1、1第八章第八章 巷道支护巷道支护第二节第二节 锚杆支护锚杆支护2 22022-6-15 一、锚杆支护技术发展一、锚杆支护技术发展 （一）支护发展的过程（一）支护发展的过程 1945 194519501950：机械式锚杆的研究与应用。机械式锚杆的研究与应用。 1950 195019601960：广泛采用机械式锚杆，开始对锚广泛采用机械式锚杆，开始对锚杆进行系统研究。杆进行系统研究。 1960196019701970：发明了树脂药卷，引发锚杆技术发明了树脂药卷，引发锚杆技术的一次革命。的一次革命。 1970197019801980：发明管缝式、水力涨管式锚杆，发明管缝式、水力涨管式锚杆，研究新的锚
2、杆设计方法，长锚索产生。研究新的锚杆设计方法，长锚索产生。 1980198019901990：混合锚头锚杆、组合锚杆、桁架混合锚头锚杆、组合锚杆、桁架3 32022-6-15锚杆、各种特种锚杆得到应用，树脂锚固材料得到锚杆、各种特种锚杆得到应用，树脂锚固材料得到改进。改进。 （二）锚杆支护技术在国外的应用（二）锚杆支护技术在国外的应用 1. 1.美国美国 美国作为世界上第二采煤大国，锚杆支护技术美国作为世界上第二采煤大国，锚杆支护技术是最先进的，美国锚杆支护技术至今已有一百多年是最先进的，美国锚杆支护技术至今已有一百多年的发展历史，但锚杆支护技术的广泛应用，仅是近的发展历史，但锚杆支护技术的广
3、泛应用，仅是近五、六十年的时间，现在美国矿井的锚杆支护率为五、六十年的时间，现在美国矿井的锚杆支护率为100100。美国每年锚杆使用量在。美国每年锚杆使用量在80008000万套以上，每年万套以上，每年有有2.52.5万万kmkm的煤巷使用锚杆支护。的煤巷使用锚杆支护。 4 42022-6-15 美国在复杂的地质条件下美国在复杂的地质条件下成功使用锚杆的经验成功使用锚杆的经验是采用高预应力、高强度锚杆，对巷道顶板采取积是采用高预应力、高强度锚杆，对巷道顶板采取积极主动的支护，极大地提高了巷道围岩的自承载能极主动的支护，极大地提高了巷道围岩的自承载能力和巷道的稳定性，减少了锚杆数量、提高了巷道力
4、和巷道的稳定性，减少了锚杆数量、提高了巷道掘进速度、降低了巷道的支护成本。掘进速度、降低了巷道的支护成本。 美国巷道支护理念：美国巷道支护理念：锚杆、锚索是支护结构的锚杆、锚索是支护结构的主体，为了充分实现锚杆主动支护的效果，通过提主体，为了充分实现锚杆主动支护的效果，通过提高锚杆预应力去主动加固受掘进破岩影响的松动围高锚杆预应力去主动加固受掘进破岩影响的松动围岩，以提高围岩的自身承载能力，控制松动圈的扩岩，以提高围岩的自身承载能力，控制松动圈的扩展。现矿井喷射的混凝土，由于受巷道初始成型的展。现矿井喷射的混凝土，由于受巷道初始成型的5 52022-6-15影响，混凝土喷层厚度很不均匀，现混凝
5、土喷层主影响，混凝土喷层厚度很不均匀，现混凝土喷层主要作用是封闭围岩，防止围岩风化，保证围岩的长要作用是封闭围岩，防止围岩风化，保证围岩的长期强度。期强度。 2. 2.澳大利亚澳大利亚 澳大利亚作为第三大采煤国，也几乎全部采用澳大利亚作为第三大采煤国，也几乎全部采用锚网支护。锚网支护。 国外发达国家锚网支护的特点：国外发达国家锚网支护的特点：(1)(1)单体锚杆强单体锚杆强度大；度大；(2)(2)锚杆安装应力大；锚杆安装应力大；(3)(3)间排距大；间排距大；(4)(4)锚网锚网支护效率高，支护效果良好。支护效率高，支护效果良好。 （三）锚杆支护技术在我国的应用（三）锚杆支护技术在我国的应用6
6、 62022-6-15 1. 1.应用的情况应用的情况 我国建有煤矿的历史以来，煤矿巷道支护经历我国建有煤矿的历史以来，煤矿巷道支护经历了了木支护、砌碹支护、型钢支护、锚杆支护、喷射木支护、砌碹支护、型钢支护、锚杆支护、喷射砼支护到锚喷支护砼支护到锚喷支护的漫长过程。自的漫长过程。自5050年代以来，锚年代以来，锚杆支护技术在我国得到了逐步应用，特别是进入杆支护技术在我国得到了逐步应用，特别是进入9090年代，许多矿井改变传统的棚式和砌体支护的理念，年代，许多矿井改变传统的棚式和砌体支护的理念，开始试用推广锚网支护，大量的实践验证了锚网支开始试用推广锚网支护，大量的实践验证了锚网支护安全、高效
7、、经济的优势。护安全、高效、经济的优势。 与棚式支护相比，与棚式支护相比，锚杆支护显著提高了巷道支锚杆支护显著提高了巷道支护效果，降低了巷道支护成本，减轻了工人劳动强护效果，降低了巷道支护成本，减轻了工人劳动强7 72022-6-15度。更重要的是锚杆支护大大简化了采煤工作面端度。更重要的是锚杆支护大大简化了采煤工作面端头支护和超前支护工艺，改善了作业环境，保证了头支护和超前支护工艺，改善了作业环境，保证了安全生产，为采煤工作面的快速推进创造了良好条安全生产，为采煤工作面的快速推进创造了良好条件。件。 我国煤矿锚杆支护首先在岩巷中应用成功，并我国煤矿锚杆支护首先在岩巷中应用成功，并在岩巷中大力
8、推广应用，与光面爆破技术结合，形在岩巷中大力推广应用，与光面爆破技术结合，形成了具有我国特色的光爆锚喷技术，在岩巷中的应成了具有我国特色的光爆锚喷技术，在岩巷中的应用比例已达用比例已达80%80%以上。以上。 原煤炭工业部原煤炭工业部19951995年提出年提出：“煤巷锚杆支护是煤巷锚杆支护是我国煤矿继综合机械化采煤之后的第二次支护技术我国煤矿继综合机械化采煤之后的第二次支护技术8 82022-6-15革命革命”，并将并将“煤矿锚杆支护技术煤矿锚杆支护技术”列为煤炭工业列为煤炭工业“九五九五”重点科技攻关项目的五个项目之一，在攻重点科技攻关项目的五个项目之一，在攻关研究的基础上，在煤矿中大力推
9、广煤巷锚杆支护关研究的基础上，在煤矿中大力推广煤巷锚杆支护技术。经过科技攻关，以高强度螺纹钢锚杆加长或技术。经过科技攻关，以高强度螺纹钢锚杆加长或全长树脂锚固，动态支护设计方法，小孔径树脂锚全长树脂锚固，动态支护设计方法，小孔径树脂锚固预应力锚索等为代表的固预应力锚索等为代表的新技术、新材料、新方法新技术、新材料、新方法得到广泛认可。同时，应用于软岩、动压巷道、煤得到广泛认可。同时，应用于软岩、动压巷道、煤巷中及复合与破碎顶板巷道等困难条件，也获得良巷中及复合与破碎顶板巷道等困难条件，也获得良好的支护效果和技术经济效益。好的支护效果和技术经济效益。 目前，锚杆支护技术已得到普遍应用，是煤矿目前
10、，锚杆支护技术已得到普遍应用，是煤矿9 92022-6-15实现安全、高产、高效生产必不可少的关键技术之实现安全、高产、高效生产必不可少的关键技术之一。但是煤矿锚网支护作为一种一。但是煤矿锚网支护作为一种主动支护方式主动支护方式，要，要达到理想的支护效果，在达到理想的支护效果，在技术细节上尚未完全解决。技术细节上尚未完全解决。如如锚杆组件、锚杆结构、锚杆施工安装机具和锚杆锚杆组件、锚杆结构、锚杆施工安装机具和锚杆与其它支护结构的耦合与其它支护结构的耦合问题等。问题等。 2. 2.我国现有锚杆支护存在的不足我国现有锚杆支护存在的不足 锚杆支护设计主要依靠现场经验，设计理论锚杆支护设计主要依靠现场
11、经验，设计理论依据有待完善和补充。依据有待完善和补充。 各类巷道锚杆千篇一律；很多设计单位只是各类巷道锚杆千篇一律；很多设计单位只是笼统选择了锚杆直径和长度。但是不同的锚杆结构笼统选择了锚杆直径和长度。但是不同的锚杆结构10102022-6-15和施工工艺会很大的效果差别。和施工工艺会很大的效果差别。 没有考虑地应力大小、方向、比值的影响。没有考虑地应力大小、方向、比值的影响。 没有进行地质力学分析和巷道压力显现与锚没有进行地质力学分析和巷道压力显现与锚杆支护参数的匹配关系分析与选择，所以提出的支杆支护参数的匹配关系分析与选择，所以提出的支护方案很难适应地质条件的变化，不能实现量体裁护方案很难
12、适应地质条件的变化，不能实现量体裁衣、对症下药。衣、对症下药。 单根锚杆强度低、预紧力低、可靠性低、间单根锚杆强度低、预紧力低、可靠性低、间排距小排距小( (单体锚杆钻机推力小单体锚杆钻机推力小( (小于小于0.5t)0.5t)、扭距小、扭距小( (小于小于160Nm)160Nm)，锚杆基本上没有预应力，锚杆基本上没有预应力) )； 锚杆消耗量大、施工速度慢、工效低、费用锚杆消耗量大、施工速度慢、工效低、费用11112022-6-15高、安全性较低。高、安全性较低。 （四）国内外锚杆支护技术对比（四）国内外锚杆支护技术对比 如表如表8-58-5所示。所示。比较项目比较项目中中 国国美、澳、英美
13、、澳、英锚杆材料强度（锚杆材料强度（MPaMPa）235235、335335、500500450450、500500、600600、700700锚杆锚固力（锚杆锚固力（t t）5 515152020锚杆直径（锚杆直径（mmmm）1616222220202222锚杆间排距（锚杆间排距（m m）0.70.70.90.91.01.01.21.2锚杆长度（锚杆长度（m m）1.61.62.42.42.22.22.62.6锚杆安装应力（锚杆安装应力（t t）0 04 44 48 8表表8-5 8-5 国内外锚杆支护技术对比国内外锚杆支护技术对比12122022-6-15 二、锚杆的结构类型二、锚杆的结构
14、类型 锚杆支护材料经历了低强度、高强度到高预应锚杆支护材料经历了低强度、高强度到高预应力、强力支护的发展过程。金属杆体从圆钢、建筑力、强力支护的发展过程。金属杆体从圆钢、建筑螺纹钢，发展到煤矿锚杆专用钢材螺纹钢，发展到煤矿锚杆专用钢材左旋无纵筋螺左旋无纵筋螺纹钢；锚固方式从机械锚固、水泥药卷锚固，发展纹钢；锚固方式从机械锚固、水泥药卷锚固，发展到树脂锚固；总之，锚杆支护材料向高强度、高刚到树脂锚固；总之，锚杆支护材料向高强度、高刚度与高可靠性方向发展，以确保巷道支护效果与安度与高可靠性方向发展，以确保巷道支护效果与安全程度，为采煤工作面快速推进与产量提高创造有全程度，为采煤工作面快速推进与产量
15、提高创造有利条件。利条件。 （一）锚杆分类（一）锚杆分类 13132022-6-15 1. 1.按锚固方式分类按锚固方式分类 按锚固方式分类，可分为按锚固方式分类，可分为机械式、粘结式及混机械式、粘结式及混合式。合式。 机械式锚固锚杆，机械式锚固锚杆，其锚固装置或杆体与钻孔孔其锚固装置或杆体与钻孔孔壁接触，靠摩擦力提供锚固力。用锚固装置提供锚壁接触，靠摩擦力提供锚固力。用锚固装置提供锚固力的机械式锚杆分楔缝式、倒楔式和涨壳式等；固力的机械式锚杆分楔缝式、倒楔式和涨壳式等；靠杆体摩擦提供锚固力的锚杆分为管缝式和水力膨靠杆体摩擦提供锚固力的锚杆分为管缝式和水力膨胀式。胀式。 黏结式锚固锚杆，黏结式
16、锚固锚杆，其杆体部分或全长采用树脂、其杆体部分或全长采用树脂、水泥等胶结材料，将杆体与钻孔孔壁黏结在一起，水泥等胶结材料，将杆体与钻孔孔壁黏结在一起，14142022-6-15以胶结材料的黏结力提供锚固力。黏结式锚固锚杆以胶结材料的黏结力提供锚固力。黏结式锚固锚杆分为水泥、水泥砂浆、树脂等类型。分为水泥、水泥砂浆、树脂等类型。 混合式锚固锚杆，混合式锚固锚杆，两种或两种以上的锚固方式两种或两种以上的锚固方式混合使用，如涨壳式端部锚固与树脂全长锚固相结混合使用，如涨壳式端部锚固与树脂全长锚固相结合使用，不仅能在锚杆安装后立即施加较大的预紧合使用，不仅能在锚杆安装后立即施加较大的预紧力，而且可实现
17、全长锚固。力，而且可实现全长锚固。 其主要类型如图其主要类型如图8-178-17所示。各自的优缺点见表所示。各自的优缺点见表8-68-6。 2.2.按锚固长度分类按锚固长度分类 按锚固长度分类，可分为端部锚固、全长锚固按锚固长度分类，可分为端部锚固、全长锚固15152022-6-15全长锚固类全长锚固类锚杆类型锚杆类型集集中端头锚固类中端头锚固类机械锚固型机械锚固型粘结锚固型粘结锚固型机械锚固型机械锚固型粘结锚固型粘结锚固型钢钢筋筋砂砂浆浆锚锚杆杆全全长长水水泥泥锚锚杆杆钢钢丝丝绳绳砂砂浆浆锚锚杆杆全全长长树树脂脂锚锚杆杆快快硬硬水水泥泥锚锚杆杆管管缝缝式式锚锚杆杆普普通通木木锚锚杆杆水水力力
18、膨膨胀胀式式锚锚杆杆压压缩缩木木锚锚杆杆涨涨壳壳式式锚锚杆杆木木锚锚杆杆微微膨膨胀胀水水泥泥锚锚杆杆竹竹锚锚杆杆倒倒楔楔式式锚锚杆杆树树脂脂锚锚杆杆水水泥泥锚锚杆杆 图图8-17 8-17 锚杆类型的划分锚杆类型的划分 16 表表8-6 8-6 各种类型锚杆的主要优缺点各种类型锚杆的主要优缺点锚锚 杆杆 类类 型型优优 点点缺缺 点点端头锚固类端头锚固类机械锚固型机械锚固型安装迅速，及时承载安装迅速，及时承载对深部围岩强度要求高对深部围岩强度要求高黏结锚固型黏结锚固型易加工，制造简单易加工，制造简单对深部围岩强度要求一般对深部围岩强度要求一般全长锚固类全长锚固类机械锚固型机械锚固型易安装，及时
19、承载易安装，及时承载易腐蚀，锚固强度易衰减易腐蚀，锚固强度易衰减和丧失和丧失黏结锚固型黏结锚固型适用范围广，树脂锚固剂适用范围广，树脂锚固剂承载速度快。锚固力大承载速度快。锚固力大树脂锚锚杆成本高，树脂树脂锚锚杆成本高，树脂易燃有毒易燃有毒2022-6-1516与加长锚固。与加长锚固。 端部锚固锚杆端部锚固锚杆的锚固长度不大于的锚固长度不大于500mm500mm或锚杆钻或锚杆钻孔深度的孔深度的1313，各种用锚固装置提供锚固力的机械，各种用锚固装置提供锚固力的机械式锚杆大多属于端部锚固锚杆；圆钢水泥、树脂锚式锚杆大多属于端部锚固锚杆；圆钢水泥、树脂锚17172022-6-15杆也以端部锚固为主
20、。杆也以端部锚固为主。 全长锚固锚杆全长锚固锚杆的锚固长度大小于锚杆钻孔深度的锚固长度大小于锚杆钻孔深度的的90%90%。管缝式和水力膨胀式锚杆属于机械式全长锚。管缝式和水力膨胀式锚杆属于机械式全长锚固锚杆；水泥、水泥砂浆、树脂锚固剂也可实现全固锚杆；水泥、水泥砂浆、树脂锚固剂也可实现全长锚固。长锚固。 加长锚固锚杆加长锚固锚杆的锚固长度介于端部锚固与全长的锚固长度介于端部锚固与全长锚固之间。如加长锚固的螺纹钢锚杆，既能保证锚锚固之间。如加长锚固的螺纹钢锚杆，既能保证锚杆锚固力，又能节约一定的锚固材料，得到大量的杆锚固力，又能节约一定的锚固材料，得到大量的推广应用。推广应用。 3. 3.按锚杆
21、杆体种类与材质分类按锚杆杆体种类与材质分类18182022-6-15按锚杆杆体种类与材质分类，如图按锚杆杆体种类与材质分类，如图8-188-18所示。所示。 按照杆体材质按照杆体材质可划分为金属锚杆、非金属锚杆可划分为金属锚杆、非金属锚杆及复合型锚杆。金属杆体锚杆有圆钢锚杆、螺纹钢及复合型锚杆。金属杆体锚杆有圆钢锚杆、螺纹钢锚杆、管式锚杆及柔性锚杆；非金属锚杆有木锚杆、锚杆、管式锚杆及柔性锚杆；非金属锚杆有木锚杆、竹锚杆及玻璃钢锚杆等，又属于可切割锚杆；复合竹锚杆及玻璃钢锚杆等，又属于可切割锚杆；复合型锚杆杆体由金属和非金属材料复合而成，如尾部型锚杆杆体由金属和非金属材料复合而成，如尾部带金属
22、螺纹段的复合玻璃钢锚杆。带金属螺纹段的复合玻璃钢锚杆。 按照杆体截面形状按照杆体截面形状可划分为实心杆体与管式杆可划分为实心杆体与管式杆体。体。 按照杆体表面形状按照杆体表面形状分为光圆杆体、螺纹杆体及分为光圆杆体、螺纹杆体及19金属锚杆金属锚杆锚杆杆体锚杆杆体可切割锚杆可切割锚杆螺螺纹纹钢钢锚锚杆杆圆圆钢钢锚锚杆杆管管式式锚锚杆杆柔柔性性锚锚杆杆木木锚锚锚锚杆杆玻玻璃璃钢钢锚锚杆杆竹竹锚锚锚锚杆杆右右旋旋锚锚杆杆交交叉叉锚锚杆杆左左旋旋锚锚杆杆水水力力膨膨胀胀式式锚锚杆杆注注浆浆锚锚杆杆管管缝缝式式锚锚杆杆粗粗糙糙表表面面杆杆体体全全螺螺纹纹杆杆体体光光圆圆杆杆体体2022-6-1519 图
23、图8-18 8-18 锚杆杆体分类锚杆杆体分类20202022-6-15粗糙表面杆体等。粗糙表面杆体等。 按照锚杆杆体的刚度按照锚杆杆体的刚度可划分为刚性锚杆和柔性可划分为刚性锚杆和柔性锚杆。锚杆。 按照锚杆杆体的强度按照锚杆杆体的强度可划分为可划分为低强度锚杆、中低强度锚杆、中等强度锚杆、高强度锚杆和强力锚杆。等强度锚杆、高强度锚杆和强力锚杆。低强度锚杆低强度锚杆主要指圆钢锚杆，屈服强度小于主要指圆钢锚杆，屈服强度小于300Mpa300Mpa；中等强度；中等强度锚杆屈服强度介于锚杆屈服强度介于300300400MPa400MPa，通常采用建筑螺纹，通常采用建筑螺纹钢的材料（钢的材料（20Mn
24、Si20MnSi）制成；高强度锚杆屈服强度介）制成；高强度锚杆屈服强度介于于400400600MPa600MPa；强力锚杆屈服强度不小于；强力锚杆屈服强度不小于600MPa600MPa，拉断载荷在拉断载荷在300kN300kN以上。以上。212022-6-1521 （二）锚杆类型简述（二）锚杆类型简述 下面介绍几种常用锚杆的结构型式与特点：下面介绍几种常用锚杆的结构型式与特点： 1. 1.砂浆锚杆砂浆锚杆 (1)(1)钢筋砂浆锚杆钢筋砂浆锚杆 钢筋砂浆锚杆，是先在锚杆孔内注满水泥砂浆，钢筋砂浆锚杆，是先在锚杆孔内注满水泥砂浆，然后插入钢筋而成，它利用砂浆与钢筋、砂浆与孔然后插入钢筋而成，它利用
25、砂浆与钢筋、砂浆与孔壁的粘结力锚固岩层，如图壁的粘结力锚固岩层，如图8-19(a)8-19(a)所示。杆体材料所示。杆体材料宜用宜用2020锰硅、锰硅、2525锰硅或锰硅或5 5号钢筋，亦可采用号钢筋，亦可采用3 3号钢筋。号钢筋。杆体钢筋直径一般为杆体钢筋直径一般为141422mm22mm，砂浆用，砂浆用325325号、号、425425号普通硅酸盐水泥、粒径小于号普通硅酸盐水泥、粒径小于3mm3mm的中细砂加水的中细砂加水22 图图8-19 8-19 砂浆锚杆砂浆锚杆(a)(a)钢筋砂浆锚杆；钢筋砂浆锚杆；(b)(b)钢丝绳砂浆锚杆钢丝绳砂浆锚杆(a)(b)2022-6-1522232022
26、-6-1523拌和而成，常用的配合比为，水泥：砂拌和而成，常用的配合比为，水泥：砂= 1:(2= 1:(23)3)，水灰比为水灰比为0.380.380.420.42。 （2)2)钢丝绳砂浆锚杆钢丝绳砂浆锚杆 钢丝绳砂浆锚杆，如图钢丝绳砂浆锚杆，如图8-19(b)8-19(b)所示。是利用直所示。是利用直径径101014mm14mm的废旧钢丝绳代替钢筋插入锚杆孔内注的废旧钢丝绳代替钢筋插入锚杆孔内注入砂浆而成。废旧丝绳在使用前要经过截断、火烧、入砂浆而成。废旧丝绳在使用前要经过截断、火烧、破股、除锈和平直等工序处理。破股、除锈和平直等工序处理。 钢筋和钢丝绳砂浆锚杆是全长锚固型锚杆，设钢筋和钢丝
27、绳砂浆锚杆是全长锚固型锚杆，设计锚固力为计锚固力为303050kN50kN。它结构简单，加工方便，成。它结构简单，加工方便，成本较底，应用较广。但不能立即承载，不能回收复本较底，应用较广。但不能立即承载，不能回收复242022-6-1524 2. 2.木锚杆和竹锚杆木锚杆和竹锚杆 (1)(1)木锚杆木锚杆 木锚杆包括普通木锚杆和压缩木锚杆，普通木木锚杆包括普通木锚杆和压缩木锚杆，普通木锚杆如图锚杆如图8-20(a)8-20(a)所示。杆体直径一般为所示。杆体直径一般为38mm38mm，长，长120012001800mm1800mm。锚杆安装到位后，一般在孔口的锤。锚杆安装到位后，一般在孔口的锤
28、击作用下，内楔块劈进锚杆体杆端的楔缝，使杆体击作用下，内楔块劈进锚杆体杆端的楔缝，使杆体楔缝两翼与围岩钻孔孔壁挤紧，产生锚固力，然后楔缝两翼与围岩钻孔孔壁挤紧，产生锚固力，然后放好垫板，再将外楔块插入锚杆体杆尾楔缝，并用放好垫板，再将外楔块插入锚杆体杆尾楔缝，并用锤打楔块，将锚杆固定，实现对围岩的支护作用。锤打楔块，将锚杆固定，实现对围岩的支护作用。 木锚杆结构简单，易加工，成本低，施工安装木锚杆结构简单，易加工，成本低，施工安装25图图8-20 8-20 木锚杆结构木锚杆结构(a)(a)普通木锚杆；普通木锚杆； (b)(b)压缩木锚杆压缩木锚杆1-1-杆体；杆体；2-2-楔缝；楔缝；3-3-
29、内楔块；内楔块；4-4-垫板；垫板；5-5-外楔块；外楔块；6-6-加固钢圈加固钢圈(a)(a)(b)(b)2022-6-1525262022-6-1526方便，但锚杆强度和锚固力较低，一般锚固力在方便，但锚杆强度和锚固力较低，一般锚固力在10kN10kN左右。对锚杆不作防腐处理的，服务年限在左右。对锚杆不作防腐处理的，服务年限在1 1年年左右。左右。 压缩木锚杆如图压缩木锚杆如图8-20(b)8-20(b)所示。直径一般为所示。直径一般为38mm38mm，长长153015301753mm1753mm。锚杆安装后，能吸收水分，使杆。锚杆安装后，能吸收水分，使杆体膨胀，而充满整个锚杆孔，实现全长
30、锚固，锚固体膨胀，而充满整个锚杆孔，实现全长锚固，锚固力力20kN20kN左右。左右。 (2)(2)竹锚杆竹锚杆 竹锚杆包括片竹锚杆和百夹竹锚杆，如图竹锚杆包括片竹锚杆和百夹竹锚杆，如图8-218-21所示。竹锚杆是用所示。竹锚杆是用2222号铅丝将竹片箍成圆形杆体，号铅丝将竹片箍成圆形杆体，272022-6-1527两端至铁箍距离稍大于楔子长度，楔子与垫板均用两端至铁箍距离稍大于楔子长度，楔子与垫板均用木材制作。片竹锚杆锚固力不够稳定，锚固力略低木材制作。片竹锚杆锚固力不够稳定，锚固力略低于普通木锚杆。于普通木锚杆。 在盛产竹材的地区充分利用当地资源，以竹代在盛产竹材的地区充分利用当地资源，
31、以竹代木，可大大降低成本。木，可大大降低成本。图图8-21 8-21 竹锚杆结构图竹锚杆结构图1-1-杆体；杆体；2-2-铁丝箍；铁丝箍；3-3-垫板；垫板；4-4-内楔；内楔；5-5-外楔外楔28282022-6-15 3. 3.普通圆钢黏结式锚杆普通圆钢黏结式锚杆 普通圆钢黏结式锚杆是我国煤矿曾经广泛使用普通圆钢黏结式锚杆是我国煤矿曾经广泛使用的锚杆型式。目前，一些巷道围岩条件比较简单的的锚杆型式。目前，一些巷道围岩条件比较简单的矿区仍在使用。这种锚杆一般采用端部锚固，按照矿区仍在使用。这种锚杆一般采用端部锚固，按照粘结剂划分为水泥锚固与树脂锚固。粘结剂划分为水泥锚固与树脂锚固。 (1)(
32、1)水泥锚固锚杆水泥锚固锚杆 圆钢水泥锚固锚杆由圆钢水泥锚固锚杆由杆体、快硬水泥药卷、托杆体、快硬水泥药卷、托板和螺母组成。板和螺母组成。杆体由普通圆钢制成，尾部加工成杆体由普通圆钢制成，尾部加工成螺纹，端部制成不同形式的锚固结构。杆体直径为螺纹，端部制成不同形式的锚固结构。杆体直径为141422mm22mm，大多在，大多在161620mm20mm。29292022-6-15 圆钢水泥锚杆的水泥药卷是以普通硅酸盐水泥圆钢水泥锚杆的水泥药卷是以普通硅酸盐水泥等为基材掺一外加剂的混合物，或单一特种水泥，等为基材掺一外加剂的混合物，或单一特种水泥，按一定规格包上特种透水纸而呈长条状，浸水后经按一定规
33、格包上特种透水纸而呈长条状，浸水后经水化作用能迅速产生强力锚固作用的水硬性胶凝材水化作用能迅速产生强力锚固作用的水硬性胶凝材料。水泥锚杆可端部锚固，也可全长锚固。水泥锚料。水泥锚杆可端部锚固，也可全长锚固。水泥锚杆具有杆具有锚固快、安装简便、价格低廉锚固快、安装简便、价格低廉等优点，因此等优点，因此在过去的一段时间内得到比较广泛的应用。在过去的一段时间内得到比较广泛的应用。 快硬水泥药卷的浸水操作比较困难。因此，水快硬水泥药卷的浸水操作比较困难。因此，水泥药卷锚固剂的用量越来越少，泥药卷锚固剂的用量越来越少，逐步被淘汰。逐步被淘汰。 (2) (2)树脂锚固锚杆树脂锚固锚杆30302022-6-
34、15 圆钢树脂锚杆由圆钢树脂锚杆由杆体、树脂药卷、托板和螺母杆体、树脂药卷、托板和螺母等组成，等组成，锚固形式为端部锚固，如图锚固形式为端部锚固，如图8-228-22所示。杆所示。杆体端部压扁并拧成反麻花状，以搅拌树脂药卷和提体端部压扁并拧成反麻花状，以搅拌树脂药卷和提高锚固力。杆体端部设置挡圈，防止树脂锚固剂外高锚固力。杆体端部设置挡圈，防止树脂锚固剂外流，并起压紧作用。杆体尾部加工螺纹，安装托板流，并起压紧作用。杆体尾部加工螺纹，安装托板和螺母。和螺母。 圆钢树脂锚杆长度一般在圆钢树脂锚杆长度一般在1.41.42.4m2.4m之间，大多之间，大多为为1.61.62.0m2.0m；杆体直径为
35、；杆体直径为141422mm22mm，大多在，大多在161620mm20mm，杆体力学性能见表，杆体力学性能见表6-106-10。 普通圆钢黏结式锚杆的用量越来越少。除一些普通圆钢黏结式锚杆的用量越来越少。除一些31图图8-22 8-22 普通树脂锚杆及药包示意图普通树脂锚杆及药包示意图1-1-树脂、加速剂与填料；树脂、加速剂与填料；2-2-固化剂和填料；固化剂和填料；3-3-玻璃管；玻璃管；4-4-玻璃纸或聚酯薄膜外袋；玻璃纸或聚酯薄膜外袋；5-5-杆尾左旋麻花；杆尾左旋麻花；6-6-挡圈挡圈2022-6-153132322022-6-15地质条件简单的矿区使用外，地质条件简单的矿区使用外，
36、该种锚杆已逐步淘汰。该种锚杆已逐步淘汰。 4. 4.摩擦锚固锚杆摩擦锚固锚杆 摩擦锚固锚杆有摩擦锚固锚杆有管缝式、水力膨胀式锚杆管缝式、水力膨胀式锚杆等，等，其中管缝式锚杆用量较大。其中管缝式锚杆用量较大。 (1)(1)管缝式锚杆管缝式锚杆 管缝式锚杆的杆体由高强度、高弹性钢管或管缝式锚杆的杆体由高强度、高弹性钢管或1616锰、锰、2020猛硅等低合金钢薄钢板卷制而成，沿全长纵猛硅等低合金钢薄钢板卷制而成，沿全长纵向开缝。杆体端部做成锥形，以便安装；尾部焊有向开缝。杆体端部做成锥形，以便安装；尾部焊有一个用一个用668mm8mm的钢筋挡环，用以压紧托板。其结的钢筋挡环，用以压紧托板。其结构如图
37、构如图8-238-23所示。锚杆杆体直径为所示。锚杆杆体直径为303045mm45mm，杆体，杆体33图图8-23 8-23 管缝式锚杆管缝式锚杆1-1-杆体；杆体；2-2-托板；托板；3-3-挡圈挡圈2022-6-153334342022-6-15直径比钻孔直径大直径比钻孔直径大1 13mm3mm。壁厚一般为。壁厚一般为2 23mm3mm，开，开缝宽度缝宽度101015mm15mm，长度根据需要加工，一般为，长度根据需要加工，一般为1.61.62.0m2.0m。托板宜采用盆形，板厚不应小于。托板宜采用盆形，板厚不应小于4mm4mm，面积不，面积不小于小于120mm120mm120mm120m
38、m。 因管缝式锚杆管径大于孔径，需用风钻（需装因管缝式锚杆管径大于孔径，需用风钻（需装特制顶具）或其他专用机具强行将杆体挤入钻孔。特制顶具）或其他专用机具强行将杆体挤入钻孔。当管缝锚杆杆体被压人钻孔后，开缝钢管被压缩，当管缝锚杆杆体被压人钻孔后，开缝钢管被压缩，钢管外壁与钻孔孔壁挤紧，产生沿钢管全长的径向钢管外壁与钻孔孔壁挤紧，产生沿钢管全长的径向压应力和轴向摩擦力，在围岩中产生压应力场，阻压应力和轴向摩擦力，在围岩中产生压应力场，阻止围岩变形。管缝式锚杆的锚固力可达止围岩变形。管缝式锚杆的锚固力可达505080kN80kN。35352022-6-15 管缝锚杆的主要管缝锚杆的主要优点优点是全
39、长锚固，安装后立即是全长锚固，安装后立即给钻孔孔壁提供压应力，锚固力随围岩变形的加大给钻孔孔壁提供压应力，锚固力随围岩变形的加大而逐渐增加。由于这些优点，管缝锚杆在一段时间而逐渐增加。由于这些优点，管缝锚杆在一段时间内得到较为广泛的应用，目前在岩石巷道中仍在采内得到较为广泛的应用，目前在岩石巷道中仍在采用。但是，管缝锚杆存在以下用。但是，管缝锚杆存在以下弊端：弊端： 管缝锚杆的锚固力对孔径差的变化很敏感。管缝锚杆的锚固力对孔径差的变化很敏感。孔径差过小，锚杆无法安装在钻孔中；孔径差过大，孔径差过小，锚杆无法安装在钻孔中；孔径差过大，无法保证足够的锚固力。井下钻孔直径与围岩性质、无法保证足够的锚
40、固力。井下钻孔直径与围岩性质、钻头规格与尺寸、钻头的磨损程度、钻进速度等多钻头规格与尺寸、钻头的磨损程度、钻进速度等多种因素有关，这些影响因素都有可能引起锚种因素有关，这些影响因素都有可能引起锚36362022-6-15杆锚固力的变化，导致锚固性能不稳定。杆锚固力的变化，导致锚固性能不稳定。 管缝锚杆的安装为人工或机械打人式，因此管缝锚杆的安装为人工或机械打人式，因此锚杆不能太长，否则无法安装，在巷道空间窄小的锚杆不能太长，否则无法安装，在巷道空间窄小的条件下尤为如此。此外，在安装过程中，如果杆体条件下尤为如此。此外，在安装过程中，如果杆体较细或杆体轴线与钻孔轴线不一致，有可能造成杆较细或杆体
41、轴线与钻孔轴线不一致，有可能造成杆体弯曲而报废。体弯曲而报废。 当巷道服务时间长和有淋水时，管缝锚杆会当巷道服务时间长和有淋水时，管缝锚杆会受到腐蚀而大大影响锚固力，甚至造成锚杆失效。受到腐蚀而大大影响锚固力，甚至造成锚杆失效。总之，管缝锚杆属于低强度、低刚度的支护形式，总之，管缝锚杆属于低强度、低刚度的支护形式，一般只在围岩条件较好的巷道，特别是岩巷中使用。一般只在围岩条件较好的巷道，特别是岩巷中使用。37(2)(2)水力膨胀锚杆水力膨胀锚杆水力膨胀锚杆如图水力膨胀锚杆如图8-248-24所示。所示。图图8-24 8-24 水力膨胀锚杆水力膨胀锚杆2022-6-153738382022-6-
42、15 5. 5.高强度锚杆高强度锚杆 为了彻底改变我国煤矿锚杆低强度、低刚度的为了彻底改变我国煤矿锚杆低强度、低刚度的落后局面，实现锚杆支护材料的跨越式发展，在借落后局面，实现锚杆支护材料的跨越式发展，在借鉴国外先进技术的基础上，经过集中攻关，开发研鉴国外先进技术的基础上，经过集中攻关，开发研制出适合我国煤矿巷道的高强度螺纹钢锚杆支护系制出适合我国煤矿巷道的高强度螺纹钢锚杆支护系列材料，见图列材料，见图8-258-25。通过杆体结构与形状优化，更。通过杆体结构与形状优化，更有利于提高锚杆的锚固效果；通过开发锚杆专用钢有利于提高锚杆的锚固效果；通过开发锚杆专用钢材或调质处理，达到高强度和超高强度
43、级别。高强材或调质处理，达到高强度和超高强度级别。高强度螺纹钢锚杆良好的价格性能，可使锚杆支护的优度螺纹钢锚杆良好的价格性能，可使锚杆支护的优越性得到充分发挥，并保证巷道支护效果与可靠越性得到充分发挥，并保证巷道支护效果与可靠39图图8-25 8-25 螺纹钢树脂锚杆螺纹钢树脂锚杆2022-6-1539性。目前，这种锚杆已大面积推广应用，成为锚杆性。目前，这种锚杆已大面积推广应用，成为锚杆支护的主要形式。等强螺纹钢式树脂锚杆，如图支护的主要形式。等强螺纹钢式树脂锚杆，如图8-8-2626所示。所示。402022-6-1540图图8-26 8-26 等强螺纹钢式树脂锚等强螺纹钢式树脂锚杆杆41图
44、图8-27 8-27 高强度螺纹钢锚杆结构高强度螺纹钢锚杆结构 1-1-树脂药卷；树脂药卷；2-2-杆体；杆体；3-3-穹形球体；穹形球体；4-4-托盘；托盘； 5-5-塑料；塑料；6-6-驱动螺母驱动螺母 412022-6-15锚杆支护构件如图锚杆支护构件如图8-278-27、2828所示。所示。 42金属网钢带托板减摩垫片扭矩螺母螺纹钢锚杆树脂锚固剂q 锚杆及附件锚杆及附件q 锚固剂锚固剂q 钢钢 带带 q 锚锚 索索q 网网 图图8-28 8-28 锚杆支护构件锚杆支护构件43432022-6-15 (1) (1)锚杆杆体形式锚杆杆体形式 目前，螺纹钢锚杆杆体主要有以下目前，螺纹钢锚杆杆
45、体主要有以下3 3种形式：种形式： 普通建筑螺纹钢杆体普通建筑螺纹钢杆体 普通建筑螺纹钢杆体是应用比较早的一种螺纹普通建筑螺纹钢杆体是应用比较早的一种螺纹杆体，由于当时没有锚杆专用钢材，只能采用建筑杆体，由于当时没有锚杆专用钢材，只能采用建筑螺纹钢。这种杆体存在明显螺纹钢。这种杆体存在明显缺陷：缺陷：一是一是杆体带纵筋，杆体带纵筋，而且比较高，直径而且比较高，直径20mm20mm的螺纹钢杆体很难顺利插入的螺纹钢杆体很难顺利插入中中28mm28mm的钻孔；的钻孔；二是二是带纵筋螺纹钢在搅拌树脂锚固带纵筋螺纹钢在搅拌树脂锚固剂时，减少了杆体与钻孔之间的有效间隙，增加了剂时，减少了杆体与钻孔之间的有
46、效间隙，增加了搅拌阻力。同时锚固剂不易充满两纵筋处，降搅拌阻力。同时锚固剂不易充满两纵筋处，降44442022-6-15低了锚固剂的密实程度，影响锚固效果；第三是锚低了锚固剂的密实程度，影响锚固效果；第三是锚杆尾部螺纹加工需要扒皮、滚丝，使杆体出现加工杆尾部螺纹加工需要扒皮、滚丝，使杆体出现加工弱面，螺纹段强度明显低于杆体强度，杆体延伸率弱面，螺纹段强度明显低于杆体强度，杆体延伸率不能充分发挥，造成材料浪费。鉴于这些弊端，普不能充分发挥，造成材料浪费。鉴于这些弊端，普通建筑螺纹钢锚杆杆体已逐步淘汰。通建筑螺纹钢锚杆杆体已逐步淘汰。 右旋全螺纹钢杆体右旋全螺纹钢杆体 右旋全螺纹钢锚杆杆体表面轧制
47、有全螺纹，螺右旋全螺纹钢锚杆杆体表面轧制有全螺纹，螺母可直接安装在杆体上，如图母可直接安装在杆体上，如图8-28-29 9所示。这种杆体所示。这种杆体的优点：一是杆体截断后不需要任何加工，杆体强的优点：一是杆体截断后不需要任何加工，杆体强度相等，材料利用高；二是井下安装时，螺母可沿度相等，材料利用高；二是井下安装时，螺母可沿45图图8-29 8-29 右旋无纵筋螺纹钢锚杆杆体结构右旋无纵筋螺纹钢锚杆杆体结构452022-6-1546462022-6-15杆体一直拧进，不受螺纹长度的限制。但是，这种杆体一直拧进，不受螺纹长度的限制。但是，这种杆体也存在以下明显杆体也存在以下明显缺陷：缺陷：一是一
48、是杆体螺纹为右旋，杆体螺纹为右旋，采用常规的钻机搅拌树脂锚固剂时，有将锚固剂从采用常规的钻机搅拌树脂锚固剂时，有将锚固剂从孔内旋出的力，不能压密锚固剂，影响锚固效果；孔内旋出的力，不能压密锚固剂，影响锚固效果；二是二是杆体精轧螺纹比较高，对于同样外径的杆体，杆体精轧螺纹比较高，对于同样外径的杆体，内径较小，强度也较低；内径较小，强度也较低；三是三是由于螺母直接安装在由于螺母直接安装在杆体螺纹上，因此对轧制螺纹要求高，螺母与螺纹杆体螺纹上，因此对轧制螺纹要求高，螺母与螺纹的配合控制难度大。同时由于螺纹螺距大，很难施的配合控制难度大。同时由于螺纹螺距大，很难施加较大的预紧力，现场使用时经常发生退扣
49、现象。加较大的预紧力，现场使用时经常发生退扣现象。 左旋无纵筋螺纹钢杆体左旋无纵筋螺纹钢杆体47472022-6-15 为了克服上述两种杆体的缺点，将杆体形状设为了克服上述两种杆体的缺点，将杆体形状设计为左旋无纵筋螺纹钢，如图计为左旋无纵筋螺纹钢，如图8-8-3030所示。这种杆体所示。这种杆体在搅拌树脂锚固剂时，左旋螺纹会产生压紧锚固剂在搅拌树脂锚固剂时，左旋螺纹会产生压紧锚固剂的力，有利于增加锚固剂的密实度，提高锚杆锚固的力，有利于增加锚固剂的密实度，提高锚杆锚固力。杆体尾部螺纹加工采用合理的工艺，可保证强力。杆体尾部螺纹加工采用合理的工艺，可保证强度接近和达到杆体的强度。杆体尾部滚压成型
50、的螺度接近和达到杆体的强度。杆体尾部滚压成型的螺1LL图图8-8-3030 左旋无纵筋螺纹钢锚杆杆体结构左旋无纵筋螺纹钢锚杆杆体结构L-L-杆体长度；杆体长度；L L1 1- -杆体尾部螺纹段长度杆体尾部螺纹段长度48482022-6-15纹，加工精度较高，可施加较大的预紧力。可见，纹，加工精度较高，可施加较大的预紧力。可见，左旋无纵筋螺纹钢杆体是左旋无纵筋螺纹钢杆体是比较理想的锚杆杆体比较理想的锚杆杆体。 根据煤矿巷道条件，锚杆杆体直径一般为根据煤矿巷道条件，锚杆杆体直径一般为161625mm25mm，长度为，长度为l.6l.63.0m3.0m，见表，见表8-78-7。无纵筋螺纹钢。无纵筋螺
