錨索支護(hù)施工技術(shù)課件

錨索支護(hù)技術(shù)山西大同大學(xué)郭興明副教授一、錨索支護(hù)的發(fā)展?fàn)顩r近年來，英國、澳大利亞等采礦業(yè)較發(fā)達(dá)的國家，注重錨索技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，在較差的圍巖條件下，為提高支護(hù)強度和效果，通常采用錨索做加強支護(hù)。在交叉點、斷層帶、破碎帶和受采動影響難于支擴的巷道中，都采用錨索做加強支護(hù)。我國自20世紀(jì)60年代引進(jìn)這項拄術(shù)以來發(fā)展迅速，目前在巖巷加固、邊坡治理、建筑基坑護(hù)壁等工程上均有成功的應(yīng)用。在國內(nèi)煤礦有許多工程都應(yīng)用了錨索技術(shù)，如兗州礦務(wù)局、邢臺礦務(wù)局等。二、錨索的類型及結(jié)構(gòu)錨索是采用有一定彎曲柔性的鋼絞線通過預(yù)先鉆出的鉆孔以一定的方式錨固在圍巖深部，外露端由工作錨通過壓緊托盤對圍巖進(jìn)行加固補強的一種手段。作為一種新型可靠有效的加強支護(hù)形式，錨索在巷道支護(hù)中占有重要地位。其特點是錨固深度大、承載能力高，將下部不穩(wěn)定巖層錨固在上部穩(wěn)定的巖層中，可靠性較大；可施加預(yù)應(yīng)力，主動支護(hù)圍巖，因而可獲得比較理想的支護(hù)加固效果，其加固范圍、支護(hù)強度、可靠性是普通錨桿支護(hù)所無法比擬的。1、錨索類型按鋼絞線的根數(shù)分有單根錨索和錨索束。按錨固材料分有樹脂錨固錨索、水泥錨固錨索及樹脂水泥聯(lián)合錨固錨索。按錨固長度分有端部錨固錨索和全長錨固錨索。按預(yù)緊力分有預(yù)應(yīng)力錨索和非預(yù)應(yīng)力錨索。（1）樹脂端部錨固錨索樹脂端部錨固錨索的特點是采用攪拌器攪碎樹脂藥卷，對錨索進(jìn)行端部錨固。其安裝孔徑為28mm，用普通單體錨桿機可完成打孔、安裝。安裝工序簡單，便于操作，施工速度快。樹脂端部錨固錨索支護(hù)技術(shù)主要用在破碎、復(fù)合頂板煤巷，放頂煤開采沿煤層底板掘進(jìn)的煤頂巷道，軟弱和高地應(yīng)力巷道，以及大跨度開切眼和巷道交叉點等條件比較復(fù)雜的工程部位。（2）注漿錨固錨索注漿錨固錨索的特點是采用多根鋼絞線，全長錨固，鉆孔直徑大，承載能力高。由于采用注水泥砂漿錨固，需要一定的固化時間，承載速度不像樹脂端部錨固錨索那樣快，不能用于回采巷道，一般適合于大斷面硐室和巷道的補強加固。（3）樹脂注漿聯(lián)合錨固錨索樹脂注漿聯(lián)合錨固錨索兼有樹脂端部錨固錨索和注漿錨固錨索的優(yōu)點：①單根鋼絞線，先用錨索攪拌樹脂錨固劑，進(jìn)行端部錨固；②樹脂端部錨固后，可施加預(yù)緊力，使錨索及時承載；③樹脂端部錨固后實施水泥注漿，進(jìn)行全長錨固；④施工采用單體錨索鉆機，不需要笨重的地質(zhì)鉆機，施工速度很快。2、錨索結(jié)構(gòu)1.錨索部件錨索的主要部件有鋼絞線、鎖具、錨固劑。其中，鋼絞線和鎖具如圖1所示(1)鋼絞線鋼絞線的選擇標(biāo)準(zhǔn)是強度高、韌性好、低松弛，既有一定剛度又有一定柔性，可盤成卷便于運輸，又能自身攪拌樹脂藥卷實現(xiàn)快速安裝，適合在空間尺寸較小的巷道中使用。目前廣泛采用7股5mm高強度鋼絞線(圖2)，有關(guān)參數(shù)見表1。表17股高強度鋼絞線有關(guān)參數(shù)（2）鎖具以片瓦式為主的鎖具具有多種規(guī)格，應(yīng)根據(jù)鋼絞線規(guī)格選擇，保證瓦片與鋼絞線有良好的匹配關(guān)系。鎖具結(jié)構(gòu)如圖3。（3）錨固劑錨固劑有水泥漿、樹脂膠泥和普通樹脂藥卷等。注水泥漿及樹脂膠泥錨固，需配備一套小型注漿泵，施工工藝比采用普通樹脂藥卷錨固復(fù)雜，尤其采用注水泥漿，需養(yǎng)護(hù)較長時間才能安裝錨具、張拉，不能及時支護(hù)。但注水泥漿及樹脂膠泥錨固可靠性較高，錨固力大，在鉆孔含水時，采用普通樹脂藥卷錨固，其錨固力較小，有可能達(dá)不到設(shè)計錨固力。采用普通樹脂藥卷加長錨固(里段采用超快或快速樹脂藥卷、外段采用中速樹脂藥卷)，與注水泥漿和樹脂膠泥相比，不需注漿泵，使用錨桿鉆機帶動錨索攪拌樹脂藥卷，簡化了錨索安裝工序，由于樹脂藥一般等待1h后即可安裝鎖具、張拉，實現(xiàn)了錨索快速安裝、及時承載，有利于巷道快速施工和圍巖穩(wěn)定。但樹脂藥卷錨固時，其錨固力不穩(wěn)定，鉆孔出水時，錨固力更小。在巷道圍巖較破碎時，常出現(xiàn)不能將樹脂藥卷送人孔底，錨固在鉆孔的中部，藥卷擠入圍巖裂隙后，錨固長度達(dá)不到設(shè)計要求，另外受巷道高度及錨桿鉆機的扭矩所限，錨固長度受到限制，一般小1.5m，不如注水泥漿和樹脂膠泥靈活。在施工、設(shè)計時可根據(jù)生產(chǎn)地質(zhì)條件及機具、巷道穩(wěn)定性的要求，合理選擇錨固劑。2.錨索結(jié)構(gòu)錨索結(jié)構(gòu)較為簡單，可分為三段：內(nèi)錨固段、鋼絞線自由段和外錨固段，各段及其構(gòu)成如圖4所示。三、錨索的支護(hù)作用分析錨索支護(hù)技術(shù)主要是將一定長度的低松弛高強度的鋼絞線配以專用錨具，用樹脂或砂漿進(jìn)行錨固，通過液壓千斤頂在其尾部施加預(yù)應(yīng)力，達(dá)到對巷道錨固支護(hù)的一項技術(shù)。錨索除具有普通錨桿的懸吊作用、組合粱作用、組合拱作用、楔固作用外，與普通錨桿不同的是對頂板進(jìn)行深部錨固而產(chǎn)生強力懸吊作用，并且沿巷道縱軸線形成連續(xù)支撐點，以大預(yù)緊力減緩頂板變形擴張。在采掘現(xiàn)場，對于圍巖松動圈大，巷道圍巖節(jié)理發(fā)育、頂板破碎及偽頂較厚等復(fù)雜頂板條件下的巷道支護(hù)，通過錨桿對松動圈內(nèi)的圍巖進(jìn)行組合梁加固和錨索的補強支護(hù)，將其錨固到頂板深部。由于錨索支護(hù)給巷道頂板的高預(yù)緊力和它的高承載能力，使頂板由錨桿支護(hù)形成的組合梁得到進(jìn)一步加強，并將其牢固她懸吊在上部直接頂或者頂內(nèi)。同時，這種加強錨桿支護(hù)所形成的組合梁對上部重接頂或老頂也進(jìn)行了保護(hù)，阻止了它的下沉移動和松動擴展。使相鄰的錨桿、謹(jǐn)索的作用力相互疊加，組合形成一個新巖梁。這個新的巖梁厚度、剛度、層間抗剪強度成倍增加，使頂板壓力通過巷道煤幫向煤體深部轉(zhuǎn)移。改善巷道受力條件，使頂板得到有效控制，片幫問題也得到了較好的解決。關(guān)于錨索是否必須錨固在上部堅硬巖石上，目前的認(rèn)識還不夠統(tǒng)一。1996年，何滿潮教授根據(jù)多年的實踐研究，提出錨索的獨特作用是調(diào)動了深部圍巖的強度，并和巷道淺部圍巖及錨網(wǎng)支護(hù)體相互配合作用，從而控制了巷道工程的穩(wěn)定性狀態(tài)。進(jìn)而指出，錨索是否必須錨固在堅硬頂板巖層上，關(guān)鍵取決于巖體結(jié)構(gòu)和工程尺寸。如果頂板堅硬巖層高度和巷道工程寬度之比大于3，就不必要錨固在堅硬頂扳巖層上。只需充分注意錨固段的結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工質(zhì)量，重點考慮深部圍巖強度和巷道淺部支護(hù)體之間的相互耦合作用。1、錨索支護(hù)的使用條件一般情況下，I、II類圍巖條件不使用錨索。由于巖體的非均質(zhì)性局部變化及大型硐室或綜采切眼的跨度等因素影響，也有局部少量使用。其作用主要是根據(jù)現(xiàn)場情況變化，確定局部非均勻布置使用。錨索多使用在Ⅲ、IV、V類圍巖條件的巷道中，更多的使用在Ⅳ、Ⅴ類圍巖條件的巷道中。2、錨索加強支護(hù)設(shè)計原則①錨索長度原則；②錨索強度原則；③耦合設(shè)計原則；④關(guān)鍵部位原則；⑤反饋設(shè)計原則。（1）錨索長度原則錨索長度取決于巷道頂板巖性、巖體結(jié)構(gòu)和巷道工程尺寸。堅硬頂扳巖層高度小于3倍巷道寬度時，錨索長度取決于堅硬巖層位置，錨索錨固段要設(shè)計在堅硬巖層內(nèi)1~1.5m；當(dāng)堅硬巖層高度大于3倍巷道寬度時，其長度按3倍巷道寬度設(shè)計，同時，要充分注意錨固段的結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工質(zhì)量，重點考慮探部圍巖強度和巷道淺部支護(hù)體之間的相互藕合作用。（2）錨索痛強度原科則錨索承勞載強度興取決于緣瑞錨索根酷數(shù)和錨喝索間排傘距，其原設(shè)計總關(guān)荷載按電巷道頂宴板塑性逃軟化區(qū)葵范圍的棕巖石質(zhì)盟量乘以捧安全系兔數(shù)來計拔算。（3）耦合際設(shè)計原告則錨索和僻錨桿支鞋護(hù)達(dá)不糾到耦合崖作用狀周態(tài)，將可會出現(xiàn)廢惡性事賭故。因間此，重核視各種時空條竿件下的澡預(yù)應(yīng)力債施加值杯的變化娘至關(guān)重訊要。一件般地說畝，在迎俗頭工作脫面實施恰錨索支護(hù)，欄預(yù)應(yīng)力雞值應(yīng)適態(tài)當(dāng)小一贈些，約盯是錨桿隊設(shè)計值頓的0.8造~1.酷0倍；在裁掘進(jìn)機著后實施腫錨索支索護(hù)時，召預(yù)應(yīng)力貞水平應(yīng)陜是錨桿謎設(shè)計荷糾載值的1.鹿0~循1.歇3倍比得較適蘇宜。4）關(guān)鍵歉部位原烤則理論研勻究表明歐，錨索酷設(shè)計在駕頂板的句力學(xué)關(guān)芳鍵部位荷效果最調(diào)好，因劫此，錨牌索要盡圣量設(shè)計祖在頂扳帖的關(guān)鍵講部位上要。（5）反饋懇設(shè)計原蔑則現(xiàn)場地到質(zhì)條件容復(fù)雜多液變，要珠加強錨港索支護(hù)匯的檢測備，及時甜反饋分盤析、修糞正和完病善論計忠，這樣御就及時招彌補了霞理論和捉實踐存呀在的缺快憾。3、錨索關(guān)支護(hù)參賭數(shù)的確府定根據(jù)準(zhǔn)錨索波支護(hù)州設(shè)計蔽原則蜓，錨燙索支拾護(hù)應(yīng)逢在關(guān)尸鍵部夢位出撕現(xiàn)時趴的最底佳支叼護(hù)時裁間對努關(guān)鍵舅部位洪進(jìn)行逮加強畏支護(hù)肢，此挑時的返錨索駁支護(hù)拖參數(shù)真由以縮慧下公棗式確蔑定。（經(jīng)驗捎：錨索叮長度計羽算公式劫：△L=祝pl挽/e掌ap-張拉堪力單先位N均l桐-張拉訊段長墓度mm女e-彈模N/投mm籮a-面積mm）（1）錨索巾長度可曉按式確暖定——錨索長先度，m；——錨索陰外露暖長度盒（一貨般取0.腿3m）碎；——錨索摧有效川長度扭，m；——錨索登錨固蟻長度(一般椒取1.負(fù)0~賢2.地0m)。①對于叢靜壓軟游巖巷道蠶在盈錨桿失哄效的情怨況下，籠其潛在狠的冒落災(zāi)高度為1.煩5倍的巷尋道寬度擇；同時王，為保陶證巷道贏的穩(wěn)定俗性，錨嶺索應(yīng)保徐證錨固墻到穩(wěn)定剖巖層內(nèi)稼，因此蘇錨索的朵有效長同度取ma泊x{再1.畜5a還，體}②對于驚動壓軟湯巖巷道③當(dāng)時3ama乏x{創(chuàng)3a，}（2）錨索傍排距確女定（3）耦速合參騙數(shù)確真定為使錨所索支擴旋和錨桿塵支護(hù)達(dá)界到相互往耦合作猛用的效問果，注詳意各時焰空條件你下預(yù)應(yīng)粱力參數(shù)園的變化冶至關(guān)重文要。一尼般地說找，在迎冠頭工作睛面實施郊錨索支浴護(hù)，預(yù)社應(yīng)力值質(zhì)適當(dāng)小養(yǎng)一些，離約是錨臟桿設(shè)計芝值得0.8造~1.鳳0倍；在得掘進(jìn)機量后實施若錨索支武護(hù)時，錘預(yù)應(yīng)力蘇水平應(yīng)糠是錨桿殺設(shè)計荷諸載值的1.仿0~希1.裂3倍比賢較適咳宜。四、料錨索份的布瓦置為了斯獲取達(dá)最佳虜?shù)膽彝斓踝鞣从眯┕?錨索以滴垂直巷頑道頂板疲巖層布貌置安裝匯最好,因為禁這樣綱既有裙利于擺施工,又有利帖于發(fā)揮汪其傳遞骨較大拉到應(yīng)力的跳特性,顯示嫁與其與支護(hù)餅措施僑無法燙比擬挺的最謎大優(yōu)敢點。錨索布篩置同錨庸桿一樣煮，一般炕以“三抓花”或鬼“五花曲”型為椅主。五、徒樹脂轟藥卷金數(shù)量合的確攀定目前，醋在采礦流工程中里，錨索乏支護(hù)多木以樹脂字錨固劑笛，以錨戶固長度委的要求絹，樹脂讓藥卷可死按下公脂式確定六、日施工休工藝1、作幟用原逆理預(yù)應(yīng)力蟲錨索加瘦固巖體秘，主要侵是通過籌錨索將敘軟弱松綠動、不頸穩(wěn)定的某巖土體氣懸吊在妖深層穩(wěn)復(fù)定的巖區(qū)土體上氣，以防處止其離滾層滑脫杰，預(yù)應(yīng)蔥力錨索捐，一方榜面可直堆接在滑往面上產(chǎn)既生抗滑裁阻力，罰另一方貪面通過垂增大滑貼面上的固正應(yīng)力撫來增大身抗滑摩怕擦阻力以，從而鼻提高圍頂巖的整事體性和吧穩(wěn)定性今。2、施工袋步驟錨索施瘦工可分灘為地面布準(zhǔn)備、補鉆孔、伙錨固、垮張拉4個主要浩工序。①地面胖準(zhǔn)備首先鳴檢查白鋼絞摩線，炒截去頂松絲午、嚴(yán)陳重銹醉蝕和教死彎皺部分蒙，按張設(shè)計幣長度插截斷帳鋼絞狗線，湯除去菊鐵銹狂和污退泥，亮在錨牌固頭雙安裝躍毛齒跪和擋的圈，參最后控盤成皆圈。②鉆孔鉆孔爐可采候用錨附桿鉆兵機或厲輕型危專用透錨索初鉆機閣。在挑鉆孔絲式時要洽保持醬鉆機寨不挪纏動，究以免辜鉆孔爭軸線疾不在裹一直晃線上宴，給皇錨索針安裝持帶來嘩困難授，其構(gòu)工藝兩類似昆錨桿禮鉆孔撓。③錨固根據(jù)選括用的錨矛固劑不嘉同，錨燥固工藝總也有所榨差別，右注水泥度漿與樹欣脂膠泥調(diào)工藝相姜似，將遍注漿管體和排氣吹管綁在嚴(yán)鋼紋線章上（排燭氣管綁尺在最上瀉端，注注漿管綁圖在下端對），輕襯輕送人嬌孔底，辣封孔后嫂開始注共水泥漿忙或樹脂抓膠泥，底直到撐渠氣管不畝出氣或圖出漿為抖止．采邁用樹脂換藥卷錨蛾固時，丙按先后坊順序?qū)⒔畛旎蚶焖贅浞裰幘硗缓椭兴偃龢渲帓呔硭腿似炜變?nèi)，嫂用鋼絞孔線輕輕葛將樹脂鉗卷送人令孔底，凝用攪拌盼連接器聚將鋼絞益線與鉆逆機連接臨起來，貧開動鉆帝機，邊早攪拌邊劑推進(jìn)，鼻攪拌20禾~3相0S，喊，將鋼絞臥線卷入設(shè)孔底，橋不落鉆儉機停轉(zhuǎn)勁，等待1~狡2mi買n，落下慘鉆機禾，卸燒下攪引拌連慎續(xù)器窗，完拉成錨幕索的停內(nèi)錨助固。④張看拉注水泥場漿錨固銜需養(yǎng)護(hù)6～7d，注漿脂表膠泥錨親固需養(yǎng)億護(hù)4～5h，樹脂藥否卷錨固瓜需養(yǎng)護(hù)1h。養(yǎng)護(hù)好蟲后再裝診托梁、