锚杆支护与监测资料

StateKeyLaboratoryofCoalResourcesandMineSafety（CUMT）StateKeyLaboratoryofCoalResourcesandMineSafety（CUMT）StateKeyLaboratoryofCoalResourcesandMineSafety（CUMT）StateKeyLaboratoryofCoalResourcesandMineSafety（CUMT）StateKeyLaboratoryofCoalResourcesandMineSafety（CUMT）煤巷锚杆支护新技术及应用1、几个基本概念2、煤巷锚杆支护现状与发展3、锚杆支护理论4、锚杆支护技术体系5、设计与监测StateKeyLaboratoryofCoalResourcesandMineSafety（CUMT）锚杆是锚固在岩体内维护围岩稳定的杆状结构物。对地下工程的围岩以锚杆作为支护系统的主要构件，就形成锚杆支护系统。单体锚杆主要由锚头（锚固段）、杆体、锚尾（外锚头）、托盘等部件组成。锚杆的锚固力：锚杆对围岩所产生的约束力。托锚力：包括安装锚杆时，通过拧紧螺母产生的锚杆托板对围岩的预紧力。1、几个概念StateKeyLaboratoryofCoalResourcesandMineSafety（CUMT）粘锚力：粘结剂将围岩与锚杆粘结成整体，由于围岩深部与浅部变形的差异，锚杆通过粘结剂对围岩施加粘结力来抑制围岩变形。粘锚力就是锚杆杆体的轴力。初锚力：安设锚杆时，对锚杆进行拉张而使其具有的作用于围岩的力称为初锚力。工作锚固力：锚杆安设后，围岩变形，锚固剂发挥粘结作用；或者杆体与围岩之间的摩擦力制约围岩变形，此时锚杆对围岩的作用力为工作锚固力。残余锚固力：当围岩表面和深部的相对变形量超过锚固剂的极限变形量以后，锚固剂被破坏，工作锚固力丧失后，锚杆对围岩仍具有的约束力，称为残余锚固力。StateKeyLaboratoryofCoalResourcesandMineSafety（CUMT）1995年时国内外状况020406080100澳美英德俄波中比重澳、美、英锚杆支护比重已达90%以上，德、俄、波正在大力发展，比重在50%以上；我国为15.15%（低水平）。2、煤巷锚杆支护现状与发展StateKeyLaboratoryofCoalResourcesandMineSafety（CUMT）最早使用锚杆并以锚杆作为唯一顶板支护方式的国家。上世纪30年代初开始应用，1943年后系统地使用锚杆。到了50年代初，美国发明了世界上第一个涨壳式锚头，由此而来带来了美国采矿工业的一场革命。60年代末发明树脂锚固剂，锚杆使用的相当一部分比例都是以树脂锚固剂全长胶结的形式。在70年代末，美国首次将涨壳式锚头与树脂锚固剂联合使用，使得锚杆具有很高的预拉力，锚杆的高预拉力可以达到杆体本身强度的50%～75%。2.1、国外锚杆支护的发展现状美国StateKeyLaboratoryofCoalResourcesandMineSafety（CUMT）美国锚杆技术精髓－“两高一大”高强度高预拉力大间排距支护领域的专业化、产业化。锚杆设计、制造、服务一体化。锚杆等支护产品精细加工，而非材料消耗、废品利用支护手段多样化、多系列，以适应各种不同的条件。高新技术用于锚杆设计。美国的成功经验StateKeyLaboratoryofCoalResourcesandMineSafety（CUMT）1952年大规模使用机械式锚杆，但最终证明英国较软弱的煤系地层不适宜用机械式锚杆。到60年代中期，英国逐渐开始不使用锚杆支护技术。1987年，由于煤矿亏损，煤矿私有化。英国煤炭公司参观澳大利亚煤矿，引进澳大利亚锚杆技术，在全行业重新推广锚杆支护，煤矿开始盈利。英国StateKeyLaboratoryofCoalResourcesandMineSafety（CUMT）主要推广全长树脂锚固锚杆，强调锚杆强度要高。其锚杆设计方法是将地质调研、设计、施工、监测、信息反馈等相互关联、相互制约的各个部分作为一个系统工程进行考察，使它们形成一个有机的整体，形成了锚杆支护系统的设计方法。澳大利亚StateKeyLaboratoryofCoalResourcesandMineSafety（CUMT）自1932年发明Ｕ型钢支架以来，主要采用Ｕ型钢支架支护巷道，支护比重达到90%以上。自80年代以来，由于采深加大，Ｕ型钢支架支护费用高，巷道维护日益困难，开始使用锚杆支护。80年代初期，锚杆支护在鲁尔矿区试验成功。德国StateKeyLaboratoryofCoalResourcesandMineSafety（CUMT）研制开发了价廉物美的快硬水泥锚杆。引进管缝式锚杆技术并推广应用。研究“三小”锚杆技术。试验成功了几种可拉伸锚杆、组合锚杆和桁架式锚杆等80年代末期，引进澳大利亚锚杆支护技术。90年代中期，中等稳定以上条件树脂锚杆研制成功并大范围推广应用。2.2、我国煤巷锚杆支护技术状况StateKeyLaboratoryofCoalResourcesandMineSafety（CUMT）1995年立项时锚杆支护比重。我国15.15%。锚杆支护。由Q235圆钢制造，承载能力40~70kN/根，水泥药卷端锚；用于Ⅰ、Ⅱ类及部分Ⅲ类煤巷。类别ⅠⅡⅢⅣⅤ非常稳定稳定中等稳定不稳定极不稳定StateKeyLaboratoryofCoalResourcesandMineSafety（CUMT）锚杆支护比重约25%。巷道面貌根本改观。扩大使用范围。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类推广，Ⅳ、Ⅴ类试验成功。原因：理论、设计方法、工艺取得了突破。2001年时StateKeyLaboratoryofCoalResourcesandMineSafety（CUMT）2.3、国内外锚杆使用条件的差别国外均使用在煤质中硬以上。我国煤巷锚杆支护主要使用在煤质中硬、围岩稳定程度较高的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类回采巷道。软岩回采巷道、深井巷道、沿空掘巷等复杂困难条件下的锚杆支护正在进行试验性研究，近几年取得较大突破。StateKeyLaboratoryofCoalResourcesandMineSafety（CUMT）1945～1950：机械式锚杆的研究与应用。1950～1960：采矿业广泛采用机械式锚杆。1960～1970：发明了树脂药卷，引发锚杆技术的一次革命，树脂锚杆在矿山得到应用。1970～1980：发明管缝式锚杆、水力胀管式锚杆并应用，研究锚杆新的设计方法，长锚索产生。1980～1990：混合锚头锚杆、组合锚杆、桁架锚杆及各种特种锚杆得到应用，树脂锚固材料得到改进。2.4、锚杆支护的发展方向StateKeyLaboratoryofCoalResourcesandMineSafety（CUMT）煤巷锚杆支护的发展方向加快巷道掘进速度；减少巷道支护成本；提高锚杆支护的可靠性。方向：基于预应力的锚杆技术StateKeyLaboratoryofCoalResourcesandMineSafety（CUMT）锚杆长度和受力可确定。跨度较大和软弱岩层厚度过大时？3.1：悬吊理论3、锚杆支护理论StateKeyLaboratoryofCoalResourcesandMineSafety（CUMT）在顶板较破碎、连续性受到破坏时，组合梁也就不存在了。组合梁理论适用于层状顶板锚杆支护的设计，对于巷道的帮、底不适用。3.2：组合梁理论StateKeyLaboratoryofCoalResourcesandMineSafety（CUMT）3.3：压缩拱理论理论认为：安装锚杆后可形成一个承压拱。承压拱厚度和强度？StateKeyLaboratoryofCoalResourcesandMineSafety（CUMT）3.4：围岩强度强化理论理论提出的背景StateKeyLaboratoryofCoalResourcesandMineSafety（CUMT）（a）严格的分区（b）近似的分区井巷围岩状态的分区StateKeyLaboratoryofCoalResourcesandMineSafety（CUMT）锚杆作用围岩的属性StateKeyLaboratoryofCoalResourcesandMineSafety（CUMT）悬吊、组合梁、压缩拱理论是针对弹性状态的完整岩体。研究锚杆支护对围岩E、C、的改善也限于岩体破碎前的弹性状态。实际：煤巷围岩松软破碎，采动应力高；围岩塑性区、破碎区范围大，岩体处于峰后强度、残余强度状态。处于峰后强度和残余强度的破碎岩体，锚杆支护能否起作用？作用机理是什么？StateKeyLaboratoryofCoalResourcesandMineSafety（CUMT）锚杆的作用约束围岩的径向膨胀和横向剪切StateKeyLaboratoryofCoalResourcesandMineSafety（CUMT）锚固体C、随t的增加而提高锚杆支护强度t/MPa00.060.080.110.140.170.22等效内聚力C/MPa0.34660.35680.36260.36770.38280.37730.3869等效内摩擦角/°31.5131.5333.5135.5737.1438.840.4锚杆支护强度t/MPa00.060.080.110.140.170.22等效内聚力C*/MPa0.01680.01820.01830.01840.01860.01940.021等效内摩擦角*/°31.5131.5333.5135.5737.1438.840.4锚固体C*、*随t的增加而提高StateKeyLaboratoryofCoalResourcesandMineSafety（CUMT）锚杆支护作用的实质就是锚杆与围岩相互作用，组成锚固体，形成锚杆—围岩的共同承载结构，改善锚固体的力学参数，提高锚固体的强度，使岩体强度，特别是峰后强度和残余强度得到强化,充分发挥围岩的自承能力。理论的实质StateKeyLaboratoryofCoalResourcesandMineSafety（CUMT）3.5：预应力支护理论巷道受地应力影响StateKeyLaboratoryofCoalResourcesandMineSafety（CUMT）水平应力水平应力垂直应力水平应力水平应力垂直应力StateKeyLaboratoryofCoalResourcesandMineSafety（CUMT）集中端头锚固类全长锚固类机械锚固类机械锚固类粘结锚固类粘结锚固类涨壳式锚杆倒楔式锚杆钢丝绳砂浆锚杆微膨胀水泥锚杆木锚杆竹锚杆树脂锚杆水泥锚杆快硬水泥锚杆压缩木锚杆普通木锚杆管缝式锚杆水力膨胀式锚杆全长树脂锚杆全长水泥锚杆钢筋砂浆锚杆4.1：锚杆种类4、锚杆支护技术及体系StateKeyLaboratoryofCoalResourcesandMineSafety（CUMT）普通木锚杆结构1-杆体2-楔缝3-内楔块4-垫板5-外楔快32145木锚杆：分为普通木和压缩木锚杆。无预紧力，锚固力低，易腐烂，服务年限一般2～3年。普通木锚杆锚固力10kN～15kN；压缩木锚杆锚固力20kN左右。321456压缩木锚杆结构1-杆体2-楔缝3-内楔块4-垫板5-加固钢圈6-外楔快StateKeyLaboratoryofCoalResourcesandMineSafety（CUMT）竹锚杆：分为片竹锚杆和百夹竹锚杆两种。片竹锚杆：一般应用4根厚10mm、宽30-38mm的竹片，并应用22号铁丝箍成圆形。百夹竹锚杆：杆体选用直径20～25mm百夹竹，将杆体对破开经防腐处理后将竹心灌以1：2的水泥砂浆（两端留木楔长度），然后用铁丝捆扎而成。片竹锚杆结构1-竹片杆体2-铁丝箍3-垫板4-内楔块6-外楔快І-ІІІ1234