验时，所能承受的极限载荷。

设计锚固力设计时给定的锚杆应能承受的锚固力。

树脂锚杆

以树脂锚固剂配以各种材质杆体及托盘（托板）、螺母与减磨垫圈等构件组成的锚杆。设计锚固力设计时给定的锚杆应能承受的锚固力。

树脂锚杆以树脂锚固剂配以各种材质杆体及托盘（托板）、螺母与减磨垫圈等构件组成的锚杆。

树脂锚固剂

起粘结锚固作用的材料称锚固剂，树脂锚固剂由树脂胶泥与固化剂两部份分隔包装成卷形。混合后能使杆体与被锚固体煤岩粘接在一起。

锚固长度

锚杆的锚固剂或锚固装置与钻孔孔壁的有效结合长度。

端头锚固

锚杆的锚固长度不大于钻孔长度的1/3。

全长锚固

锚杆的锚固长度不小于钻孔长度的90％。

加长锚固锚杆的锚固长度介于端头锚固与全长锚固之间。

拉拔试验测试锚杆拉拔力的试验。

搅拌时间

安装树脂锚杆时，从开始搅拌树脂锚固剂到停止搅拌所用的时间。

等待时间

安装锚杆时，搅拌停止后到可以上紧螺母托板。

预紧力

安装锚杆（锚索）时，通过拧紧螺母或采用张拉方法施加在锚杆（锚索）上的拉力。

预紧力矩

拧紧螺母使锚杆达到设计预紧力时，施加到螺母上的力矩。

锚杆快速安装

使用锚杆钻机连续完成搅拌树脂锚固剂、拧紧螺母的全过程。

初始设计根据已有资料提出巷道支护形式与参数。

信息反馈

对支护监测信息进行解释，并据此对支护设计进行验证和修改的过程。

正式设计

根据监测信息，对初始设计进行验证或修改，在技术性、经济性以及安全性等方面均能满足生产要求的支护设计。

巷道顶板离层临界值支护设计或工程实践分析确定的巷道顶板允许的最大离层值。

复杂地段

指断层及围岩破碎带、应力集中区、顶板淋水区、裂隙发育区、巷道穿层地段、瓦斯异常区、大断面、大跨度巷道等地段。

4.4.2.锚杆支护构件的作用1)锚杆杆体的作用如图2-1所示，锚杆可以起到抗拉和抗剪作用。

2）锚杆托板的作用

托板是锚杆尾部接触围岩的构件，托板的作用在两个方面：一是通过给螺母施加一定的扭矩使托板压紧巷道表面，给锚杆提供预紧力，并使预紧力扩散到锚杆周围的煤岩体中，从而改善围岩应力状态、抑制围岩离层、结构面滑动和节理裂隙的张开，实现锚杆的主动、及时支护作用；

二是围岩变形使载荷作用于托板上，通过托板将载荷传递到锚杆杆体，增大锚杆的工作阻力，充分发挥锚杆控制围岩变形的作用。托板力学性能应与锚杆杆体的性能相匹配，才能充分发挥锚杆的支护作用。托板强度不足、安装质量差.、受较大偏载都会显著降低锚杆的作用。托板本身失效，以及托板下方的围岩松散脱落，导致托板与表面不紧贴，都会使锚杆失去支护作用。

图2－2所示是有、无托板时锚杆轴力与剪力分布示意图。无托板时锚杆轴力在巷道表面处为零，在一定深处达到最大值，剪力在轴力最大处为零；有托板时，由于锚杆施加的预紧力和围岩通过托板作用在锚杆杆体上的力，使得锚杆轴力在巷道表面处，达到一定值，而且使锚杆轴力最大的位置向孔口移动，更接近巷道表面。

3）锚杆锚固剂的作用

(1)锚固剂的黏结作用将钻孔孔壁岩石与杆体黏结在一起，使锚杆发挥支护作用。同时锚固剂也具有一定的抗剪与抗拉能力，与锚杆共同加固围岩。

(2)锚固剂的抗拉与抗剪作用如果Ф28mm的钻孔中不安装锚杆，只注树脂锚固剂，则锚固剂可提供7.08kN的抗拉力。可提供21.54kN的抗剪力。如Ф20mm的杆体，安装在Ф28mm的钻孔中，则锚固剂可提供3.47kN的抗拉力。

4）钢带的作用钢带对提高锚杆支护整体支护效果，保持围岩的完整性起着关键作用。钢带的作用主要表现在以下3方面:

(1)锚杆预紧力和工作阻力扩散作用单根锚杆作用于巷道表面可近似看成点载荷，钢带可扩大锚杆作用范围，实现锚杆预紧力和工作阻力扩散，使载荷趋于均匀。

(2)支护巷道表面和改善围岩应力状态作用钢带对巷道表面提供支护，抑制浅部岩层离层，裂隙张开，保持围岩的完整性，减少岩层弯曲引起的拉伸破坏，改善岩层应力状态，防止锚杆间松动岩块掉落。

(3)均衡锚杆受力和提高整体支护作用钢带将数根锚杆连接在一起，可均衡锚杆受力，共同形成组合支护系统，提高整体支护能力。如下图：5)网的作用

(1)维护锚杆之间的围岩，防止破碎岩块垮落网可以维护锚杆间的围岩，防止松动小岩块掉落。在高地应力、破碎围岩条件下，网是锚杆支护系统中不可或缺的重要部件。

(2)紧贴巷道表面，提供一定支护力研究表明，我国现用菱形金属网，在保证施工质量的条件下，可提供0.01MPa的支护力，一定程度上改善巷道表面岩层受力装况。同时，将锚杆之间岩层的载荷传递给锚杆，形成整体支护系统。(3)对深部围岩有良好支护作用如图2—7所示，有网的情况下，虽然巷道表面围岩已破坏，但没有松散、垮落，可作为传力介质，使巷道深部围岩仍处于三向应方状态，提高岩体的残余强度，显著减小围岩松散、破坏区范围。4.4.3.煤巷锚杆支护理论

锚杆支护理论研究的目的是弄清锚杆、锚索与围岩之间的相互作用关系，从而为锚杆支护设计提供理论基础。随着我国煤巷锚杆支护技术的快速发展，锚杆支护理论的研究取得了较大进展。

1)锚杆支护悬吊理论的锚杆支护的作用是将顶板下部不稳定的岩层悬吊在上部稳定的岩层中。悬吊理论是最早的锚杆支护理论，它具有直观、易懂及使用方便等特点。特别是在顶板上部有稳定岩层，而其下部存在松散、破碎岩层的条件，这种支护理论应用比较广泛。

在比较软弱的围岩中，巷道开掘后应力重新分布，出现松动破碎区，在其上部形成自然平衡拱，锚杆支护的作用是将下部松动破碎的岩层悬吊在自然平衡拱上。悬吊理论存在以下明显缺陷：

(1)锚杆受力只有当松散岩层或不稳定岩层完全与稳定岩层脱离的情况下才等于破碎岩层的重量，而这种条件在井下巷道中并不多见。

(2)锚杆安设后，由于岩层变形和离层，会使锚杆受力很大，而远非破碎岩层重量。(3)当锚杆穿过破碎岩层时，锚杆提供的径向和切向约束不同程度地改善破碎岩层的整体强度，使其具有一定的承载能力。而悬吊理论没法解释围岩的这种自承的能力。

(4)当围岩松软，巷道宽度较大时，锚杆很难锚固到上部稳定的岩层或自然平衡拱上。悬吊理论无法解释在这种条件下锚杆支护仍然有效的原因。总之，悬吊理论仅考虑了锚杆的被动抗拉作用，没有涉及其抗剪能力及对破碎岩层整体强度的改变。因此，理论计算的锚杆载荷与实际出入比较大。

2)锚杆支护组合梁理论

从岩层受力角度考虑，锚杆将各个岩层夹紧形成组合梁。组合梁理论适用于层状岩层。对于端部锚固锚杆，其提供的轴向力将对岩层离层产生约束，并且增大了个岩层间的摩擦力，与锚杆杆体提供的抗剪力一同阻止岩层间产生相对滑动。对于全长锚固锚杆，锚杆和锚固剂共同作用，明显改善锚杆受力状况，增加了控制顶板离层和水平错动的能力，支护效果优于端部锚固锚杆。组合梁厚度越大，梁的最大应变值越小。组合梁理论考虑了锚杆对离层及滑动的约束作用，但是它存在以下明显缺陷：

(1)组合梁有效组合厚度很难确定。它涉及影响锚杆支护的众多因素，目前还没有一种方法比较可靠的估计有效组合厚度。（2）没有考虑水平应力对组合梁强度、稳定性及锚杆载荷的作用。其实，在水平应力较大的巷道中，水平应力是顶板破坏、失稳的主要原因。（3）只使用于层状顶板，而且仅考虑了锚杆对离层及滑动的约束作用，没有涉及锚杆对岩体强度、变形模量及应力分布的影响。

3)锚杆支护加固拱理论大量的试验表明，即使在软弱、松散、破碎的岩层中安装锚杆，也可以形成一个承载结构。只要锚杆间距足够小，各根锚杆形成的压应力圆锥体将相互重叠，就能形成在岩体中产生一个均匀压缩带，如图2-13所示，它可以承受压力破坏区上部破碎岩石的载荷。加固拱内的岩石受径向和切向的约束，处于三向应力状态，岩体承载能力得到提高。锚杆支护的作用是形成较大厚度和较大强度的加固拱，拱的厚度越大，越有利于围岩的稳定。加固拱理论考虑了锚杆支护的整体作用，在软岩巷道中得到较为广泛的应用。但是这种理论同样存在一些明显的缺陷：（1）只是将各锚杆的支护作用简单相加，得出支护系统的整体承载结构，缺乏对锚杆岩体力学特性及影响因素的深入研究。（2）加固拱厚度涉及的影响因素很多，很难较准确的估计。

4)锚杆支护最大水平应力理论

井下地应力测量结果表明，岩层中的水平应力在很多情况下大于垂直应力，而且水平应力具有明显的方向性；最大水平主应力明显高于最小水平主应力，这种趋势在浅部矿井尤为明显。澳大利亚学者通过现场观测与数值模拟分析，得出水平应力对巷道围岩变形与稳定性的作用（图2-14）：为巷道顶底板变形与稳定性主要受水平应力的影响。当巷道轴线与最大水平主应力平行，巷道受水平应力的影响最小，有利于顶底板稳定；当巷道轴线与最大水平主应力垂直，巷道受水平应力的影响最大，顶底板稳定性最差；

当两者呈一定夹角时，巷道一侧会出现水平应力集中，顶底板的变形与破坏会偏向巷道的某一帮。在最大水平应力作用下，顶底板岩层会发生剪切破坏，出现松动与错动，导致岩层膨胀、变形。锚杆的作用是抑制岩层沿锚杆轴向的膨胀和垂直于轴向的剪切错动。因此，要求锚杆强度大、刚度大、抗剪能力强，才能起到上述两方面的约束作用。这也是澳大利亚锚杆支护技术特别强调高强度、全长锚杆的原因。

5)锚杆支护围岩松动圈支护理论

巷道开挖后，当围岩应力超过围岩强度时将在围岩中产生新的裂纹，其分布区域类似圆形或椭圆形，称之为围岩松动圈。围岩一旦产生松动，围岩的最大变形载荷是松动圈产生过程中的碎胀变形。围岩破裂过程中的岩石碎裂变形是支护的对象。所有的支护都无法有效阻止围岩松动圈的产生与发展。根据围岩松动圈理论，将锚喷支护分为3种类型：（1）小松动圈（厚度小于400mm），锚杆支护作用不明显，只需进行喷射混凝土支护。（2）中松动圈（厚度在400～1500mm之间），支护比较容易，采用悬吊理论设计锚杆参数，悬吊点在松动圈之外。（3）大松动圈（厚度大于1500mm），锚杆的作用是给松动圈内破裂围岩提供约束力，使其恢复到接近原岩的强度并具有可缩性，采用加固拱理论设计支护参数。可见，松动圈支护理论确定了使用各种经典锚杆支护理论的适用条件和范围。6)锚杆支护围岩强度强化理论

（1）锚杆支护的实质是锚杆与锚固区域的岩体相互作用组成锚固体，形成统一的承载结构；（2）锚杆支护可提高锚固体的力学参数，包括锚固体破坏前与破坏后的力学参数（弹性模量、黏聚力、内摩擦角等），改善被锚岩体的力学性能；（3）巷道围岩存在破碎区、塑性区、弹性区，锚杆锚固区域岩体的峰值强度、峰后强度及残余强度均能得到强化；（4）锚杆支护可改变围岩的应力状态，增加围压，提高围岩的承载能力，改善巷道支护状况；（5）围岩锚固体强度提高后，可减小巷道周围的破碎区、塑性区范围和巷道表面位移，控制围岩破碎区、塑性区的发展，从而有利于巷道围岩的稳定。为了解锚固前后力学参数的变化，进行了相似材料模拟实验。实验数据表明：锚固体的强度总比无锚杆时提高，而且随着锚杆密度增加锚固体的强化系数也不断增加。在锚杆强度一定时，锚杆对残余强度的强化作用大于对极限强度的强化，这对控制破碎区围岩的变形，保持其稳定性具有重要作用。4.4.4.煤巷锚杆支护设计

支护设计是巷道锚杆支护中的一项关键技术，对充分发挥锚杆支护的优越性和保证巷道安全具有十分重要的意义。如果支护形式和参数选择不合理，就会造成两个极端：其一是支护强度太高，不仅浪费支护材料，而且影响掘进速度；其二是支护强度不够，不能有效控制围岩变形，出现冒顶事故。1)煤巷围岩地质力学评估

(1)围岩地质力学评估是煤巷锚杆支护设计的主要依据之一。

(2)煤巷围岩地质力学评估的内容包括现场地质条件和生产条件调查、煤巷围岩物理力学性质测定、围岩结构观测、地应力测量和锚杆拉拔力试验。煤巷围岩地质力学评估的具体内容见表1。

序号参数内容1煤层厚度指被煤巷切割的煤层厚度。2煤层倾角与水平方向的夹角在井下直接测取，或由工作面地质说明书给出。3地质构造煤巷周围地质构造的分布情况，由工作面地质说明书给出。4水文地质条件煤巷涌水量，水对围岩物理力学性质的影响，由工作面地质说明书给出。5煤巷几何形状和尺寸根据工作面回采需要确定，一般宜选用的几何形状为矩形和梯形。62倍左右煤巷宽度范围内顶底板岩层层数和厚度由地质综合柱状图或钻孔资料确定。7岩（煤）层物理力学参数在井下原位测取，或在实验室内利用岩（煤）样测定。8岩层的分层厚度指分层厚度的平均值。9各层节理裂隙间距指沿结构面法线方向的平均间距，在（类似条件）煤巷内测取。10煤巷轴线方向由工作面巷道布置图给出。11煤巷埋深地表到煤巷的垂直距离。12原岩应力的大小和方向在井下实测。13煤柱宽度煤柱的实际宽度。14采动影响煤巷受到周围掘进或回采工作面采动影响的情况。15锚杆在岩（煤）层中的拉拔力锚杆在岩（煤）层中的拉拔力试验。(3)根据矿井开拓部署和采区划分合理安排煤巷围岩地质力学参数的测试。测点应具有代表性，应能最大程度地反映整个井田和采区的实际情况，并根据测试数据绘制矿井地应力分布图。

(4)地质力学评估首先应确定评估区域，应考虑煤巷服务期间影响支护系统的主要因素，锚杆支护设计应该限定在这个区域内。(5)煤巷围岩地质力学参数，包括围岩物理力学性质、围岩结构和围岩应力。

(6)巷道支护设计所需的煤岩体物理力学参数，可通过井下采取岩样进行实验室试验获得，岩样的采取、包装应满足锚杆支护设计的要求；一些参数（单轴抗压强度、变形模量等）也可通过井下原位测量获得。(7)煤岩体的物理力学性质参数包括煤岩体的真密度、视密度、孔隙率、单轴抗拉强度、单轴抗压强度、弹性模量、泊松比、内聚力、内摩擦角和水理性质等。

(8)围岩结构测量应采用煤巷表面观察、钻孔取芯测量和钻孔窥视等方法进行。结构面力学特性测试应在现场取样后在实验室进行试验。(9)煤巷围岩应进行锚杆拉拔力试验，试验方法参见附录A。锚杆拉拔力试验应在需支护的煤巷现场或类似条件的围岩中进行，每次不少于3根锚杆。根据试验结果判断围岩的可锚性。

(10)在一个地点获取的参数用于同一煤层的其它地点时，应进行充分的现场调研和分析、评估。(11)当煤巷围岩物理力学性质、围岩结构和原岩应力条件发生显著变化时，应对地质力学参数进行重新测定。(12)应根据地质力学评估结果采用适合本矿区的方法进行巷道围岩稳定性分类。

(13)有下列情况之一的应重新进行围岩稳定性分类

a)当巷道围岩条件、开采深度、开采范围与原分类差异很大时；

b)新采区各煤层巷道首次采用锚杆支护时。

2)煤巷锚杆支护设计要求

(1)巷道围岩地质力学评估结果证明锚杆支护可行时，进行锚杆支护设计。

(2)在采区巷道布置时，应尽量使煤巷的轴线方向与最大水平主应力的方向平行。

.(3)煤巷锚杆支护设计应采用动态设计方法。设计应在地质力学评估的基础上按以下程序进行：初始设计-井下监测-信息反馈-正式设计。.

(4)根据地质力学评估结果，进行锚杆支护初始设计。初始设计应包括以下内容：

a)巷道地质与生产条件及地质力学评估结果；

b)煤巷断面设计；

c)锚杆支护形式设计；

d)锚杆支护参数设计；

e)锚杆支护材料选择和施工机具设备配套；f)锚杆支护施工工艺、安全技术措施和施工质量指标；

g)锚杆支护矿压监测设计；

h)煤巷围岩复杂地段的支护方法和煤巷受到采动影响时的超前支护设计。(5)煤巷断面一般采用矩形或梯形，特殊情况可采用拱形或其它形状断面。煤巷断面设计应考虑以下因素：

a)煤巷布置（运输）的最大设备尺寸；

b)煤巷管线布置和行人要求；

c)煤巷通风要求；

d)预留煤巷变形量。(6)锚杆支护形式以锚杆为基本支护构件，可选以下构件进行组合：

a)组合构件（钢筋托梁、钢带、钢梁等）；

b)护网；

c)锚索。

(7)锚杆支护设计应包括以下内容：

a)锚杆种类（螺纹钢锚杆、圆钢锚杆、玻璃钢锚杆或其它锚杆等）；

b)锚杆附件（托板、球形垫圈、减摩垫圈和螺母等）的规格和力学性能；

c)锚杆几何参数（直径和长度等）；

d)锚杆力学参数（屈服载荷、破断载荷和延伸率等）；

e)锚杆预紧力；f)锚杆布置（锚杆间距、排距、安装角度等；

g)钻孔直径、锚固方式和锚固长度；

h)锚杆设计锚固力；

i)锚固剂的型号、数量等；

j)组合构件（钢筋托梁、钢带、钢梁等）形式、规格和力学性能；

k)护网形式、规格和力学性能；l)锚索形式和材质（单根锚索或锚索束，钢丝绳或钢绞线等）；

m)锚索附件（锚索托板和锚具等）的规格和力学性能；

n)锚索几何参数（直径和长度等）；

o)锚索力学参数（屈服载荷、破断载荷和延伸率等）；

p)锚索预紧力；

q)锚索布置（锚索间距、排距、安装角度等）；

r)锚索钻孔直径、锚固方式和锚固长度；

s)煤巷锚杆支护布置图；

t)组合构件加工示意图；

u)支护材料消耗清单。(9)钻孔直径、锚杆直径和树脂锚固剂直径应合理匹配，钻孔直径和锚杆杆体直径之差应为6～10mm，钻孔直径与树脂锚固剂直径之差应为4～8mm。

(10)煤巷顶板优先采用树脂锚固螺纹钢锚杆，对于煤顶巷道、全煤巷道和大断面煤巷，顶板宜采用高强度螺纹钢锚杆组合支护。(11)煤巷锚杆支护施工工艺设计应包括施工设备配置、施工工艺、施工质量指标和安全技术措施等。

(12)煤巷锚杆支护矿压监测设计应包括监测内容、测站安设方法、数据测读方法、测读频度和监测仪器等。矿压综合监测应给出反馈指标和锚杆支护初始设计修改准则；矿压日常监测应给出监测方法、合格标准和异常处情况的处理措施。(13)初始设计在井下实施后应及时进行矿压监测。将煤巷受掘进影响结束时的监测结果用于验证或修正初始设计。修正后的支护设计作为正式设计在井下使用。煤巷回采影响期间的监测结果可用于其它类似条件巷道支护设计的验证与修改。

(14)正式设计实施过程中，应进行矿压监测。当地质条件发生显著变化时及时修正。

3)锚杆支护设计方法在借鉴国外先进设计方法的基础上，结合我国煤矿巷道的特点，提出动态化、信息化的设计方法，符合煤矿巷道地质条件复杂性、多变性的特点。

(1)锚杆支护工程类比设计法工程类比法是应用比较广泛的方法。它是根据已经支护的类似工程的经验，通过工程类比，提出锚杆支护参数。

这种方法是将已开掘的、成功应用锚杆支护巷道的地质与生产条件与待开掘的巷道进行比较，在各种条件基本相同的情况下，参照已掘巷道的支护形式与参数，由设计人员根据自己的经验提出待掘进巷道的支护设计。因此，已掘巷道与待掘巷道条件的比较与设计人员的设计经验是直接工程类比应用成功的关键。没有两条巷道的地质与生产条件完全相同，甚至同一条巷道在不同地段的条件也存在着差异。而直接工程类比法使用的是基础是要求两条巷道的条件基本类似，不能有较大的差异。

进行工程类比时，要求比较的内容全面、细致、可靠，不仅要抓住关键因素，而且不能忽略细节。在充分、详细比较的基础上，根据已掘进巷道的支护设计，进行适当调整，确定待掘巷道的支护形式与参数。

(2)锚杆支护经验公式设计法经验公式是在大量支护设计经验的基础上，得出的指导支护设计的简单公式。目前，国内外有多种锚杆支护设计的经验公式，以下列举数例。

锚杆长度选取

某学者：锚杆长度与锚杆间排距之比应为1.2～1.5,锚杆长度可作为巷道宽度的函数确定，如

其中L为锚杆长度，B为巷道宽度。

锚杆间排距选取

某学者：最大锚杆间距＝min[锚杆长度之半、1.5倍不连续间距确定的不稳定岩石宽度]。某学者：锚杆间排距与锚杆长度之比为2/3~5/6比较合理。

新奥法对锚杆间距的选择提出一些准则：硬岩，锚杆间距取1.5～2.0m；中硬岩石，锚杆间距取1.5m；松软破碎的岩体，锚杆间距取0.8～1.0m。经验公式最大的特点是使用简单、方便，但存在两方面的弊端：一是经验公式只能提供锚杆支护的主要参数（锚杆长度、间排距等），而其他在锚杆支护中同样起着十分重要的作用的参数，如锚杆杆体结构、预紧力、锚固长度、托板结构与尺寸、组合构件形式与尺寸等，在经验公式中没有全面反映。

二是经验公式中考虑影响锚杆支护效果的因素很少，如上述的经验公式中，只考虑了巷道宽度、高度，岩石软硬程度，结构面分布，而影响巷道围岩变形与破坏的因素还有很多。因此，经验公式提供的支护参数只能作为参考，不能不顾巷道的具体条件而照搬套用。

(3)以围岩为基础的支护设计法直接工程类比法与支护设计者的实践经验关系很大，是决定支护设计成败的关键因素。因此，在围岩分类的基础上，根据不同类别的围岩提出支护形式和参数设计的方法在国内为得到广泛应用。

煤炭系统1988年颁布试用《我国缓倾斜、倾斜煤层回采巷道围岩稳定性分类方案》后，经过多年的应用和不断的完善，发展成为包括缓倾斜、倾斜、急倾斜煤层及不同煤层厚度的回采巷道，煤层上、下山及其他煤巷、岩石巷道在内的全部采准巷道围岩稳定性分类。煤巷围岩的稳定性分为5个类别：一类非常稳定、二类稳定、三类中等稳定、四类不稳定、五类极不稳定。在围岩稳定性分类的基础上，结合已有的支护设计与实践经验，提出了巷道锚杆支护基本形式与主要参数选择的建议，见表4—1。

(4)以巷道围岩松动圈分类及支护设计建议根据巷道围岩松动圈支护理论，现场围岩松动圈测试，松动圈大小与巷道支护难易程度的关系，结合锚喷支护机理，将围岩分为小松动圈稳定围岩（厚度小于400mm）、中松动圈一般稳定围岩（厚度在400~1500mm之间）及大松动圈不稳定围岩（厚度大于1500mm）三大类，然后提出围岩分类及相应的支护机理与方法，见表4—3。

4)锚杆支护参数设计

(1)锚杆直径我国煤巷支护已经大面积推应用左旋无纵筋螺纹钢锚杆，地质条件简单的矿区仍使用圆钢锚杆。锚杆杆体直径基本形成系列，包括16mm、18mm、20mm、22mm、25mm。在杆体材质相同的情况下，锚杆直径越大，强度越高。锚杆直径对巷道围岩变形有明显影响。随着锚杆直径增大，围岩变形量逐渐减小，对变形量较大的巷道这种影响更为明显。因此，一般对于围岩破碎、应力大的巷道，应选用直径大的锚杆；相反，对于顶板比较完整、变形量较小的巷道宜选用直径较小的锚杆。

(2)锚杆长度

根据我国煤矿巷道地质与生产条件，煤巷支护的需要，并考虑加工与施工等因素，锚杆长度基本形成系列，包括1.6m、1.8m、2.0m、2.2m、2.4m、2.6m、2.8m。锚杆长度应保证锚固区内形成一个稳定的承载结构，具有足够的承载能力。锚杆长度太短，锚固区厚度过小，不能保证顶板稳定；相反，如果锚杆长度增加到一定值后，再加长锚杆对锚固体承载能力已无明显影响。因此，锚杆长度有一个合理的取值范围。(3)锚杆表面粗糙度

锚杆表面粗糙度对杆体与锚固剂之间的黏结力与作用力的传递有显著影响。

杆体与锚固剂之问的黏结力由两部分组成：锚固剂对杆体的吸附力与机械作用力。同光圆杆体相比，杆体表面粗糙具有更大的表面积，吸附力更大；锚固剂嵌入杆体表面凹进去的部分，具有更大的机械作用力。因此，粗糙杆体与锚固剂的黏结力明显大于光圆杆体，而且杆体表面越粗糙，黏结力越大。

(4)钻孔与锚固参数

钻孔直径。我国煤巷锚杆钻孔直径有28mm、33mm，43mm等几种，尤以28mm最为普遍。不同钻孔直径与锚杆直径的锚固参数见表4-7。

孔径差过大会引起以下问题:

(1)锚杆不能有效搅拌锚固剂，导致锚固剂搅拌不均匀，反应不充分，甚至出现锚固剂包装薄膜没有搅破，出现所渭的“手套效应”，严重影响锚固力。

(2)锚固剂环形厚度过大，不利于锚固力的提高。锚杆锚固力与锚固剂环形厚度有很大关系，当铺固剂环形厚废在3-4mm时，黏结力最强，锚杆锚固力最大。随着环形厚度增大，锚固力反而降低。(3)在锚固剂长度相同的条件下，孔径差越大，锚固长度越小。为了达到同样的锚固长度，需用更多的锚固剂，浪费材料。

(4)钻孔直径过大，会导致钻孔钻进速度低，时间长，影响支护速度。此外，钻孔直径大，需要的锚固剂直径也大，材料成本增加。

孔径差过小会引起以下问题:

锚固剂环形圈太薄，同样影响锚杆锚固力。而且，引起锚杆插入钻孔比较困难，影响施工速度，甚至导致锚杆安装失败。钻孔深度与锚杆长度

合理的钻孔深度应保证锚杆端头至孔底，尾部能顺利安装组合构件、托板、垫片与螺母，并使外露长度保持在合埋的范围。

钻孔深度过大，会导致锚杆端头不能到达孔底，无法搅拌孔底的锚固剂，使有效锚固长度减小；相反，钻孔深度过小，会使锚杆外露太长。由于锚杆尾部螺纹长度是有限的，过大的外露长度有可能导致螺母已经拧到螺纹底部，但托板和组合构件还没有贴紧顶板，无法施加预紧力，严重削弱了锚仟的作用。钻孔表面粗糙度与锚杆表面粗糙度类似，围岩条件相同的情况下，表面粗糙的钻孔与铺固剂的黏结力明显大于光滑钻孔，而且钻孔表面越粗糙，黏结力越大。钻孔表面粗糙度与围岩性质、钻孔设备、钻头钻杆、推进速度等多种因素有关。

锚固参数

锚固剂直径应与钻孔直径和锚杆直径相匹配。为了使锚固剂能够顺利安装到钻孔中，同时锚杆杆体又能充分搅拌锚固剂，比较合理的锚固剂直径是比钻孔直径小3-5mm。端部锚固：锚杆锚固长度不大于500mm或不大于钻孔长度的1/3；

全长锚固：锚杆锚固长度不小于钻孔长度的90%；

加长锚固：锚杆锚固长度介于端部锚固和全长锚固之间。

(5)锚杆密度

锚杆支护密度应遵循以下原则:低支护密度原则应尽量提高单根锚杆的预紧力、强度与刚度，在保证支护效果与安全条件下，降低支护密度。我国煤巷锚杆间排距一般为0.6-1.0m，间排距偏小，支护密度偏大，而且将缩小锚杆间排距作为增加支护强度的一种主要手段。美国、澳大利亚等国家，锚杆间排距比较大。如美国锚杆间排距一般选择为1.2m，澳大利亚锚杆间排距一般在1.0m左右。降低支护密度，可降低巷道支护综合成本，明显提高成巷速度。

支护密度与锚杆预紧力、强度、长度相匹配原则实践表明，通过提高锚杆预紧力、直径、强度，可以增大锚杆间排距。特别是我国锚杆预紧力普遍很低，即使支护密度大，支护效果也不理想“通过大幅度提高锚杆预紧力，不仅能够显著减小围岩变形，保持围岩的完整性与稳定性，而且可显著降低支护密度。

支护密度与组合构件相匹配原则组合构件(钢带、金属网)在预应力支护系统中起着关键作用。通过选择护表面积大、强度和刚度高的组合构件，呵扩大锚杆作用范围，适当减小锚杆支护密度。

(6)锚杆角度

锚杆角度主要指顶板靠近两帮倾斜锚杆的角度。传统的锚杆布置方式是将倾斜锚杆布置成与垂线呈20-30度角，使倾斜锚杆能够深人到巷帮上方的顶板中。一般认为，这样布置一方面倾斜锚杆可以阻止顶板整体切落；另一方面，倾斜锚杆与钢带组成一个兜状结构，防止顶板冒落。对已发生的冒顶事故分析表明，倾斜锚杆的上述两种作用郡比较小，不能阻止顶板垮落，相反，过大的角度削弱了锚杆对顶板的支护作用。

(7)钢筋托梁：

由钢筋焊接而成。钢筋直径一般为10-16mm，托梁宽度为60-100mm，长度根据需要确定。钢筋托梁最大的优点是加工方便、重量小、成本低，然而力学性能比较差，

表现在：护表面积小、强度与刚度低；托梁钢筋与巷道表面为线接触，不利于锚杆预紧力扩散和作用范围的扩大；组合作用和均衡锚杆受力的能力差，易出现钢筋或焊接部位破断的现象。钢筋托梁适合用于地质条件比较简单的巷道，在复杂困难条件下，不建议采用这种组合构件。

(8)W形钢带：

由钢板滚压成形的组合构件。钢板厚度3-5mm，钢带宽度一般为180-280mm。

W形钢带有以下优点：护表面积大、强度与刚度高；与巷道表面为面接触，有利于锚杆预紧力扩散和扩大锚仟作用范围；组合作用和均衡锚杆受力的能力强。W形钢带是适合复杂困难条件巷道的有效组合构件。实际应用时，可根据锚杆预紧力、直径和强度等参数选择相适应的钢带参数。

(9)M形钢带

也是一种性能比较优越的组合构件。这种钢带钢材利用率高，抗弯截面利用率高；向上的截面模量明显小于向下的截面模量，安装钢带时易于紧贴顶板，而顶板下沉时，钢带向下的抗弯截面模量大，有利于阻止锚杆间的围岩变形、松动和破坏。（10)网

按材料可分金属网和非金属网。金属网又分为铁丝网和钢筋网；铁丝网又分为经纬网和菱形网，其中菱形网柔性好、强度大、孔形不易变形、连接方便，逐步取代经纬网；

钢筋网强度与刚度大，护表能力强，可有效扩大锚杆作用范围，提高支护系统的整体效果。非金属网有塑料网相聚酷网等。塑料网轻便、抗腐蚀、成本低，但强度与刚度低，护表能力差；聚酷网重量小，但强度与刚度比塑料网显著增加，正逐步推广应用。网的参数包括铁丝(钢筋)直径、强度、网孔大小、网片的长度与宽度等。根据网的作用，对其有以下要求：a.有一定的强度和刚度，不仅能阻止锚杆间的小煤岩块掉落，而且能起到一定的抑制围岩松动和变形的作用。

b.当巷道需要喷浆时，网的参数应满足喷浆的需要。

c.井下施工时，网应尽量紧贴巷道表面。网的形式与参数应有利于施工。

6)锚索参数设计

小孔径树脂锚固预应力锚索参数主要包括锚索长度、直径，锚固长度、外露长度，锚索间、排距，锚索安装角度，预紧力与拉断力，锚索组合构件形式、规格和强度等。

锚索长度锚索应将锚杆支护形成的预应力承载结构与深部围岩相连，发挥深部围岩的承载能力，提高预应力承载结构的稳定性。因此，锚索应锚固在围岩内部相对较稳定的岩层中。

锚索长度可参考下式设计：

L=L1+L2+L3

式中L-锚索长度，m；

L1-锚索外露长度，0·3-0·4m;L2-潜在的不稳定岩层高度，m；

L3-锚索锚固长度，1·2-1·5m。锚索长度的选取应与锚索的预紧力相匹配，锚索越长，施加的预紧力应越大。低预紧力的长锚索支护效果比高预紧力的短锚索差。

锚索直径

考虑到锚索索体直径与钻孔直径(一般为28mm)的差值控制在4-10mm之内有利于树脂药卷锚固效果的发挥，应优先选用直径18mm及以上锚索。

锚固长度为了确定比较合理的锚固长度，按不同孔径、锚固长度和锚固剂等分别在井下进行了拉拨试验。试验地点的岩性为粉砂岩、细砂岩，部分含铝土岩。根据试验数据，考虑到岩性和施工等影响因素及安全系数，确定树脂锚固最小锚固长度为1·0m，

锚索密度锚索间、排距应结合锚索预紧力选取，以与锚杆形成骨架网状预应力结构。但是，锚索支护密度不宜过大，否则会显著增加巷道支护成本，影响成巷速度。对于一般的巷道，每2-3排锚杆布置1-2根铺索是比较可行的。特殊条件应根据具体情况确定锚索的间排距。

锚索安装角度锚索优先选择垂直于巷道表面的方向布置，有利于发挥锚索的预紧力与抗拉能力。

锚索外露长度考虑到托板、锚具和张拉机具的要求，锚索外露长度一般控制在300mm左右。

4)煤巷锚杆支护施工

临时支护锚杆支护巷道掘进工作面应采用临时支护，不应空顶作业，其临时支护形式、规格、要求等应在作业规程、措施中明确规定。

锚杆孔施工

(1)顶板锚杆孔应由外向掘进工作面逐排顺序施工，每排锚杆孔宜由中间向两帮顺序施工。

(2)锚杆孔实际钻孔角度相对设计角度的偏差应不大于5°。

(3)锚杆孔的间排距误差应不超过100㎜。

(4)锚杆孔深度误差应在0㎜～30㎜范围内。

(5)锚杆孔内的煤岩粉应吹干净。

锚杆安装

(1)锚固剂使用前应进行检查，不应使用过期、硬结、破裂等变质失效的锚固剂。

(2)当使用两卷以上不同型号的树脂锚固剂时，应按锚固剂凝固速度先快后慢的顺序，将锚固剂依次放入钻孔中，先将锚固剂推到孔底，再启动锚杆钻机搅拌树脂锚固剂。(3)螺母应采用机械设备紧固，需要二次紧固时，其扭矩或预紧力大小、紧固时间应在作业规程、措施中明确规定。(4)螺母安装达到规定预紧力矩后，一般不得将螺母卸下重新安装。(5)托板应紧贴钢带、网或巷道围岩表面，当锚杆与巷道的周边不垂直时应使用异型托板。

锚索施工

(1)锚索孔深度误差应不大于100mm。

(2)锚索宜垂直于顶板或巷道轮廓线布置，实际钻孔角度与设计角度的误差不大于10°。

(3)锚索间排距误差不大于100mm。(4)安装锚索应优先使用电动或气动张拉机具，不宜使用手动式张拉机具。

(5)安装锚索时，钢绞线应推到孔底，安装后外露钢绞线长度不宜超过300mm。

(6)锚索施工后，应及时对锚索进行检查，锚索预紧力的最低值应不小于设计预紧力的90%。发现工作载荷低于预紧力时应及时进行二次张拉。

(7)锚索钻孔中有淋水时，应采用补强措施。其它施工要求

(1)锚杆支护作业时，如遇复杂地段，应停止作业、分析原因，采取措施后方可施工。

(2)复杂地段应优先选用锚杆、锚索、锚注等支护形式进行支护，并适当加大支护密度，必要时应采用金属支架、支柱等进行加固。(3)对不合格的锚杆、锚索应及时补打或紧固。

(4)采用锚杆支护的煤层巷道，应备有一定数量的其它支护材料作防范措施。

(5)任何煤巷作业地点，作为永久支护的锚杆、锚索、钢带、金属网等不应作为起吊设备或悬挂其他重物。5)煤巷锚杆支护监测

(1)监测内容

煤巷锚杆支护监测分为综合监测和日常监测两种。综合监测的目的是验证或修正锚杆支护初始设计，评价和调整支护设计；日常监测的目的是及时发现异常情况，采取必要措施，保证巷道安全。综合监测的主要内容为巷道表面和深部位移、顶板离层、锚杆（锚索）受力状况；日常监测主要内容为顶板离层观测。

(2)测站安设每条锚杆支护煤巷应安设综合监测测站；每间隔一定距离安设一个顶板离层指示仪进行日常监测。当围岩地质和生产条件发生显著变化时，应增减测站和顶板离层指示仪的数目；复杂地段必须安设顶板离层指示仪。顶板离层指示仪安设时应紧跟掘进工作面。(3)观测频度距掘进工作面50m内和回采工作面100m内观测频度每天应不少于一次。在此范围以外，除非离层有明显增长，顶板离层仪的观测频度可为每周一次。

(4)综合监测

1)巷道表面位移监测

(1)巷道表面位移监测内容包括顶底板相对移近量、顶板下沉量、底鼓量、两帮相对移近量和巷帮位移量。

(2一般采用十字布点法安设测站，每个测站应安设两个监测断面，基点应安设牢固。

(3)巷道深部位移观测范围不小于巷道跨度的1.5倍，孔内测点数不少于4个。

2)巷道顶板离层监测

(1)顶板离层指示仪的浅基点应固定在锚杆端部位置，深基点一般应固定在锚杆上方稳定岩层内300～500mm，若无稳定岩层，深基点在顶板中的深度应不小于巷道跨度的1.5倍。

(2)顶板离层值超过设计顶板离层临界值时，应及时采取补强加固措施。(3)不能进行有效测读的顶板离层指示仪应立即更换，如果不能安装在同一钻孔中，应靠近原位置钻一新孔进行安设，原指示仪更换后，要记录其读值，并标明已被更换。

3)锚杆、锚索受力监测

(1)采用测力锚杆监测加长（全长）锚固锚杆的受力状况，采用锚杆（锚索）测力计监测端部锚固锚杆（锚索）的受力状况。

(2)锚杆（锚索）的受力监测仪器应在巷道锚杆（锚索）支护施工过程中安设。4)信息反馈

应及时分析处理综合监测数据，进行信息反馈，并提交正式设计。掘进作业规程应作相应修改，审批通过后实施，并继续进行综合监测。

6)煤巷锚杆施工质量检测(1)检测职责锚杆支护施工质量检测由矿主管部门负责。各矿应配备专职施工质量检测人员。各矿业集团公司应对专职检测人员进行培训，经考核合格者由矿业集团公司发给上岗证。

(2)检测内容锚杆支护施工质量检测的内容包括锚杆（索）锚固力检测、锚杆（索）安装几何参数检测、锚杆（索）预紧力矩或预紧力检测、锚杆（索）托板安装质量检测