錨桿支護(hù)理論與工程實(shí)踐主要內(nèi)容

1   錨桿支護(hù)發(fā)展

2   錨桿支護(hù)理論

3   錨桿支護(hù)體系

4   錨桿支護(hù)巷道冒頂調(diào)查分析

5   設(shè)計方法

6   施工

7   監(jiān)測

1995年時國內(nèi)外狀況

國外

世界上最早使用錨桿并以錨桿作為唯一的煤礦頂板支護(hù)方式的國家。

美國最早開創(chuàng)性地使用錨桿可以追溯到本世紀(jì)30年代初，1943年開始有計劃有系統(tǒng)地使用錨桿。

1947年在原美國礦務(wù)局研究中心旨在減少頂板事故的努力下錨桿受到普遍歡迎。在不到2年的時間內(nèi)，錨桿在采礦工業(yè)中得到普及。

60年代末發(fā)明樹脂錨固劑，錨桿使用的相當(dāng)一部分比例都是以樹脂錨固劑全長膠結(jié)的形式。

在70年代末，美國首次將漲殼式錨頭與樹脂錨固劑聯(lián)合使用，使得錨桿具有很高的預(yù)拉力，錨桿的高預(yù)拉力可以達(dá)到桿體本身強(qiáng)度的50%～75%。

美國錨桿技術(shù)精髓－ “兩高一大”

支護(hù)領(lǐng)域的專業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化。

錨桿設(shè)計、制造、服務(wù)一體化。

錨桿等支護(hù)產(chǎn)品精細(xì)加工，而非材料消耗、廢品利用

 支護(hù)手段多樣化、多系列，以適應(yīng)各種不同的條件。

 高新技術(shù)用于錨桿設(shè)計。

1952年大規(guī)模使用機(jī)械式端部錨固錨桿（楔縫式、倒楔式、漲殼式），錨固力變化大、支護(hù)剛度小、可靠性差。但最終證明英國較軟弱的煤系地層不適宜用機(jī)械式錨桿。

到60年代中期，英國逐漸開始不使用錨桿支護(hù)技術(shù)。

1987年，由于煤礦虧損，煤礦私有化。英國煤炭公司參觀澳大利亞煤礦，引進(jìn)澳大利亞錨桿技術(shù)，在全行業(yè)重新推廣錨桿支護(hù)，煤礦開始盈利。

主要推廣全長樹脂錨固錨桿，強(qiáng)調(diào)錨桿強(qiáng)度要高。

其錨桿設(shè)計方法是將地質(zhì)調(diào)研、設(shè)計、施工、監(jiān)測、信息反饋等相互關(guān)聯(lián)、相互制約的各個部分作為一個系統(tǒng)工程進(jìn)行考察，使它們形成一個有機(jī)的整體，形成了錨桿支護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計方法。

自1932年發(fā)明Ｕ型鋼支架以來，主要采用Ｕ型鋼支架支護(hù)巷道，支護(hù)比重達(dá)到90%以上。

自80年代以來，由于采深加大，Ｕ型鋼支架支護(hù)費(fèi)用高，巷道維護(hù)日益困難，開始使用錨桿支護(hù)。

80年代初期，錨桿支護(hù)在魯爾礦區(qū)試驗成功。

國外錨桿支護(hù)的發(fā)展現(xiàn)狀—成功經(jīng)驗

采用高強(qiáng)度、超高強(qiáng)度材料制造錨桿，加工精細(xì)，將錨桿作為產(chǎn)品、實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化、商品化，而不是簡單的支護(hù)材料，并形成適用于不同條件的系列化產(chǎn)品。

形成一整套比較科學(xué)的設(shè)計方法，以巷道圍巖地質(zhì)力學(xué)評估及井下實(shí)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，強(qiáng)調(diào)最大水平應(yīng)力在巷道布置與支護(hù)參數(shù)設(shè)計上的應(yīng)用。

采用可靠的監(jiān)測手段，大力推廣應(yīng)用頂板光纖窺視儀、頂板離層指示儀、圍巖深部多點(diǎn)位移計、測力錨桿等監(jiān)測儀器。

堅持科學(xué)管理，嚴(yán)格質(zhì)量監(jiān)測，形成了從理論到實(shí)踐的完善的錨桿支護(hù)技術(shù)體系。

有比較可靠的配套機(jī)具，采用掘錨一體化聯(lián)合掘進(jìn)機(jī)或性能良好的單體錨桿鉆機(jī)，滿足施工要求，并能實(shí)現(xiàn)快速掘進(jìn)。

國內(nèi)支護(hù)發(fā)展

     2個階段：以1995年引進(jìn)澳大利亞錨桿支護(hù)技術(shù)為分界點(diǎn)。（之前機(jī)械錨固、鋼絲繩砂漿錨桿以及開發(fā)研制的快硬水泥錨桿；之后高強(qiáng)度樹脂錨固錨桿）

    錨桿支護(hù)理論、錨桿支護(hù)設(shè)計方法、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、錨固劑及錨固方式、監(jiān)測技術(shù)等均發(fā)生了變化。

美國、澳大利亞接近100%，英國80%，美國錨桿支護(hù)為巷道頂板的唯一支護(hù)方式。

我國1995年時約15.15%，目前約50%。

3.1  錨桿的結(jié)構(gòu)類型

1）鋼筋或鋼絲繩砂漿錨桿

⑴鋼筋砂漿錨桿

⑵鋼絲繩砂漿錨桿

     鋼筋或鋼絲繩砂漿錨桿

是全長錨固型錨桿。設(shè)計

錨固為為30～50KN。

2）全屬倒楔式錨桿

        由桿體、固定楔、活動倒楔、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。

3） 楔縫式錨桿

4） 脹殼式錨桿

  脹殼式錨桿：靠錐形螺帽前移迫使脹殼向左右張開、楔嵌入孔壁。錨桿結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，對圍巖能及時支護(hù)。錨固力一般為50～100kN?？苫厥?。

5 ）兩瓣漲圈式錨桿

6）樹脂錨桿

       

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

和桿體組成。

      

7 ）注漿錨桿

 8）快硬膨脹水泥錨桿

9）管縫式錨桿

   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2～3mm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。

  對地層橫向錯動，有良好適應(yīng)能力，鉆孔變彎曲，錨固得更牢。  

 10）可伸縮式錨桿

4 錨桿支護(hù)巷道冒頂調(diào)查分析（參考賈明魁博士學(xué)位論文）

4 錨桿支護(hù)巷道冒頂調(diào)查分析（參考賈明魁博士學(xué)位論文）

18個礦區(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

（1）巖層組合劣化型

 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)計時的4.4m變?yōu)槊绊敃r的6.3m, 超過了設(shè)計的 錨索長度(5m)

共發(fā)生48起，占總事故數(shù)的29.63%。

（1）巖層組合劣化型

 穩(wěn)定巖層變薄

冒頂原因:9＃與10＃煤層間設(shè)計時粉砂巖厚7～9m變?yōu)槊奥鋾r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%。

（1）巖層組合劣化型

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

（2）巖層結(jié)構(gòu)缺陷型

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％ 。

（2）巖層結(jié)構(gòu)缺陷型

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% 。

（2）巖層結(jié)構(gòu)缺陷型

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（20～30）×(2.8～3.2)×（0.8～2.5）m

此類事故共有7起，占總事故數(shù)的4.32％ 。

（2）巖層結(jié)構(gòu)缺陷型

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%

（3）應(yīng)力突變

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)的6.2％

（4）施工不良型

此類原因造成的頂板事故收集到3起

冒頂事故分類

多發(fā)地點(diǎn)

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