錨桿支護(hù)理論與實(shí)踐

1、中國礦業(yè)大學(xué)中國礦業(yè)大學(xué) 柏建彪柏建彪（博士、教授）（博士、教授） 1 錨桿支護(hù)發(fā)展錨桿支護(hù)發(fā)展 2 錨桿支護(hù)理論錨桿支護(hù)理論 3 錨桿支護(hù)體系錨桿支護(hù)體系 4 錨桿支護(hù)巷道冒頂調(diào)查分析錨桿支護(hù)巷道冒頂調(diào)查分析 5 設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)方法 6 施工施工 7 監(jiān)測監(jiān)測 3 2個(gè)階段：以個(gè)階段：以1995年引進(jìn)澳大利亞錨桿支護(hù)技術(shù)為年引進(jìn)澳大利亞錨桿支護(hù)技術(shù)為 分界點(diǎn)。分界點(diǎn)。 錨桿支護(hù)理論、錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法、施工機(jī)具、小錨桿支護(hù)理論、錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法、施工機(jī)具、小 孔徑預(yù)應(yīng)力錨索加強(qiáng)支護(hù)、錨桿孔徑、錨固劑及錨固孔徑預(yù)應(yīng)力錨索加強(qiáng)支護(hù)、錨桿孔徑、錨固劑及錨固 方式、監(jiān)測技術(shù)等均發(fā)生了變化。方式、監(jiān)測技術(shù)

2、等均發(fā)生了變化。 美國、澳大利亞接近美國、澳大利亞接近，英國，英國，美國錨桿，美國錨桿 支護(hù)為巷道頂板的唯一支護(hù)方式。支護(hù)為巷道頂板的唯一支護(hù)方式。 我國我國1995年時(shí)約年時(shí)約，目前約，目前約30%。 4 錨桿支護(hù)使用范圍錨桿支護(hù)使用范圍 、類全面推廣，類全面推廣，、類得到推廣應(yīng)用類得到推廣應(yīng)用 綜放沿空掘巷錨桿支護(hù)綜放沿空掘巷錨桿支護(hù) 軟弱、破碎煤巷錨桿支護(hù)軟弱、破碎煤巷錨桿支護(hù) 三軟煤巷錨桿支護(hù)三軟煤巷錨桿支護(hù) 深井煤巷錨桿支護(hù)深井煤巷錨桿支護(hù) 5 錨桿支護(hù)效果錨桿支護(hù)效果 錨桿支護(hù)與架棚支護(hù)相比，其優(yōu)越性表現(xiàn)在：錨桿支護(hù)與架棚支護(hù)相比，其優(yōu)越性表現(xiàn)在： 屬于主動支護(hù)屬于主動支護(hù) 將巷道

3、圍巖變成承載體將巷道圍巖變成承載體 對巷道不規(guī)則斷面適應(yīng)性強(qiáng)對巷道不規(guī)則斷面適應(yīng)性強(qiáng) 巷道圍巖變形量顯著減小，安全生產(chǎn)得到保證，大幅巷道圍巖變形量顯著減小，安全生產(chǎn)得到保證，大幅 度減少度減少 了冒頂、瓦斯、火災(zāi)事故了冒頂、瓦斯、火災(zāi)事故 簡化巷道布置，減少巖石工程簡化巷道布置，減少巖石工程 實(shí)現(xiàn)沿空掘巷，提高煤炭資源采出率，延長礦井壽命實(shí)現(xiàn)沿空掘巷，提高煤炭資源采出率，延長礦井壽命 錨桿支護(hù)具有巨大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，是錨桿支護(hù)具有巨大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，是 我國煤炭行業(yè)繼綜合機(jī)械化之后的第二次我國煤炭行業(yè)繼綜合機(jī)械化之后的第二次支護(hù)技術(shù)革命支護(hù)技術(shù)革命 6 拱型可縮性支架破壞

4、木支架嚴(yán)重?fù)p壞 支架破壞實(shí)況 架棚巷道變形和支架損壞情況架棚巷道變形和支架損壞情況 7 沿空掘巷維護(hù)狀況沿空掘巷維護(hù)狀況 8 錨桿支護(hù)巷道維護(hù)狀況錨桿支護(hù)巷道維護(hù)狀況 9 10 （1）懸吊理論）懸吊理論 機(jī)理：機(jī)理：將巷道頂板較軟弱巖層懸吊在穩(wěn)定巖層上，以 避免較軟弱巖層的破壞、失穩(wěn)和塌落，錨桿所受的拉 力來自被懸吊的巖層重量。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：沒有考慮圍巖的自承能力，而且將被錨固體與 原巖體分開。 11 （1）懸吊理論）懸吊理論 適用條件：適用條件：錨桿可以錨固到頂板堅(jiān)硬穩(wěn)定巖層 12 （2）組合梁理論）組合梁理論 機(jī)理：機(jī)理：將錨固范圍內(nèi)的巖層擠緊，增加巖層間的摩擦力， 防止巖石沿層面滑動，避

5、免各巖層出現(xiàn)離層現(xiàn)象，提高其 自撐能力。將幾層薄巖層鎖緊成一個(gè)較厚的巖層（組合 梁）。在上覆巖層載荷的作用下，這種組合厚巖層內(nèi)的最 大彎曲應(yīng)變和應(yīng)力都將大大減小，組合梁的撓度亦減小。 缺點(diǎn)：將錨桿作用與圍巖的自穩(wěn)作用分開；在頂板較破碎、 連續(xù)性受到破壞時(shí)，難以形成組合梁。 適用條件：適用條件： 層狀地層 頂板在相當(dāng)距離內(nèi)不存在穩(wěn)定 巖層，懸吊作用處于次要地位。 13 （3）組合拱理論）組合拱理論 機(jī)理：機(jī)理：在破碎區(qū)安裝預(yù)應(yīng)力錨桿時(shí)，在桿體兩端將形成 圓錐形分布的壓應(yīng)力，如果沿巷道周邊布置錨桿群，只 要鋪桿間距足夠小，各個(gè)錨桿形成的壓應(yīng)力圓錐體將相 互交錯(cuò)，在巖體中形成一個(gè)均勻的壓縮帶，即承壓

6、拱， 這個(gè)承壓拱可以承受其上部破碎巖石施加的徑向荷載。 在承壓拱內(nèi)的巖石徑向及切向均受壓，處于三向應(yīng)力狀 態(tài)，其圍巖強(qiáng)度得到提高，支撐能力也相應(yīng)加大。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：一般不能作為準(zhǔn)確的 定量設(shè)計(jì)。 適用條件：適用條件：頂板無穩(wěn)定巖層 14 （4）最大水平應(yīng)力理論）最大水平應(yīng)力理論 機(jī)理：機(jī)理：礦井巖層的水平應(yīng)力通常大于垂直應(yīng)力，水平 應(yīng)力具有明顯的方向性。在最大水平應(yīng)力作用下，頂 底板巖層易于發(fā)生剪切破壞，出現(xiàn)錯(cuò)動與松動而膨脹 造成圍巖變形，錨桿的作用即是約束其沿軸向巖層膨 脹和垂直于軸向的巖層剪切錯(cuò)動。 15 （4）最大水平應(yīng)力理論）最大水平應(yīng)力理論 16 17 （5）錨桿支護(hù)強(qiáng)度強(qiáng)化理論）錨

7、桿支護(hù)強(qiáng)度強(qiáng)化理論 錨桿與圍巖相互作用，形成錨桿錨桿與圍巖相互作用，形成錨桿圍巖的共同承載圍巖的共同承載 結(jié)構(gòu)，改善錨固體力學(xué)性能，提高錨固體峰值強(qiáng)度和殘結(jié)構(gòu)，改善錨固體力學(xué)性能，提高錨固體峰值強(qiáng)度和殘 余強(qiáng)度，特別是殘余強(qiáng)度的提高，有效提高圍巖的自承余強(qiáng)度，特別是殘余強(qiáng)度的提高，有效提高圍巖的自承 能力，控制圍巖塑性區(qū)、破碎區(qū)發(fā)展，促使巷道圍巖由能力，控制圍巖塑性區(qū)、破碎區(qū)發(fā)展，促使巷道圍巖由 不穩(wěn)定狀態(tài)向穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變。不穩(wěn)定狀態(tài)向穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變。 煤 層巖 層破 碎 區(qū) 、 塑 性 區(qū) 18 錨固體錨固體C C、 、C C* *、 * * 隨錨桿支護(hù)強(qiáng)度隨錨桿支護(hù)強(qiáng)度 t t的增加而提高。的

8、增加而提高。 不同錨桿支護(hù)強(qiáng)度下錨固體破壞前的不同錨桿支護(hù)強(qiáng)度下錨固體破壞前的C、 值值 錨桿支護(hù)強(qiáng)度錨桿支護(hù)強(qiáng)度 t / MPa 00.060.080.110.140.170.22 等效內(nèi)聚力等效內(nèi)聚力 C / MPa 0.34660.35680.36260.36770.38280.37730.3869 等效內(nèi)摩擦角等效內(nèi)摩擦角 / 31.5131.5333.5135.5737.1438.840.4 不同錨桿支護(hù)強(qiáng)度下錨固體破壞后的不同錨桿支護(hù)強(qiáng)度下錨固體破壞后的C*、 * 值值 錨桿支護(hù)強(qiáng)度錨桿支護(hù)強(qiáng)度t / MPa 00.060.080.110.140.170.22 等效內(nèi)聚力等效內(nèi)聚力

9、 C* / MPa 0.01680.01820.01830.01840.01860.01940.021 等效內(nèi)摩擦角等效內(nèi)摩擦角 */ 31.5131.5333.5135.5737.1438.840.4 19 圖圖 錨固體應(yīng)力應(yīng)變曲線圖錨固體應(yīng)力應(yīng)變曲線圖 注：曲線上數(shù)字為錨桿支護(hù)強(qiáng)度注：曲線上數(shù)字為錨桿支護(hù)強(qiáng)度t（MPa） 錨固體強(qiáng)度隨錨桿支護(hù)強(qiáng)度錨固體強(qiáng)度隨錨桿支護(hù)強(qiáng)度t 的提高而得到強(qiáng)的提高而得到強(qiáng) 化，達(dá)到一定程度就可保持圍巖穩(wěn)定?；?，達(dá)到一定程度就可保持圍巖穩(wěn)定。 錨固體錨固體 1、 1*的表達(dá)式：的表達(dá)式： )2/*45tan(24.264.0 )2/45tan(289.154.0

10、 * 1 1 C C t t 式中：式中： 1 錨固體極限強(qiáng)度，錨固體極限強(qiáng)度，MPa， 1*錨固體殘余強(qiáng)度，錨固體殘余強(qiáng)度，MPa。 t 錨桿支護(hù)強(qiáng)度，錨桿支護(hù)強(qiáng)度，MPa 提高支護(hù)強(qiáng)度提高支護(hù)強(qiáng)度 t ，可使，可使C、C*、* 提提 高；它們的提高，使高；它們的提高，使 1、 1*顯著增強(qiáng)。顯著增強(qiáng)。 發(fā)展高（超高）強(qiáng)發(fā)展高（超高）強(qiáng) 度錨桿，提高支護(hù)強(qiáng)度度錨桿，提高支護(hù)強(qiáng)度 t 、圍巖更加穩(wěn)定。、圍巖更加穩(wěn)定。 21 1）鋼筋或鋼絲繩砂漿錨桿 鋼筋砂漿錨桿 鋼絲繩砂漿錨稈 鋼筋或鋼絲繩砂漿錨稈 是全長錨固型錨桿。設(shè)計(jì) 錨固為為3050KN。 22 2）全屬倒楔式錨桿 由桿體、固定楔、活動

11、倒楔、墊板和螺帽組成， 屬端頭錨固型，安裝后可立即承載，可回收。錨固 力達(dá)40kN左右。常用于圍巖比較破碎，需要立即承 載的地下工程。 23 24 25 26 用樹脂為粘結(jié)劑，在固化劑和加速劑的作用下，將錨桿 的頭部粘結(jié)在錨桿孔內(nèi)。端頭錨固型樹脂錨桿是由樹脂藥包樹脂藥包 和桿體桿體組成。 27 28 快硬水泥錨桿的桿體結(jié)構(gòu)與樹脂錨桿相同，是端頭錨固 型錨桿。 29 管縫式錨桿是采用高強(qiáng)度鋼板卷壓成帶縱縫的管狀桿 體外徑38.1，用鑿巖機(jī)強(qiáng)行壓入比桿徑小23mm的錨 孔，為安裝方便，打入端略呈錐形。由于管壁彈性恢復(fù) 力擠壓孔壁而產(chǎn)生錨固力，屬全長錨固型錨桿。 對地層橫向錯(cuò)動，有良好適應(yīng)能力，鉆孔

12、變彎曲，錨 固得更牢。 30 結(jié)構(gòu)可伸縮式錨桿結(jié)構(gòu)可伸縮式錨桿。這種錨桿是對桿件、內(nèi)錨 頭、外錨頭及托板等構(gòu)件采用特殊結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)可伸縮 的目的。 31 （2）桿體可伸縮錨桿）桿體可伸縮錨桿 用優(yōu)質(zhì)鋼材，并對材料進(jìn)行專門加工處理，可制成 較大延伸率的錨桿桿體。 32 11）其它錨桿 l水力膨脹式錨桿 l脹裂式速效預(yù)應(yīng)力錨桿 l玻璃鋼錨桿 l中空自鉆式錨桿 33 玻璃鋼錨桿 中空自鉆式錨桿 3.2 目前我國錨桿支護(hù)體系及要求目前我國錨桿支護(hù)體系及要求 （1）錨桿）錨桿 高強(qiáng)度、大直徑。破斷載荷一般在高強(qiáng)度、大直徑。破斷載荷一般在200 300kN以以 上，近年應(yīng)用破斷載荷上，近年應(yīng)用破斷載荷400k

13、N以上的錨桿。以上的錨桿。 延伸率均大于延伸率均大于15% 錨桿直徑錨桿直徑2022mm 穩(wěn)定性較高、維護(hù)要求低、服務(wù)時(shí)間短的巷道可穩(wěn)定性較高、維護(hù)要求低、服務(wù)時(shí)間短的巷道可 以采用以采用Q235圓鋼制造。圓鋼制造。 35 采用左旋、無縱筋高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿，等強(qiáng)（錨采用左旋、無縱筋高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿，等強(qiáng)（錨 桿尾部螺紋部分采用墩粗或熱處理、滾絲）桿尾部螺紋部分采用墩粗或熱處理、滾絲） 錨桿成套：錨桿成套：桿體桿體、托盤托盤（鋼板軋制，厚度根據(jù)礦（鋼板軋制，厚度根據(jù)礦 壓確定）、壓確定）、球形墊圈球形墊圈（鑄鋼）、（鑄鋼）、減摩墊圈減摩墊圈（1個(gè)聚個(gè)聚 氨酯、氨酯、1個(gè)鋁合金）、個(gè)鋁合金）、螺母

14、螺母（高強(qiáng)度、快速安裝螺（高強(qiáng)度、快速安裝螺 帽）帽） 錨桿 煤體 快速樹脂藥卷中速樹脂藥卷 螺母 36 （2）錨固劑及錨固方式）錨固劑及錨固方式 錨固劑：樹脂藥卷，一般采用凝結(jié)速度為超快與中速錨固劑：樹脂藥卷，一般采用凝結(jié)速度為超快與中速 的樹脂藥卷配合。的樹脂藥卷配合。 錨桿 煤體 快速樹脂藥卷中速樹脂藥卷 螺母 37 ：錨桿中部受力最大；增阻速度快。具有：錨桿中部受力最大；增阻速度快。具有 較大的抗剪切能力。增加巖層間的法向力，阻止層間較大的抗剪切能力。增加巖層間的法向力，阻止層間 錯(cuò)動，防止離層。在錨固范圍內(nèi)錨桿伸長錯(cuò)動，防止離層。在錨固范圍內(nèi)錨桿伸長1mm，可產(chǎn)，可產(chǎn) 生生1020k

15、N的錨固力，支護(hù)剛度大。的錨固力，支護(hù)剛度大。 端頭錨固：端頭錨固：類。類。全長或加長錨固：全長或加長錨固：類類 38 使用藥卷長度一般使用藥卷長度一般CK2335、Z2360mm，復(fù)合頂板一，復(fù)合頂板一 般采用雙速般采用雙速2360和和Z2360。 錨桿 煤體 快速樹脂藥卷中速樹脂藥卷 螺母 39 （3）三徑匹配）三徑匹配 鉆孔直徑比錨桿直徑大鉆孔直徑比錨桿直徑大610mm 鉆孔直徑比樹脂藥卷大鉆孔直徑比樹脂藥卷大6mm左右左右 一般鉆孔直徑一般鉆孔直徑29mm，錨桿直徑，錨桿直徑20、22mm，樹脂，樹脂 藥卷直徑藥卷直徑23mm。 0 10 20 30 40 50 60 70 25303

16、5 鉆孔直徑 /mm 錨固力 /kN 18mm無縱筋 20mm無縱筋 22mm無縱筋 錨固力與鉆孔直徑、錨固力與鉆孔直徑、 錨桿直徑的關(guān)系錨桿直徑的關(guān)系 40 （4）網(wǎng)及鋼帶）網(wǎng)及鋼帶 網(wǎng)：采用金屬網(wǎng)、塑料網(wǎng)。嚴(yán)禁將最前排錨桿網(wǎng)：采用金屬網(wǎng)、塑料網(wǎng)。嚴(yán)禁將最前排錨桿 螺帽松開或等待后壓網(wǎng)。螺帽松開或等待后壓網(wǎng)。 鋼帶：鋼筋梯子梁、鋼帶：鋼筋梯子梁、M型鋼帶、型鋼帶、W型鋼帶等。型鋼帶等。 要求鋼筋梯子梁采用要求鋼筋梯子梁采用高強(qiáng)度高強(qiáng)度焊條焊接，防止開焊條焊接，防止開 焊。鋼帶的厚度或鋼筋直徑根據(jù)礦壓確定。焊。鋼帶的厚度或鋼筋直徑根據(jù)礦壓確定。 41 （5）施工機(jī)具）施工機(jī)具 機(jī)載錨桿鉆機(jī)機(jī)載

17、錨桿鉆機(jī) 鉆機(jī)鉆機(jī) 頂板：風(fēng)動錨桿鉆機(jī)、液壓鉆機(jī)、鑿巖機(jī)頂板：風(fēng)動錨桿鉆機(jī)、液壓鉆機(jī)、鑿巖機(jī) 兩幫：強(qiáng)力煤電鉆、幫錨桿鉆機(jī)兩幫：強(qiáng)力煤電鉆、幫錨桿鉆機(jī) 鉆頭：合金鋼鉆頭、金剛石鉆頭鉆頭：合金鋼鉆頭、金剛石鉆頭 鉆桿：鉆桿：B19、B22六方中空合金鋼鉆桿六方中空合金鋼鉆桿 安裝器：頂板錨桿采用錨桿鉆機(jī)，幫錨桿采用風(fēng)炮安裝器：頂板錨桿采用錨桿鉆機(jī)，幫錨桿采用風(fēng)炮 聯(lián)接器：快速聯(lián)接器聯(lián)接器：快速聯(lián)接器 聯(lián)接器聯(lián)接器 快速安裝螺母快速安裝螺母 42 （5）施工機(jī)具）施工機(jī)具 頂板鉆機(jī)：風(fēng)動錨桿鉆機(jī)、液壓鉆機(jī)、鑿巖機(jī)頂板鉆機(jī)：風(fēng)動錨桿鉆機(jī)、液壓鉆機(jī)、鑿巖機(jī) 兩幫鉆機(jī)：強(qiáng)力煤電鉆、幫錨桿鉆機(jī)兩幫鉆機(jī)：強(qiáng)

18、力煤電鉆、幫錨桿鉆機(jī) fMQT鉆速7665鉆速 1.52.11.5 31.81.1 41.40.85 50.90.6 60.550.5 70.350.4 80.210.3 90.10.24 100.060.21 0 0.5 1 1.5 2 2.5 01234567891011 硬度系數(shù)/f 鉆速（m/min） MQT鉆速 7665鉆速 43 普氏系數(shù)f普通型PDC型 1.52.12.1 31.81.8 41.21.4 50.620.9 60.230.55 70.060.35 80.020.21 90.1 100.06 0 0.5 1 1.5 2 2.5 024681012 普氏系數(shù)f 鉆速（m

19、/min） 普通型 PDC型 f普通型PDC型 1.5230650 3170470 4106360 532235 61187 72.230.5 80.318.9 90.112.4 0 100 200 300 400 500 600 700 012345678910 普氏系數(shù)f 鉆頭壽命(m/個(gè)) 普通型 PDC型 44 （6）小孔徑預(yù)應(yīng)力錨索加強(qiáng)支護(hù)）小孔徑預(yù)應(yīng)力錨索加強(qiáng)支護(hù) 是一種主動加強(qiáng)支護(hù)是一種主動加強(qiáng)支護(hù) 以錨桿支護(hù)為主，以錨索為輔以錨桿支護(hù)為主，以錨索為輔 樹脂錨固端加粗，鉆孔與錨索直徑不匹配樹脂錨固端加粗，鉆孔與錨索直徑不匹配 錨固在穩(wěn)定煤巖層中均可以錨固在穩(wěn)定煤巖層中均可以 高應(yīng)

20、力巷道可以采用直徑高應(yīng)力巷道可以采用直徑18mm的錨索的錨索 45 （7）桁架支護(hù)）桁架支護(hù) 桁架改變頂板的應(yīng)力狀態(tài)，拉應(yīng)力將減小，甚桁架改變頂板的應(yīng)力狀態(tài)，拉應(yīng)力將減小，甚 至出現(xiàn)壓應(yīng)力；預(yù)緊力增加裂隙體間的摩擦作至出現(xiàn)壓應(yīng)力；預(yù)緊力增加裂隙體間的摩擦作 用，提高頂板穩(wěn)定性；提高頂板兩肩窩的抗剪用，提高頂板穩(wěn)定性；提高頂板兩肩窩的抗剪 切能力，防止剪切冒落。切能力，防止剪切冒落。 46 單式雙拉桿桁架錨桿 1錨頭；2錨桿；3托架；4水平拉桿 47 復(fù)式桁架錨桿 1錨桿；2拉桿；3拉緊器；4墊木 48 交叉桁架錨桿 49 2005、2006年全國煤礦死亡事故按事故性質(zhì)統(tǒng)計(jì)頂板年全國煤礦死亡事故

21、按事故性質(zhì)統(tǒng)計(jì)頂板 事故占事故占34.66%，巷道頂板事故占有相當(dāng)?shù)谋壤锏理敯迨鹿收加邢喈?dāng)?shù)谋壤?事故起數(shù)，頂板事故起數(shù)，頂板50%、運(yùn)輸、運(yùn)輸21 %、瓦斯、瓦斯9； 死亡人數(shù)，頂板死亡人數(shù)，頂板34、瓦斯、瓦斯33、運(yùn)輸、運(yùn)輸13； 事故嚴(yán)重性，瓦斯最為嚴(yán)重，平均每起事故嚴(yán)重性，瓦斯最為嚴(yán)重，平均每起6.2人；水害次人；水害次 之，平均每起之，平均每起4.5人。人。 死亡率居高不下的原因和條件死亡率居高不下的原因和條件死亡率居高不下的原因和條件死亡率居高不下的原因和條件 瓦斯瓦斯瓦斯瓦斯 36.56%36.56% 其它其它其它其它 2828。78%78% 頂板頂板頂板頂板 34.66%

22、34.66% 20052005年全國煤礦死亡事故按事故性質(zhì)統(tǒng)計(jì)所占比例年全國煤礦死亡事故按事故性質(zhì)統(tǒng)計(jì)所占比例年全國煤礦死亡事故按事故性質(zhì)統(tǒng)計(jì)所占比例年全國煤礦死亡事故按事故性質(zhì)統(tǒng)計(jì)所占比例 50 18個(gè)礦區(qū)調(diào)研結(jié)果 開灤、鐵法、大同、汾西、潞安、晉城、邢臺、平 頂山、鶴壁、鄭州、徐州、淮南、淮北、兗州、新 汶、邯鄲、焦作、義馬等 51 l 非穩(wěn)定巖層變厚超過錨桿（索）長度非穩(wěn)定巖層變厚超過錨桿（索）長度 冒頂原因:直接頂板泥巖厚度由設(shè)計(jì)時(shí)的4.4m變?yōu)槊绊敃r(shí) 的6.3m, 超過了設(shè)計(jì)的 錨索長度(5m) 共發(fā)生48起，占總事故數(shù)的29.63%。 52 l 穩(wěn)定巖層變薄穩(wěn)定巖層變薄 冒頂原因:

23、9與10煤層間設(shè)計(jì)時(shí)粉砂巖厚79m變?yōu)?冒落時(shí)的4.06m。錨索錨在了煤層中,錨固能力大大降低. 冒落長40m，寬6m，高6.5m. 此類事故共發(fā)生19起，占總事故數(shù)的11.73%。 53 l頂板一定范圍內(nèi)出現(xiàn)軟弱夾層頂板一定范圍內(nèi)出現(xiàn)軟弱夾層 此類事故共發(fā)生32起，占總事故數(shù)的19.75%。 冒頂原因:直接頂板泥巖與基本頂砂巖間突然出現(xiàn)50mm厚的一 層煤線。長9.4m，寬4.2m，高2.35m 54 l頂板出現(xiàn)小斷層頂板出現(xiàn)小斷層 此類事故共發(fā)生15起，占總事故數(shù)的9.26 。 55 l巷道附近出現(xiàn)隱含小斷層巷道附近出現(xiàn)隱含小斷層 事故共發(fā)生10起，占總事故數(shù)的6.17% 。 剖面 56

24、l節(jié)理發(fā)育節(jié)理發(fā)育 褶曲構(gòu)造引起頂板局部變 化，斜交節(jié)理發(fā)育，導(dǎo)致 巷道頂板楔形冒落。長 寬高為（2030） (2.83.2)（0.82.5） m 此類事故共有7起，占總 事故數(shù)的4.32 。 57 l圍巖出現(xiàn)鑲嵌型結(jié)構(gòu)圍巖出現(xiàn)鑲嵌型結(jié)構(gòu) 共4起，占調(diào)查事故總數(shù)的2.5% 鍋底形 裂隙 錨索6 長 部 分拉斷 有小部分留在 頂板內(nèi) ? 58 l（3）應(yīng)力突變）應(yīng)力突變 因應(yīng)力突變導(dǎo)致冒頂事故共有因應(yīng)力突變導(dǎo)致冒頂事故共有10起，占調(diào)查事故總數(shù)起，占調(diào)查事故總數(shù) 的的6.2 l（4）施工不良型）施工不良型 此類原因造成的頂板事故收集到3起 59 CD型（巖層組合劣化型） CB1 型（錨固失效）-

25、2起，1.23% CB2 型（不及時(shí)支護(hù)）-4起，2.47% CB3 型（偷工減料）-3起，1.85% CB型（施工不良型） CD1型（非穩(wěn)定巖層變厚） -48起，29.63% CD2型（穩(wěn)定巖層變薄 ）-19起，11.73% CD3型（錨固范圍外的巖層間出現(xiàn)軟弱夾層）-32起，19.75% CD4型（與水分有關(guān)） SF2.1型（顯現(xiàn)）-15起，9.26% SF2.2型（隱含）-10起，6.17% SF3.1型（鍋底矸）-2起 SF3.2型（古槽）-1起 SF3.3型（陷落柱）-1起 SF1型（節(jié)理）-7起，4.32% SF2型（斷層） SF3型（鑲嵌型構(gòu)造） SF型（巖層結(jié)構(gòu)缺陷型） SC型

26、（應(yīng)力突變型） SC1 型（原巖應(yīng)力）-4起，2.47% SC2 型（次生應(yīng)力）-6起，3.7% CD4.1型（地下水）-6起， CD4.2型（潮濕空氣）-2起， 4.93% （107起，66.4%） （25起，15.43% ） （4起，2.47% ） （36起，22.22% ） （10起，6.2% ） （9起，5.55% ） 60 斷層、褶曲等地質(zhì)構(gòu)造破壞帶 層理裂隙發(fā)育的巖層中 掘進(jìn)工作面無支護(hù)巷道過長 61 可歸納為三大類，分別是可歸納為三大類，分別是工程類比法、理工程類比法、理 論計(jì)算法論計(jì)算法、以計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬為基礎(chǔ)的、以計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬為基礎(chǔ)的動態(tài)動態(tài) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。 6

27、2 （1）工程類比法）工程類比法 是一種實(shí)用的方法，在我國錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)中占是一種實(shí)用的方法，在我國錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)中占主導(dǎo)主導(dǎo) 地位地位。 在已有的大量、成功實(shí)踐的基礎(chǔ)上，根據(jù)巷道的生在已有的大量、成功實(shí)踐的基礎(chǔ)上，根據(jù)巷道的生 產(chǎn)地質(zhì)條件確定支護(hù)參數(shù)。產(chǎn)地質(zhì)條件確定支護(hù)參數(shù)。 主要有以回采巷道圍巖主要有以回采巷道圍巖穩(wěn)定性分類穩(wěn)定性分類為基礎(chǔ)的工程類為基礎(chǔ)的工程類 比法；巷道圍巖比法；巷道圍巖松動圈分類松動圈分類為基礎(chǔ)的工程類比法。為基礎(chǔ)的工程類比法。 采用采用我國緩傾斜、傾斜煤層回采巷道穩(wěn)定性分類方我國緩傾斜、傾斜煤層回采巷道穩(wěn)定性分類方 案案，將巷道分為，將巷道分為5類。制訂相應(yīng)的煤巷錨桿支

28、護(hù)技術(shù)類。制訂相應(yīng)的煤巷錨桿支護(hù)技術(shù) 規(guī)范。規(guī)范。 63 第第1條條 頂板必須采用樹脂藥卷錨固、金屬錨桿支護(hù)。全長錨固頂板必須采用樹脂藥卷錨固、金屬錨桿支護(hù)。全長錨固 或加長錨固應(yīng)采用左旋無縱筋螺紋鋼高強(qiáng)錨桿支護(hù)。頂板錨桿破或加長錨固應(yīng)采用左旋無縱筋螺紋鋼高強(qiáng)錨桿支護(hù)。頂板錨桿破 壞性拉拔力不小于壞性拉拔力不小于100kN，正常拉拔力不小于，正常拉拔力不小于80kN?？肯锏纼蓭??？肯锏纼蓭?的頂錨桿，宜向煤幫傾斜的頂錨桿，宜向煤幫傾斜1020度（與鉛垂線夾角），其它頂錨度（與鉛垂線夾角），其它頂錨 桿應(yīng)盡可能與巖層層面垂直。避免頂錨桿沿巖層層面布置。桿應(yīng)盡可能與巖層層面垂直。避免頂錨桿沿巖層層

29、面布置。 頂角錨桿傾斜的作用：頂角錨桿傾斜的作用： v使錨固端位于兩幫使錨固端位于兩幫 上方穩(wěn)定的區(qū)域，錨上方穩(wěn)定的區(qū)域，錨 桿錨固力大；桿錨固力大； v顯著減小兩頂角處顯著減小兩頂角處 的剪應(yīng)力；的剪應(yīng)力； v避免鉆孔誘導(dǎo)頂板避免鉆孔誘導(dǎo)頂板 破壞面的形成。破壞面的形成。 64 第第2條條 巷幫支護(hù)：兩幫必須支護(hù)。幫錨桿的普通拉拔巷幫支護(hù)：兩幫必須支護(hù)。幫錨桿的普通拉拔 力不小于力不小于60kN。 第第3條條 錨索的預(yù)緊力不得小于錨索的預(yù)緊力不得小于100kN。 第第4條條 對于復(fù)雜、困難地質(zhì)條件的錨桿支護(hù)巷道，應(yīng)對于復(fù)雜、困難地質(zhì)條件的錨桿支護(hù)巷道，應(yīng) 優(yōu)先選擇小孔徑預(yù)應(yīng)力錨索作加強(qiáng)支護(hù)。

30、而優(yōu)先選擇小孔徑預(yù)應(yīng)力錨索作加強(qiáng)支護(hù)。而類圍類圍 巖巷道在基本支護(hù)形式的基礎(chǔ)上，必須另加錨索加強(qiáng)支巖巷道在基本支護(hù)形式的基礎(chǔ)上，必須另加錨索加強(qiáng)支 護(hù)。護(hù)。 65 第第5條條 錨桿孔徑與錨桿桿體直徑之差宜在錨桿孔徑與錨桿桿體直徑之差宜在612mm 范圍內(nèi)范圍內(nèi) 當(dāng)螺紋鋼錨桿直徑為當(dāng)螺紋鋼錨桿直徑為2022mm時(shí)，鉆孔直徑時(shí)，鉆孔直徑26 33mm，錨固力最大。，錨固力最大。 因此，一般應(yīng)使用直徑因此，一般應(yīng)使用直徑28mm的鉆頭。的鉆頭。 66 （2）理論計(jì)算法）理論計(jì)算法 根據(jù)懸吊理論、組合梁理論、組合拱理論計(jì)算錨根據(jù)懸吊理論、組合梁理論、組合拱理論計(jì)算錨 桿長度、間排距、破斷載荷等。桿長度

31、、間排距、破斷載荷等。 （3）動態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法）動態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法 首先進(jìn)行地質(zhì)力學(xué)評估（含地應(yīng)力測試），將地首先進(jìn)行地質(zhì)力學(xué)評估（含地應(yīng)力測試），將地 質(zhì)力學(xué)參數(shù)、錨桿參數(shù)等輸入計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬軟件，質(zhì)力學(xué)參數(shù)、錨桿參數(shù)等輸入計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬軟件， 以圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論為依據(jù)，按控制圍巖變形效果和以圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論為依據(jù)，按控制圍巖變形效果和 經(jīng)濟(jì)合理的原則選擇最優(yōu)方案，組織施工，并對巷道經(jīng)濟(jì)合理的原則選擇最優(yōu)方案，組織施工，并對巷道 圍巖穩(wěn)定狀況和錨桿載荷監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測反饋信息確圍巖穩(wěn)定狀況和錨桿載荷監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測反饋信息確 定是否調(diào)整錨桿支護(hù)參數(shù)，經(jīng)反復(fù)實(shí)踐，在動態(tài)中修定是否調(diào)整錨桿支護(hù)參數(shù)，經(jīng)

32、反復(fù)實(shí)踐，在動態(tài)中修 改完善設(shè)計(jì)。改完善設(shè)計(jì)。 67 （1）保證錨桿高預(yù)緊力）保證錨桿高預(yù)緊力 v 錨桿預(yù)緊力的作用錨桿預(yù)緊力的作用 主動支護(hù)，拉應(yīng)力轉(zhuǎn)化為壓應(yīng)力或減小拉應(yīng)力，有主動支護(hù)，拉應(yīng)力轉(zhuǎn)化為壓應(yīng)力或減小拉應(yīng)力，有 效抑制巷道圍巖破裂區(qū)向深部發(fā)展，發(fā)揮圍巖的自效抑制巷道圍巖破裂區(qū)向深部發(fā)展，發(fā)揮圍巖的自 身承載能力，提高穩(wěn)定性。身承載能力，提高穩(wěn)定性。 68 v預(yù)緊力的確定預(yù)緊力的確定 ：采用現(xiàn)場實(shí)測與數(shù)值計(jì)算相耦合的方：采用現(xiàn)場實(shí)測與數(shù)值計(jì)算相耦合的方 法確定錨桿預(yù)緊力的合理值法確定錨桿預(yù)緊力的合理值 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 01020304

33、05060 預(yù)緊力 /kN 變形量 /mm 回采頂?shù)装逡平炕夭蓛蓭鸵平?掘進(jìn)頂?shù)装逡平烤蜻M(jìn)兩幫移近量 巷道變形量與預(yù)緊力的關(guān)系巷道變形量與預(yù)緊力的關(guān)系 69 v實(shí)現(xiàn)高預(yù)緊力實(shí)現(xiàn)高預(yù)緊力 大扭矩大扭矩 ：大扭矩的錨桿鉆機(jī)、風(fēng)炮保證大扭矩，不：大扭矩的錨桿鉆機(jī)、風(fēng)炮保證大扭矩，不 小于小于200Nm。 采用成套錨桿，主要指使用減摩墊圈（采用成套錨桿，主要指使用減摩墊圈（ 1個(gè)鋁合金個(gè)鋁合金 墊圈、墊圈、1個(gè)塑料墊圈）。個(gè)塑料墊圈）。 錨桿螺紋加工精細(xì)，減小摩擦阻力。錨桿螺紋加工精細(xì)，減小摩擦阻力。 建議不采用等強(qiáng)錨桿，頂板錨桿不得采用等強(qiáng)錨桿。建議不采用等強(qiáng)錨桿，頂板錨桿不得采用等強(qiáng)錨桿。 70 v預(yù)緊力的檢查預(yù)緊力的檢查 采用扭力扳手采用扭力扳手 固定專人負(fù)責(zé)上緊螺母固定專人負(fù)責(zé)上緊螺母 當(dāng)班驗(yàn)收員檢查當(dāng)班驗(yàn)收員檢查 有關(guān)職能部門抽查，并及時(shí)上緊。有關(guān)職能部門抽查，并及時(shí)上緊。 抽查抽查迎頭迎頭14排排錨桿錨桿 71 （2）錨桿外露長度）錨桿外露長度 錨桿外露不超長，小于錨桿外露不超長，小于70mm，最好控制在，最好控制在 50mm內(nèi)。內(nèi)。 外露超長：錨固長度、錨桿有效長度減小外露超長：錨固長度、錨桿有效長度減小 （3）使用快速安裝器）使用快速安裝器 v提高巷道掘進(jìn)速度提高巷道掘進(jìn)速度 v保證錨桿支護(hù)質(zhì)量保證錨桿支護(hù)質(zhì)量 72 （4）錨桿孔要求）