1、 煤矿深部巷道支护技术 主讲：王永宝1概念主井副井工作面n 锚固力 n 预紧力n 拉拔力n 预紧扭（力）矩n 预应力1概念主井副井工作面n 1.1 锚固力：指锚杆对围岩的约束力，它包括径向锚固力和切向锚固力，径向锚固力含托锚力和粘锚力。托锚力是托板阻止向巷道内位移，对围岩施加的径向支护力；粘锚力是锚杆通过粘结剂对围岩施加的径向作用力；切向锚固力是锚杆体施加贯穿岩体弱面，对弱面的滑动和张开产生的限制力，单位：kN。1概念主井副井工作面n 1.1.1 锚固力的作用：锚杆的锚固作用体现为径向和切向锚杆的锚固作用体现为径向和切向锚固力的作用。径向锚固力对围岩施加围压，将围岩由单锚固力的作用。径向锚固力
2、对围岩施加围压，将围岩由单向、双向受力状态转化为双向、三向受力状态，提高围岩向、双向受力状态转化为双向、三向受力状态，提高围岩的稳定性。锚杆贯穿同一岩层中的弱面，切向锚固力改善的稳定性。锚杆贯穿同一岩层中的弱面，切向锚固力改善了弱面的力学性质，从而改善了围岩的力学性质。因此了弱面的力学性质，从而改善了围岩的力学性质。因此锚锚杆是兼有支护和加固两种作用的较完美的支护形式杆是兼有支护和加固两种作用的较完美的支护形式。径向径向锚固力主要起着支护作用，切向锚固力主要起着加固作用。锚固力主要起着支护作用，切向锚固力主要起着加固作用。而在煤巷围岩中，主要是径向锚固力起作用，起到支护作而在煤巷围岩中，主要是
3、径向锚固力起作用，起到支护作用。用。1概念主井副井n 1.2 拉拔力：指阻止锚杆从岩体拔出的力。拉拔力可分为设计拉拔力指阻止锚杆从岩体拔出的力。拉拔力可分为设计拉拔力和检测拉拔力。通常说的拉拔力指设计拉拔力，其值应大和检测拉拔力。通常说的拉拔力指设计拉拔力，其值应大于锚杆破断力，单位：于锚杆破断力，单位：kN。1概念主井副井n 1.2.1 拉拔力检测标准：抗拔力应符合以下规定合格：抗拔力应符合以下规定合格：最低值不小于设计的最低值不小于设计的 90%。优优 良：最低值不小于设计值。良：最低值不小于设计值。检查数量：检查数量：每安装每安装 300 根锚杆，根锚杆，抽试三组进行测试，抽试三组进行测
4、试，每每组不得少于组不得少于 3 根，根，其中每组拱顶锚杆其中每组拱顶锚杆 2 根，边帮锚杆根，边帮锚杆 1 根；锚索测试数量取总数的根；锚索测试数量取总数的 5%。1概念主井副井n 1.2.1 拉拔力检测标准：锚索合格条件为锚索合格条件为:首先锚索支护材料要符合施工措施的规首先锚索支护材料要符合施工措施的规定，定，且最小锚固长度要且最小锚固长度要1.5 米；米；分级张拉，分级方式为分级张拉，分级方式为 030 千牛千牛60 千牛千牛90 千牛千牛130 千牛。千牛。测试要求：测试要求：ASTMA419-98(1*7 15.24mm)单根钢绞线，抗拔力大单根钢绞线，抗拔力大于于 120KN。1
5、概念主井副井n 1.3 锚杆预紧力：在锚杆安装过程中，对锚杆杆体施加的轴向力，单位：kNn 1.3.1 锚杆预紧力的作用：1.3.1.1发挥锚杆主动支护作用发挥锚杆主动支护作用，特别是在层状岩层、破，特别是在层状岩层、破碎围岩条件下，增大预紧力能够改变围岩性质，防止围岩碎围岩条件下，增大预紧力能够改变围岩性质，防止围岩破坏，保持围岩稳定，有利于对围岩支护。破坏，保持围岩稳定，有利于对围岩支护。1概念主井副井 对顶板稳定性具有决定性的作用对顶板稳定性具有决定性的作用。当预紧力大到一。当预紧力大到一定程度时，锚杆长度范围内和锚杆长度以上的顶板离层可定程度时，锚杆长度范围内和锚杆长度以上的顶板离层可
6、以得以消除。以得以消除。高预紧力锚杆指在建立预应力顶板，预应力顶板存在高预紧力锚杆指在建立预应力顶板，预应力顶板存在一定程度上保护着顶板使其免受水平应力的破坏，使顶板一定程度上保护着顶板使其免受水平应力的破坏，使顶板岩层处于横向压缩的状态，以克服高水平应力对顶板稳定岩层处于横向压缩的状态，以克服高水平应力对顶板稳定性的影响。性的影响。n 1.3.1 锚杆预紧力的作用：1概念主井副井n 1.3.1 锚杆预紧力的作用：1.3.1.2预应力结构的形成是有条件的，锚杆预紧力是关预应力结构的形成是有条件的，锚杆预紧力是关键。键。在水平应力大的条件下，锚杆的作用在于给顶板及时在水平应力大的条件下，锚杆的作
7、用在于给顶板及时提供很高的预应力以形成预应力顶板，形成一个压力自撑提供很高的预应力以形成预应力顶板，形成一个压力自撑结构结构。1概念主井副井n 1.4 锚杆的预紧扭矩：在锚杆安装过程中，对锚杆螺母施加的力矩，单位在锚杆安装过程中，对锚杆螺母施加的力矩，单位Nm；n 1.4.1 锚杆预应力：在锚杆安装过程中，对锚杆杆体施加的轴向拉应力，等在锚杆安装过程中，对锚杆杆体施加的轴向拉应力，等于锚杆预紧力与杆体横截面积的比值，单位于锚杆预紧力与杆体横截面积的比值，单位MPa。M=FM=F*L L，M M为扭矩，为扭矩，F F为力（为力（N N），），L L为距离为距离(m)(m)2几种易混淆的力之间的关
8、系主井副井n 2.1 锚固力与拉拔力区别：2.1.1锚固力是锚杆对围岩产生的约束力，是限制围岩变锚固力是锚杆对围岩产生的约束力，是限制围岩变形，起支护作用的力。锚杆拉拔力是锚杆锚固后拉拔实验时，形，起支护作用的力。锚杆拉拔力是锚杆锚固后拉拔实验时，所能承受的极限载荷，反映的是杆体、锚固剂、岩石粘结到所能承受的极限载荷，反映的是杆体、锚固剂、岩石粘结到一起后，锚杆破断或失效的最大拉力。一起后，锚杆破断或失效的最大拉力。2几种易混淆的力之间的关系主井副井n 2.1 锚固力与拉拔力区别：2.1.2锚固力随着被支护围岩变形、围岩的膨胀而增大，锚固力随着被支护围岩变形、围岩的膨胀而增大，因此锚固力是一个
9、动态发展并不断变化的力。锚杆拉拔力是因此锚固力是一个动态发展并不断变化的力。锚杆拉拔力是一个固定值，不随围岩变形和锚杆受力而改变。如果围岩不一个固定值，不随围岩变形和锚杆受力而改变。如果围岩不发生变形且不考虑杆体的松驰效应，锚固力等于初锚力。发生变形且不考虑杆体的松驰效应，锚固力等于初锚力。2几种易混淆的力之间的关系主井副井n 2.1 锚固力与拉拔力区别：2.1.3锚固力检测使用安装于锚杆螺母和托盘之间的锚杆锚固力检测使用安装于锚杆螺母和托盘之间的锚杆测力计，一般在锚杆安装时把锚杆测力计安好。检测锚固力测力计，一般在锚杆安装时把锚杆测力计安好。检测锚固力是为了监测锚杆受力状况，需要进行长期观测
10、。锚杆拉拔力是为了监测锚杆受力状况，需要进行长期观测。锚杆拉拔力检测使用锚杆拉力计，检测可以在锚杆安装完成后任何时候检测使用锚杆拉力计，检测可以在锚杆安装完成后任何时候进行，检测锚杆拉拔力是为了查验锚杆杆体、锚固剂、岩石进行，检测锚杆拉拔力是为了查验锚杆杆体、锚固剂、岩石粘结效果。在施工中，检测锚杆拉拔力时，一般只要达到设粘结效果。在施工中，检测锚杆拉拔力时，一般只要达到设计锚固力即可；在做破坏性检测时，则要求锚杆被拉断或锚计锚固力即可；在做破坏性检测时，则要求锚杆被拉断或锚杆被拉出才终止。杆被拉出才终止。2几种易混淆的力之间的关系主井副井n 2.1 锚固力与拉拔力区别：2.1.4检查锚杆施工
11、质量时，一般检查锚杆拉拔力。监测检查锚杆施工质量时，一般检查锚杆拉拔力。监测分析锚杆工作情况时，测锚固力。测量锚固力是为了验证支分析锚杆工作情况时，测锚固力。测量锚固力是为了验证支护的可靠性，为以后修改支护设计提供依据。设计和施工时，护的可靠性，为以后修改支护设计提供依据。设计和施工时，必须保证锚杆拉拔力大于杆体破断力这一基本原则，即锚杆必须保证锚杆拉拔力大于杆体破断力这一基本原则，即锚杆杆体受力超过其破断力后，锚杆可能被拉断，但锚杆不能被杆体受力超过其破断力后，锚杆可能被拉断，但锚杆不能被拉出。常见错误是设计的锚杆拉拔力小于杆体破断力。拉出。常见错误是设计的锚杆拉拔力小于杆体破断力。2几种易
12、混淆的力之间的关系主井副井n 2.2 预紧力和预紧扭矩的关系：2.2.2预紧力是力预紧力是力，是施加在锚杆（锚索）上的拉力，单，是施加在锚杆（锚索）上的拉力，单位位kN;预紧扭矩是力矩预紧扭矩是力矩，施加在压紧螺母上，单位，施加在压紧螺母上，单位Nm.2.2.3二者测量仪器不同二者测量仪器不同。预紧力可以通过安装在锚杆托。预紧力可以通过安装在锚杆托盘与螺母间的锚杆测力计观测；预紧扭矩可以通过数字显示盘与螺母间的锚杆测力计观测；预紧扭矩可以通过数字显示或带有刻度显示的锚杆扭力扳手观测。或带有刻度显示的锚杆扭力扳手观测。2几种易混淆的力之间的关系主井副井n 2.3 预紧力与预紧应力区别：锚杆预紧力
13、：在锚杆安装过程中，对锚杆杆体施加的轴锚杆预紧力：在锚杆安装过程中，对锚杆杆体施加的轴向拉力。向拉力。锚杆预应力：锚杆预紧力与杆体横截面积的比值。锚杆预应力：锚杆预紧力与杆体横截面积的比值。2几种易混淆的力之间的关系主井副井n 2.2 预紧力和预紧扭矩的关系：2.2.4锚杆施工设计要求的是预紧力，而不是预紧扭矩锚杆施工设计要求的是预紧力，而不是预紧扭矩。但在实际施工中，由于预紧扭矩测读方便而预紧力测量相对但在实际施工中，由于预紧扭矩测读方便而预紧力测量相对复杂，且预紧力随着预紧扭矩增大而增大，为了检测方便，复杂，且预紧力随着预紧扭矩增大而增大，为了检测方便，通过直接检测预紧扭矩而达到间接检测锚
14、杆的预紧力的目的。通过直接检测预紧扭矩而达到间接检测锚杆的预紧力的目的。因此，因此，锚杆安装时通常检测预紧扭矩，而不检测预紧力。锚杆安装时通常检测预紧扭矩，而不检测预紧力。2几种易混淆的力之间的关系主井副井n 2.2 预紧力和预紧扭矩的关系：2几种易混淆的力之间的关系主井副井n 2.2 预紧力和预紧扭矩的关系：主井副井牌号牌号屈服强度屈服强度抗拉强度抗拉强度屈服力屈服力/KNKN拉断载荷拉断载荷/KNKNMpaMpaMpaMpa1818mmmm2020mmmm2222mmmm1818mmmm2020mmmm2222mmmmQ235Q23524024038038061617575919196.7
15、96.7119.4119.4144.5144.5BHRB335BHRB3353353354904908585105105127127124.7124.7153.9153.9186.3186.3BHRB500BHRB500500500670670127127157157190190170.5170.5210.5210.5254.7254.7BHRB600BHRB600600600800800152152188188228228203.6203.6251.3251.3304.1304.1常见锚杆钢材强度比较常见锚杆钢材强度比较例如：王楼煤矿现用22mm高强度螺纹钢锚杆(Q500)施工过程中对锚杆施
16、加预紧扭矩为350Nm，则，则锚杆预紧力：F=M/（DK）=350Nm/(0.022m*0.39)=40792N40KN锚杆预应力：P=F/S=40792N/380*10-6m2=107MPaF：锚杆预紧力 NM：预紧扭矩 NmD：锚杆直径 mmP：锚杆预应力 MPaK：系数S：锚杆截面积 m2 1KN=0.98吨吨主井副井 MT/T MT/T 1104200911042009煤巷锚杆支护技术规范煤巷锚杆支护技术规范中明确要中明确要求，锚杆的锚固力应不小于锚杆杆体屈服强度的求，锚杆的锚固力应不小于锚杆杆体屈服强度的1.21.2倍倍。例如：例如：22222800mm2800mm高强度高强度螺纹钢
17、锚杆螺纹钢锚杆(Q500(Q500)屈服强度屈服强度190kN190kN，故锚固力应不小于，故锚固力应不小于228kN228kN。现场使用锚杆拉力计做拉。现场使用锚杆拉力计做拉拔试验，一般规定达到拔试验，一般规定达到20MPa20MPa，即，即72.4KN72.4KN（7.4t7.4t）后即认为）后即认为锚杆施工质量合格，只达到了锚固力的锚杆施工质量合格，只达到了锚固力的31.2%31.2%。主井副井从经验来讲，锚杆预紧力不易超出锚杆屈服强度的50%。主井副井PFPFPFMPaKNtMPaKNtMPaKNt13.60.42072.47.439141.114.427.20.72176.07.84
18、0144.714.8310.91.12279.68.141148.415.1414.51.52383.28.542152.015.5518.11.82486.88.943155.615.9621.72.22590.59.244159.216.2725.32.62694.19.645162.816.6828.93.02797.710.046166.417.0932.63.328101.310.347170.017.31036.23.729104.910.748173.717.71139.84.130108.611.149177.318.01243.44.431112.211.450180.918
19、.51347.04.832115.811.851184.518.81450.75.233119.412.252188.219.21554.35.534123.012.553191.819.61657.95.935126.612.954195.419.91761.56.336130.313.355199.020.31865.16.637133.913.756202.620.71968.77.038137.514.0LDZ-200煤矿用锚杆拉力煤矿用锚杆拉力计计千千牛、兆帕、吨位对照表牛、兆帕、吨位对照表计算公式：计算公式：F=SP。其中：。其中：F为锚固力（为锚固力（KN）；）；S为活塞面积；为
20、活塞面积；P为拉力指示为拉力指示表读数（表读数（MPa）。拉伸-阻止岩层离层剪切-阻止岩层滑动1.1.锚杆支护作用的新认识锚杆支护作用的新认识控制围岩离层、滑动及新裂纹等不连续控制围岩离层、滑动及新裂纹等不连续、不、不协调扩容变形，协调扩容变形，保持围岩完整性和自承能力，减小围岩强度降低。保持围岩完整性和自承能力，减小围岩强度降低。n 1.1 1.1 锚杆强度锚杆强度-抗破坏能力抗破坏能力 拉伸：屈服强度（力）、拉伸强度（力）拉伸：屈服强度（力）、拉伸强度（力）、延伸率等；、延伸率等；剪切：剪切强度（力）。剪切：剪切强度（力）。锚杆杆体拉伸应力-应变曲线n 1.2 刚度-抗变形能力LAEKA锚
21、杆杆体截面积；E锚杆弹性模量；L锚杆长度。安装时间：锚杆安装越及时，锚固体刚度越大；预应力：锚杆预应力越高，锚固体刚度越大；锚固方式：全长锚固刚度大。位移支架载荷支架载荷与位移关系曲线n 锚杆支护系统刚度非常重要，及时支护、施加合理的预应力，并有效扩散到围岩是关键，可抑制围岩扩容变形。n 围岩变形：不连续、不协调扩容变形；连续、整体变形。锚杆主要对前者起作用；巷道掘进工作面空间布置2 2、锚杆实际受力状态、锚杆实际受力状态n 锚杆井下受力状态复杂锚杆井下受力状态复杂 巷道表面凹凸不平及施工原因，井下锚杆巷道表面凹凸不平及施工原因，井下锚杆与巷道与巷道表面表面不垂不垂直，不处于理想拉伸状态，而是
22、处于受拉、弯、扭、剪切的直，不处于理想拉伸状态，而是处于受拉、弯、扭、剪切的复合应力状态。复合应力状态。施加预应力前施加预应力后锚杆受拉伸、弯曲、扭转引起的复合应力。树脂锚固锚杆力学模型1锚杆支护的加固作用主井副井n 1.1 锚杆提供的支护强度：围岩硬度越高，岩石强度越大。在巷道顶板安装锚杆就围岩硬度越高，岩石强度越大。在巷道顶板安装锚杆就相当于给顶板提供围压。对于中等强度以上岩石（单轴抗压相当于给顶板提供围压。对于中等强度以上岩石（单轴抗压强度大于强度大于30MPa，变形模量大于，变形模量大于100MPa），增加的围压很），增加的围压很小，因此锚杆支护在岩石破坏前对其强度影响不大。因为煤小，
23、因此锚杆支护在岩石破坏前对其强度影响不大。因为煤层强度较低，特别是中等强度以下的煤层（煤层单轴抗压强层强度较低，特别是中等强度以下的煤层（煤层单轴抗压强度小于度小于15MPa），锚杆在煤体破坏前对其强度有比较明显的），锚杆在煤体破坏前对其强度有比较明显的影响。影响。1锚杆支护的加固作用n 1.1 锚杆提供的支护强度：岩体锚固后可不同程度地提高其强度、弹性模量、黏聚力岩体锚固后可不同程度地提高其强度、弹性模量、黏聚力和内摩擦角等力学参数。锚杆的主要作用是改善破碎区、塑和内摩擦角等力学参数。锚杆的主要作用是改善破碎区、塑形区内岩石的力学性质，提高其屈服后的强度。形区内岩石的力学性质，提高其屈服后的
24、强度。0屈服点有约束岩石软化（可以承载）无约束岩石崩落（不能承载）锚固前后岩体强度曲线1锚杆支护的加固作用n 1.2 锚杆对不连续面（围岩结构）的加固作用 围压内存在各种节理、层理、裂隙等不连续面，这些围压内存在各种节理、层理、裂隙等不连续面，这些结构面的分布与强度对岩体的整体强度影响很大。通过锚结构面的分布与强度对岩体的整体强度影响很大。通过锚杆提供的轴向力与切向力，提高不连续面的抗剪强度，阻杆提供的轴向力与切向力，提高不连续面的抗剪强度，阻止不连续面产生移动上滑动。通过提高节理岩体的整体强止不连续面产生移动上滑动。通过提高节理岩体的整体强度、完整性与稳定性。度、完整性与稳定性。1锚杆支护的
25、加固作用 王楼煤矿27304工作面锚杆受剪切力照片1锚杆支护的加固作用n 1.3锚杆支护对围岩应力分布的影响巷道开挖后，应力重新分布。通过锚杆给围岩施加一定巷道开挖后，应力重新分布。通过锚杆给围岩施加一定的压应力，改善围岩应力状态。对于受拉区域，可抵消部分的压应力，改善围岩应力状态。对于受拉区域，可抵消部分拉应力，提高围岩抗拉能力；对于受剪区域，通过压应力区拉应力，提高围岩抗拉能力；对于受剪区域，通过压应力区域，通过压应力产生的摩擦力，提高围岩的抗剪能力。域，通过压应力产生的摩擦力，提高围岩的抗剪能力。n 锚杆杆体及附件n 锚固剂n 护表构件(钢带、金属网)n 锚索顶板树脂锚固剂杆体金属网托板
26、螺母减摩垫圈球形垫圈钢带托板杆体螺母球形垫圈减摩垫圈锚杆杆体及附件n 高强度锚杆及附件主井副井n 3 锚杆杆体：对于锚杆杆体本身来说，由于杆体长度方向的尺寸远大对于锚杆杆体本身来说，由于杆体长度方向的尺寸远大于其他两个方向的尺寸，所以力学上属于杆体。这种构件主于其他两个方向的尺寸，所以力学上属于杆体。这种构件主要可以提供两方面的作用：要可以提供两方面的作用：一是抗拉，二是抗剪。一是抗拉，二是抗剪。至于杆体至于杆体的抗弯能力和抗压能力是非常小，可忽略不计。的抗弯能力和抗压能力是非常小，可忽略不计。n 3.1 锚杆杆体的作用：主井副井n 3 锚杆杆体：3.2.1在合理孔径差的条件下，保证杆体能顺利
27、插入钻孔；在合理孔径差的条件下，保证杆体能顺利插入钻孔；3.2.2有利于提高锚固剂的黏结力与锚杆锚固效果；有利于提高锚固剂的黏结力与锚杆锚固效果；3.2.3尽量使杆体各部位等强度；尽量使杆体各部位等强度；3.2.4杆体尾部有利于施加较大的预紧力杆体尾部有利于施加较大的预紧力。n 3.2锚杆杆体形状设计的四个准则：主井副井n 3 锚杆杆体：3.3.1右旋全螺纹钢体。右旋全螺纹钢体。优点：优点：一是一是杆体截断后不需要任何加工，没有加弱面，杆体截断后不需要任何加工，没有加弱面，杆体强度相等，材料利用高；杆体强度相等，材料利用高；二是二是井下安装时，螺母可沿杆井下安装时，螺母可沿杆体一直拧进，不受螺
28、纹长度的限制，即使杆体外漏长度过大，体一直拧进，不受螺纹长度的限制，即使杆体外漏长度过大，也能压紧托板。也能压紧托板。缺点：缺点：一是一是螺纹右旋，采用常规的钻机搅拌锚固剂时，螺纹右旋，采用常规的钻机搅拌锚固剂时，有将锚固剂内旋出的力，不能压密锚固剂，影响锚固效果，有将锚固剂内旋出的力，不能压密锚固剂，影响锚固效果，不符合第二准则；不符合第二准则；二是二是杆体精轨螺纹比较高，对于同样外径杆体精轨螺纹比较高，对于同样外径的杆体，内径较小，强度较低；的杆体，内径较小，强度较低；三是三是螺母直接安装在杆体螺螺母直接安装在杆体螺纹上，对螺纹要求高，螺母与螺纹配合控制难度大。同时螺纹上，对螺纹要求高，螺
29、母与螺纹配合控制难度大。同时螺纹螺距大，很难施加大的预紧力，现场有退扣现象。（深部纹螺距大，很难施加大的预紧力，现场有退扣现象。（深部不建议使用）不建议使用）n 3.3 螺纹钢锚杆主要有以下两种形式：主井副井n 3 锚杆杆体：3.3.2左旋无纵筋螺纹钢杆体。在搅拌锚固剂时，左旋螺左旋无纵筋螺纹钢杆体。在搅拌锚固剂时，左旋螺会产生压紧锚固剂的力，有利于增加密实度，提高锚固力。会产生压紧锚固剂的力，有利于增加密实度，提高锚固力。杆体尾部滚压成型的螺纹加工精度高，可施加较大的预紧力。杆体尾部滚压成型的螺纹加工精度高，可施加较大的预紧力。n 3.3 螺纹钢锚杆主要有以下两种形式：主井副井n 4 托板：
30、4.1.1托板是锚杆支护系统中的关键部件。托板是锚杆支护系统中的关键部件。是预紧力传导是预紧力传导的重要部件的重要部件，通过给螺母施加一定的扭矩使托板压紧巷道表，通过给螺母施加一定的扭矩使托板压紧巷道表面，给锚杆提供预紧力，并使预紧力扩散到锚杆周围的煤岩面，给锚杆提供预紧力，并使预紧力扩散到锚杆周围的煤岩体中，从而改善围岩应力状态，抑制围岩离层、结构面滑动体中，从而改善围岩应力状态，抑制围岩离层、结构面滑动和节理裂隙的张开，实现锚杆的主动、及时支护作用。和节理裂隙的张开，实现锚杆的主动、及时支护作用。n 4.1 托板的作用：主井副井n 4 托板：4.1.2托板的形状、几何尺寸及强度与刚度都影响
31、锚杆的托板的形状、几何尺寸及强度与刚度都影响锚杆的受力状况与支护效果。受力状况与支护效果。4.1.3托板失效就会导致整个锚杆失去主动支护能力，而托板失效就会导致整个锚杆失去主动支护能力，而与杆体匹配合理的托板能够充分发挥锚杆的支护作用与杆体匹配合理的托板能够充分发挥锚杆的支护作用。（咱。（咱们用的托板由于工艺，技术上的限制都是用们用的托板由于工艺，技术上的限制都是用Q235的钢材，的钢材，而咱们用的锚杆材质是而咱们用的锚杆材质是Q500的钢材，就出现了不配套的情的钢材，就出现了不配套的情况）况）n 4.1 托板的作用：主井副井n 4 托板：4.2 围岩变形使载荷作用于托板上，通过托板将载荷传递
32、围岩变形使载荷作用于托板上，通过托板将载荷传递到锚杆杆体，增大锚杆的工作阻力，充分发挥锚杆控制围岩到锚杆杆体，增大锚杆的工作阻力，充分发挥锚杆控制围岩变形的作用。变形的作用。托板力学性能应与锚杆杆体的性能匹配，才能托板力学性能应与锚杆杆体的性能匹配，才能充分发挥锚杆的支护作用。充分发挥锚杆的支护作用。托板强度不足、安装质量差、受较大偏载都会显著降低托板强度不足、安装质量差、受较大偏载都会显著降低锚杆的作用。对于端部锚固锚杆，托板是锚杆尾部接触围岩锚杆的作用。对于端部锚固锚杆，托板是锚杆尾部接触围岩的构件，通过托板给锚杆施加预紧力，传递围岩载荷至锚杆的构件，通过托板给锚杆施加预紧力，传递围岩载荷
33、至锚杆杆体，托板本身失效，以及托板下方的围岩松散脱落，导致杆体，托板本身失效，以及托板下方的围岩松散脱落，导致托板与表面不紧贴，都会使锚杆失去支护作用。托板与表面不紧贴，都会使锚杆失去支护作用。主井副井n 4 托板：托板对全长锚固锚杆的受力分布有明显的影响。无托板托板对全长锚固锚杆的受力分布有明显的影响。无托板时锚杆轴力在巷道表面处为零，在一定深度达到最大值，剪时锚杆轴力在巷道表面处为零，在一定深度达到最大值，剪力在轴力最大处为零；有托板时，由于锚杆施加的预紧力和力在轴力最大处为零；有托板时，由于锚杆施加的预紧力和围岩通过托板作用在锚杆杆体上的力，使得锚杆轴力在巷道围岩通过托板作用在锚杆杆体上
34、的力，使得锚杆轴力在巷道表面处达到一定值，而且使锚杆轴力最大的位置向孔口移动，表面处达到一定值，而且使锚杆轴力最大的位置向孔口移动，更接近巷道表面。更接近巷道表面。主井副井n 5 锚固剂：5.1锚固剂的作用锚固剂的作用是将钻孔孔壁岩石与杆体锚固剂的作用锚固剂的作用是将钻孔孔壁岩石与杆体粘结在一起，使锚杆发挥支护作用。同时锚固剂也具有一定粘结在一起，使锚杆发挥支护作用。同时锚固剂也具有一定的抗剪与抗拉能力，与锚杆共同加固围岩。的抗剪与抗拉能力，与锚杆共同加固围岩。5.2锚固剂的粘结作用在拉拔作用下，杆体锚固段剪应力锚固剂的粘结作用在拉拔作用下，杆体锚固段剪应力分布为负指数曲线。分布为负指数曲线。
35、5.3锚固剂的抗拉与抗剪作用我国树脂锚固剂的抗拉强度锚固剂的抗拉与抗剪作用我国树脂锚固剂的抗拉强度一般可取一般可取 11.5MPa，抗剪强度一般可取，抗剪强度一般可取 35MPa，单轴抗压，单轴抗压强度不小于强度不小于60MPa（24h）。）。主井副井5.4 锚杆锚固方式：锚杆锚固方式分为端部锚固、加长锚锚杆锚固方式：锚杆锚固方式分为端部锚固、加长锚固和全长锚固。固和全长锚固。5.4.1对于端部锚固的锚杆，锚固剂的作用在于提供黏结对于端部锚固的锚杆，锚固剂的作用在于提供黏结力，使锚杆承受一定的拉力。锚杆拉力除锚固端外，沿长度力，使锚杆承受一定的拉力。锚杆拉力除锚固端外，沿长度方向是均匀分布的。
36、由于锚杆与钻孔间有较大空隙，所以锚方向是均匀分布的。由于锚杆与钻孔间有较大空隙，所以锚杆抗剪能力只有在岩层发生较大错动后才能发挥出来。杆抗剪能力只有在岩层发生较大错动后才能发挥出来。5.4.2对全长锚固锚杆，锚固剂作用主要有两个方面：将对全长锚固锚杆，锚固剂作用主要有两个方面：将锚杆杆体与钻孔孔壁黏结在一起，使锚杆随着岩层移动承受锚杆杆体与钻孔孔壁黏结在一起，使锚杆随着岩层移动承受抗力；当岩层发生错动时，与杆体共同起抗剪作用，阻止岩抗力；当岩层发生错动时，与杆体共同起抗剪作用，阻止岩层发生滑动。层发生滑动。主井副井n 5.4 锚杆锚固方式5.4.3对于端部锚固锚杆，杆体各部位的应力和应变相等。
37、对于端部锚固锚杆，杆体各部位的应力和应变相等。在锚固范围内，任何部位岩层的离层都均匀地分散到整个杆在锚固范围内，任何部位岩层的离层都均匀地分散到整个杆体的长度上，导致杆体受力时围岩变形和离层不敏感，支护体的长度上，导致杆体受力时围岩变形和离层不敏感，支护刚度低。对于全长锚固锚杆，这种分散是不可能的，致使应刚度低。对于全长锚固锚杆，这种分散是不可能的，致使应力、应变沿锚杆长度方向分布极不均匀，离层和滑动大的部力、应变沿锚杆长度方向分布极不均匀，离层和滑动大的部分锚杆受力很大，杆体受力对围岩变形和离层很敏感，能及分锚杆受力很大，杆体受力对围岩变形和离层很敏感，能及时抑制离层和滑动，支护刚度高。时抑
38、制离层和滑动，支护刚度高。这是全长锚固锚杆与端部这是全长锚固锚杆与端部锚固锚杆的根本区别。锚固锚杆的根本区别。主井副井n 6 钢带：6.16.1钢带的钢带的3 3个关键参数：个关键参数：护表面积、抗拉强度和抗弯刚护表面积、抗拉强度和抗弯刚度。度。6.2 6.2 钢带的作用：钢带的作用：6.2.1 钢带是锚杆支护系统的重要构件，对提高锚杆支护钢带是锚杆支护系统的重要构件，对提高锚杆支护整体支护作用、保持围岩的完整性起着关键作用整体支护作用、保持围岩的完整性起着关键作用。主井副井n 6.2 6.2 钢带的作用：钢带的作用：6.2.2 均衡锚杆受力和提高整体支护作用。钢带将数根锚均衡锚杆受力和提高整
39、体支护作用。钢带将数根锚杆连接在一起，可均衡锚杆受力，共同形成组合支护系统，杆连接在一起，可均衡锚杆受力，共同形成组合支护系统，提高整体支护能力。提高整体支护能力。主井副井n 6.2 6.2 钢带的作用：钢带的作用：6.2.3锚杆预紧力和工作阻力扩散作用。单根锚杆作用巷锚杆预紧力和工作阻力扩散作用。单根锚杆作用巷道表面可近似看成点载荷，钢带可扩大锚杆作用范围，实现道表面可近似看成点载荷，钢带可扩大锚杆作用范围，实现锚杆预紧力和工作阻力扩散，是载荷趋于均匀。锚杆预紧力和工作阻力扩散，是载荷趋于均匀。6.2.4支护巷道表面和改善围岩应力状态作用。钢带对巷支护巷道表面和改善围岩应力状态作用。钢带对巷
40、道表面提供支护，抑制浅部岩层离层、裂隙张开，保持围岩道表面提供支护，抑制浅部岩层离层、裂隙张开，保持围岩的整体性，减少岩层弯曲引起的拉伸破坏，改善岩层应力状的整体性，减少岩层弯曲引起的拉伸破坏，改善岩层应力状态，防止锚杆间松动岩块掉落。态，防止锚杆间松动岩块掉落。主井副井n 7 7 网的作用：网的作用：7.1维护锚杆之间的围岩，防止破碎岩块垮落。维护锚杆之间的围岩，防止破碎岩块垮落。7.2紧贴巷道表面，提供一定的支护力，一定程度上改变紧贴巷道表面，提供一定的支护力，一定程度上改变巷道表面岩层受力状况。同时，将锚杆之间岩层的载荷传递巷道表面岩层受力状况。同时，将锚杆之间岩层的载荷传递给锚杆，形成
41、整体支护系统。给锚杆，形成整体支护系统。7.3网不仅能有效控制巷道浅部围岩的变形与破坏，而且网不仅能有效控制巷道浅部围岩的变形与破坏，而且对深部也有良好的支护作用。对深部也有良好的支护作用。主井副井n 7 7 网的作用：网的作用：如图所示，有网的情况下，虽然巷道表面围岩已破坏，如图所示，有网的情况下，虽然巷道表面围岩已破坏，但没有松散、垮落，可作为传介质，是巷道深部围岩仍处三但没有松散、垮落，可作为传介质，是巷道深部围岩仍处三向应力状态，提高岩体的残余强度，显著减少围岩松散、破向应力状态，提高岩体的残余强度，显著减少围岩松散、破碎区范围，同时也保证了锚杆的锚固效果。碎区范围，同时也保证了锚杆的
42、锚固效果。围 岩 压 力金 属 网 有 效 支 护围 岩 变 形 小，稳 定金 属 网 失 效围 岩 变 形 大，冒 落主井副井n 7 7 网的作用：网的作用：王楼煤矿王楼煤矿27307工作面塑料网撕裂造成支护失效工作面塑料网撕裂造成支护失效主井副井n 1.1.锚杆预紧扭矩问题：锚杆预紧扭矩问题：1.1 锚杆预紧扭矩达不到设计要求锚杆预紧扭矩达不到设计要求;锚杆主动支护作用发锚杆主动支护作用发挥不出来。挥不出来。1.2 锚杆预紧扭矩过大。锚杆预紧扭矩过大。1.3 产生问题的原因：产生问题的原因：1.3.1锚杆在预紧过程中，同时受到拉应力、扭矩产生的锚杆在预紧过程中，同时受到拉应力、扭矩产生的剪
43、应力和弯矩产生的拉应力，在施加扭矩达到剪应力和弯矩产生的拉应力，在施加扭矩达到600-700N.m时产生了永久变形时产生了永久变形;1.3.2锚杆施加的预紧扭矩超过锚杆施加的预紧扭矩超过600N.m时，锚杆受到的时，锚杆受到的应力复合已接近材料的屈服应力。应力复合已接近材料的屈服应力。主井副井n 1.1.锚杆预紧扭矩问题：锚杆预紧扭矩问题：1.3 产生问题的原因：产生问题的原因：1.3.3在相同扭矩作用下应力复合要比锚杆受到的单纯拉在相同扭矩作用下应力复合要比锚杆受到的单纯拉应力大，预紧扭矩大于应力大，预紧扭矩大于600 N.m时锚杆会先从弯曲处产生裂时锚杆会先从弯曲处产生裂纹，进而裂纹发展导
44、致锚杆未达到破断拉力就断裂。纹，进而裂纹发展导致锚杆未达到破断拉力就断裂。1.3.4当锚杆力矩超过当锚杆力矩超过400 N.m时，预紧力增加变得缓慢，时，预紧力增加变得缓慢，再增加锚杆力矩，获得的预紧力增量也很小。再增加锚杆力矩，获得的预紧力增量也很小。主井副井n 1.1.锚杆预紧扭矩问题：锚杆预紧扭矩问题：1.4 得出结论得出结论锚杆施工的过程中不要一味地强求预紧力过大，达标就锚杆施工的过程中不要一味地强求预紧力过大，达标就可以，不要超过设计值太多，扭矩放大器的使用要规范，符可以，不要超过设计值太多，扭矩放大器的使用要规范，符合要求就可以，并不是越大越好，扭矩过大会出现锚杆杆体合要求就可以，
45、并不是越大越好，扭矩过大会出现锚杆杆体及螺帽在施工过程中材质就发生了变化，锚杆螺帽丝直接打及螺帽在施工过程中材质就发生了变化，锚杆螺帽丝直接打坏或者锚杆丝打断，即使当时没有断丝部受损后期也会较多坏或者锚杆丝打断，即使当时没有断丝部受损后期也会较多的出现退丝脱丝现象。的出现退丝脱丝现象。主井副井n 1.1.锚杆预紧扭矩问题：锚杆预紧扭矩问题：主井副井n 2.2.锚杆设计角度的选取：锚杆设计角度的选取：2.1 带角度锚杆有以下缺点带角度锚杆有以下缺点2.1.1 使围岩中压应力区相互分离，大大减弱支护效果使围岩中压应力区相互分离，大大减弱支护效果;两角锚杆受力偏小，两角锚杆受力偏小，甚至受压，大大减
46、弱了锚杆的支护作甚至受压，大大减弱了锚杆的支护作用用;虽然锚杆抗拉性能好，但抗剪切力方面比较薄弱。虽然锚杆抗拉性能好，但抗剪切力方面比较薄弱。2.1.2 使锚杆尾部螺纹受力状态恶化，大大增加尾部螺纹使锚杆尾部螺纹受力状态恶化，大大增加尾部螺纹破断的机率，锚杆受力若偏荷载在上面会产生较大剪切力，破断的机率，锚杆受力若偏荷载在上面会产生较大剪切力，增大丝部断裂机率。增大丝部断裂机率。主井副井n 2 2 锚杆设计角度的选取：锚杆设计角度的选取：2.2 得出结论得出结论综合分析，锚杆垂直岩面施工效果最佳，但锚杆安装时综合分析，锚杆垂直岩面施工效果最佳，但锚杆安装时不能垂直于岩面的话，可增加调心球垫，从
47、现场支护效果看不能垂直于岩面的话，可增加调心球垫，从现场支护效果看两肩的锚杆、底部锚杆、帮部靠上的锚杆都应使用调心球垫。两肩的锚杆、底部锚杆、帮部靠上的锚杆都应使用调心球垫。主井副井 主井副井n 3 3 锚杆托板的设计及加工：锚杆托板的设计及加工：3.1 托板承载力托板承载力3.1.1 MT146.2-2002规范中要求规范中要求托板承载力应不小于杆托板承载力应不小于杆体的屈服载荷体的屈服载荷，托盘压缩量达到其高度，托盘压缩量达到其高度30%时的试验载荷为时的试验载荷为托板的承载力。托板的承载力。3.1.2 修订后的修订后的MT146.2-2011中对托板尺寸要求相同，中对托板尺寸要求相同，托
48、板承载力要求应不小于与之配套杆体屈服力标准值的托板承载力要求应不小于与之配套杆体屈服力标准值的1.3倍，托板被拉穿前的最大力即为托板承载力。倍，托板被拉穿前的最大力即为托板承载力。主井副井n 3 3 锚杆托板的设计及加工：锚杆托板的设计及加工：3.1 托板承载力托板承载力3.1.3 结合目前煤矿井下最常用的结合目前煤矿井下最常用的22mm的的335号和号和500号锚杆，杆体屈服力分别为号锚杆，杆体屈服力分别为127kN和和190kN,按照规范要求，按照规范要求，对应的托板承载力不低于对应的托板承载力不低于165kN和和247kN。在不考虑托板其。在不考虑托板其它参数的情况下，托板承载力需要在万
49、能试验机试验后确定。它参数的情况下，托板承载力需要在万能试验机试验后确定。主井副井n 3 3 锚杆托板的设计及加工：锚杆托板的设计及加工：3.2 托板材质及加工托板材质及加工目前煤矿井下较常用的托板材料为目前煤矿井下较常用的托板材料为Q195或或Q235号，即号，即托板钢材的屈服载荷为托板钢材的屈服载荷为195MPa或或235MPa.很多锚杆托板钢很多锚杆托板钢板采用板采用Q195号而不用号而不用Q235号，主要是由于号，主要是由于Q235钢板强度钢板强度相对较高，相对较高，冷冲压后容易出现开裂现象，直接影响了托板的冷冲压后容易出现开裂现象，直接影响了托板的冷冲压托板开裂力学性能。冷冲压托板开
50、裂力学性能。主井副井n 3 3 锚杆托板的设计及加工：锚杆托板的设计及加工：3.2 托板材质及加工托板材质及加工部分托板加工后，出现托板下端面不平四角翘起的情况，部分托板加工后，出现托板下端面不平四角翘起的情况，也严重影响了托板的力学性能，并且可能导致对钢带等其它也严重影响了托板的力学性能，并且可能导致对钢带等其它护表构件的损伤。（形成剪切力破坏锚杆丝部）煤矿井下托护表构件的损伤。（形成剪切力破坏锚杆丝部）煤矿井下托板使用过程中也出现了由于托板材质及加工问题导致的支护板使用过程中也出现了由于托板材质及加工问题导致的支护失效情况。甚至出现螺母拉穿托板的现象，托板失效。失效情况。甚至出现螺母拉穿托
