煤巷锚杆支护.ppt

1、中国矿业大学,煤巷锚杆支护,主 要 内 容,0 锚杆支护发展 1 锚杆支护理论 2 锚杆支护体系 3 设计方法 4施工 5 监测 6 困难条件锚杆支护应用实例,3,0 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30%。,4,锚杆支护使用范围,、类全面推广，、类试验成功 综放沿空掘巷锚杆支护试验成功 软弱、破碎煤巷锚杆支护试验成功

2、 三软煤巷锚杆支护试验成功 深井煤巷锚杆支护试验成功,5,1 锚杆支护理论,（1）悬吊理论,6,（1）悬吊理论,7,（2）组合梁理论,8,（3）组合拱理论,9,（4）最大水平应力理论,10,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,（1）锚杆 高强度、大直径。破断载荷一般在200 300kN以上，近年研究破断载荷400kN以上的锚杆。 延伸率均大于15% 锚杆直径2022mm 稳定性较高、维护要求低、服务时间短的巷道可以采用Q235圆钢制造,2 锚杆支护体系,采用左旋、无纵筋高强度螺纹钢锚杆

3、，等强（锚杆尾部螺纹部分采用墩粗或热处理、滚丝） 锚杆成套：杆体、托盘（钢板轧制，厚度根据矿压确定）、球形垫圈（铸钢）、减摩垫圈（1个聚氨酯、1个铝合金）、螺母（高强度、快速安装螺帽）,（2）锚固剂及锚固方式 锚固剂：树脂药卷，一般采用凝结速度为超快与中速的树脂药卷配合，使用药卷长度一般350、600mm,全长锚固：锚杆中部受力最大；增阻速度快。具有较大的抗剪切能力。增加岩层间的法向力，阻止层间错动，防止离层。在锚固范围内锚杆伸长1mm，可产生1020kN的锚固力，支护刚度大。 端头锚固：类。全长或加长锚固：类,锚固方式：加长锚固全长锚固端锚,（3）三径匹配 钻孔直径比锚杆直径大610mm 钻

4、孔直径比树脂药卷大6mm左右 一般钻孔直径29mm，锚杆直径20、22mm，树脂药卷直径23mm。,锚固力与钻孔直径、锚杆直径的关系,（4）网及钢带 网：采用金属网、塑料网。严禁将最前排锚杆螺帽松开或等待后压网。 钢带：钢筋梯子梁、M型钢带、W型钢带等。要求钢筋梯子梁采用高强度焊条焊接，防止开焊。钢带的厚度或钢筋直径根据矿压确定。,（5）施工机具 顶板钻机：风动锚杆钻机、液压钻机、凿岩机 两帮钻机：强力煤电钻、帮锚杆钻机,当f8，优先选用锚杆机；当f 8时，宜选用凿岩机。 锚杆安装：应采用锚杆机，严禁采用凿岩机。,钻头：合金钢钻头、金刚石钻头,在f6时，使用两种钻头钻速基本一致，而普通型钻头消

5、耗费用低，因此应优先选用普通型钻头；在6f 8时，使用金刚石钻头的钻速提高4倍以上，而且费用接近，因此应优先选用金刚石钻头。,钻杆：B19、B22六方中空合金钢钻杆 安装器：快速安装器,销钉式安装器,快速安装螺母,（6）小孔径预应力锚索加强支护 是一种主动加强支护 以锚杆支护为主，以锚索为辅 树脂锚固端加粗，钻孔与锚索直径不匹配 锚固在稳定煤岩层中均可以 高应力巷道可以采用直径18mm的锚索,（7）桁架支护 桁架改变顶板的应力状态，拉应力将减小，甚至出现压应力；预紧力增加裂隙体间的摩擦作用，提高顶板稳定性；提高顶板两肩窝的抗剪切能力，防止剪切冒落。,3 锚杆支护设计方法,可归纳为三大类，分别是

6、工程类比法、理论计算法、以计算机数值模拟为基础的动态系统设计方法。,（1）工程类比法 是一种实用的方法，在我国锚杆支护设计中占主导地位。 在已有的大量、成功实践的基础上，根据巷道的生产地质条件确定支护参数。 主要有以回采巷道围岩稳定性分类为基础的工程类比法；巷道围岩松动圈分类为基础的工程类比法。 以回采巷道围岩稳定性分类为基础的工程类比法,（2）理论计算法 根据悬吊理论、组合梁理论、组合拱理论计算锚杆长度、间排距、破断载荷等。 （3）动态系统设计方法 首先进行地质力学评估（含地应力测试），将地质力学参数、锚杆参数等输入计算机数值模拟软件，以围岩强度强化理论为依据，按控制围岩变形效果和经济合理的

7、原则选择最优方案，组织施工，并对巷道围岩稳定状况和锚杆载荷监测，根据监测反馈信息确定是否调整锚杆支护参数，经反复实践，在动态中修改完善设计。,4 锚杆支护施工,（1）保证锚杆高预紧力 锚杆预紧力的作用 主动支护，拉应力转化为压应力或减小拉应力，有效抑制巷道围岩破裂区向深部发展，发挥围岩的自身承载能力，提高稳定性。,预紧力的确定 ：采用现场实测与数值计算相耦合的方法确定锚杆预紧力的合理值,巷道变形量与预紧力的关系,实现高预紧力 大扭矩 ：大扭矩的锚杆钻机或人工保证大扭矩，不小于150Nm。 采用成套锚杆，主要指使用减摩垫圈（ 1个铝合金垫圈、1个塑料垫圈）。 锚杆螺纹加工精细，减小摩擦阻力。,预

8、紧力的检查 采用扭力扳手 固定专人负责上紧螺母 当班验收员检查 有关职能部门抽查，并及时上紧。 抽查迎头14排锚杆,（2）锚杆外露长度 锚杆外露不超长，小于70mm，最好控制在50mm内。 外露超长：锚固长度、锚杆有效长度减小 （3）使用快速安装器 提高巷道掘进速度 保证锚杆支护质量,（4）锚杆孔要求 锚杆孔深度比锚杆长度少50100mm。 顶角锚杆向两帮倾斜，锚固端在两帮煤体内300mm以上，其它顶锚杆与顶板垂直。 从侧向看，顶板锚杆与顶板垂直。,（5）巷道成型,（1）监测的必要性 保证安全 掌握巷道围岩活动规律和锚杆载荷变化规律 为优化锚杆支护参数提供依据,5 锚杆支护巷道监测,（2）监测

9、内容,（之一） 综采（综放）沿空掘巷 （之二） 大断面开切眼 （之三） 再生胶结顶板巷道 （之四） 埋深950m的深井巷道 （之五） 近距离煤层群、复合顶板巷道 （之六） 高应力多次返修巷道,6 困难条件锚杆支护应用实例,6应用之一综放沿空掘巷,35,沿空掘巷三角块结构稳定性理论,36,沿空掘巷三角块结构稳定性理论,三角块结构力学分析图,37,综放沿空掘巷三角块结构稳定性理论,稳定性与煤层强度的关系,稳定性与采高的关系,稳定性与采深的关系,稳定性与小结构强度的关系,38,合理的锚杆支护参数 根据强度强化理论、三角块结构稳定理论，确定王庄矿合理的锚杆支护强度为0.20.3MPa。 合理的窄煤柱宽

10、度5m。 高强度杆体可延伸锚杆,巷道变形与煤柱宽度关系,掘进期间,回采期间,沿空掘巷维护状况,回采期间工作面前方50m,综放工作面机巷,顶板： 20L2400mm螺纹钢锚杆 两帮： 20L2000mm A3圆钢锚杆 锚杆间、排距1200mm,6应用之二开切眼,徐州张双楼煤矿开切眼宽度7.2m，顶板是膨胀性泥岩、厚度4.2m，采用锚杆、锚索支护，有效地控制了顶板离层，巷道维护效果良好。,跨度7.2m、埋深680m、膨胀性泥岩顶板 开切眼维护状况,徐州韩桥煤矿下分层胶结顶板巷道：顶板采用水力膨胀锚杆或树脂药卷锚固的高强度锚杆支护、两帮采用A3圆钢锚杆支护，锚索加强支护,6应用之三再生胶结顶板,掘进

11、期间,下分层再生胶结顶板巷道维护状况,回采期间工作面前方100m,锚杆支护回采期间工作面前方10m,下分层再生胶结顶板巷道维护状况,U型钢支护回采期间工作面前方100m,工作面后方顶板、帮维护状况,下分层再生胶结顶板巷道维护状况,平顶山十一矿巷道埋深950m，水平应力显著，煤的f值0.8以下，煤层厚度平均6.5m，沿顶板掘进，巷道宽度4.5m，采用锚杆、锚索、高水速凝材料注浆加固,6应用之四深井巷道,6 应用之五 近距离煤层群、复合顶板巷道 平顶山矿务局四矿、八矿，与上层煤间距最小2.5m，f值1.0以下，巷道宽度4.2m，顶板采用桁架锚杆支护,6 应用之六 高应力多次返修巷道 平顶山十矿、徐州矿务局张双楼矿，巷道围岩是遇水膨胀的泥岩、强度小的煤层，多次返修，不能保持稳定，采用高水速凝材料注浆加固、高