樹脂錨桿支護概述

1、121.1 1.1 樹脂錨桿支護定義、原理樹脂錨桿支護定義、原理 樹脂錨桿支護是樹脂錨固劑配以各種材質(zhì)桿體的樹脂錨桿支護是樹脂錨固劑配以各種材質(zhì)桿體的錨桿進行工程支護的錨桿支護技術。錨桿進行工程支護的錨桿支護技術。 它的工作原理是它的工作原理是:把以樹脂膠泥為基礎的膠粘劑和把以樹脂膠泥為基礎的膠粘劑和固化劑（二者完全分開）用錨桿輕輕裝入鉆孔，隨后固化劑（二者完全分開）用錨桿輕輕裝入鉆孔，隨后將錨桿以一定速度邊旋轉(zhuǎn)邊攪拌地推入到眼孔底部，將錨桿以一定速度邊旋轉(zhuǎn)邊攪拌地推入到眼孔底部，把兩種化學物質(zhì)充分混合，使膠粘劑迅速聚合并使錨把兩種化學物質(zhì)充分混合，使膠粘劑迅速聚合并使錨固段錨桿與鉆孔孔璧緊密

2、地粘結在一起取得較高的強固段錨桿與鉆孔孔璧緊密地粘結在一起取得較高的強度，并通過托板的安裝和螺母的擰緊，對圍巖起到支度，并通過托板的安裝和螺母的擰緊，對圍巖起到支護作用。護作用。3金屬網(wǎng)鋼帶托板減摩墊片扭矩螺母螺紋鋼錨桿樹脂錨固劑4 樹脂錨固劑生產(chǎn)必須執(zhí)行中華人民共和國行樹脂錨固劑生產(chǎn)必須執(zhí)行中華人民共和國行業(yè)標準。廠家應提供質(zhì)量合格、穩(wěn)定的產(chǎn)品，錨業(yè)標準。廠家應提供質(zhì)量合格、穩(wěn)定的產(chǎn)品，錨固劑中固化劑的顏色必須符合行業(yè)標準中的規(guī)定，固劑中固化劑的顏色必須符合行業(yè)標準中的規(guī)定，對錨固劑的性能、特征、外形尺寸、攪拌時間、對錨固劑的性能、特征、外形尺寸、攪拌時間、初凝時間及正確的使用方法均在產(chǎn)品說

3、明書中說初凝時間及正確的使用方法均在產(chǎn)品說明書中說明。使用樹脂錨固劑的井口內(nèi)不得同時混用不同明。使用樹脂錨固劑的井口內(nèi)不得同時混用不同生產(chǎn)廠家的錨固劑。變更供應廠家或應用新型錨生產(chǎn)廠家的錨固劑。變更供應廠家或應用新型錨固劑前必須經(jīng)本單位分管掘進副總工程師以上技固劑前必須經(jīng)本單位分管掘進副總工程師以上技術領導批準，并針對變更后的錨固劑性能采取相術領導批準，并針對變更后的錨固劑性能采取相應措施。應措施。5 樹脂錨固劑生產(chǎn)廠家提供質(zhì)量合格、穩(wěn)定的產(chǎn)品，錨固劑中樹脂錨固劑生產(chǎn)廠家提供質(zhì)量合格、穩(wěn)定的產(chǎn)品，錨固劑中固化劑的顏色必須統(tǒng)一，超快速固化劑的顏色必須統(tǒng)一，超快速CKa為黃色、為黃色、 CK為紅色

4、，快速為紅色，快速K為藍色，中速為藍色，中速Z為白色，對錨固劑的性能、特征、外形尺寸、為白色，對錨固劑的性能、特征、外形尺寸、攪拌時間、初凝時間及正確的使用方法均在產(chǎn)品中說明。攪拌時間、初凝時間及正確的使用方法均在產(chǎn)品中說明。 表表1 產(chǎn)品分類及性能指標產(chǎn)品分類及性能指標類型特性凝膠時間/s等待時間/s顏色標識參考攪拌時間（s）CKa超快速8251030黃CK8401060紅815K快速419090180藍1525Z中速91180480白2535注：在（221）環(huán)境溫度下測定61.2.1 1.2.1 樹脂錨桿支護三徑匹配定義樹脂錨桿支護三徑匹配定義l樹脂錨桿支護三徑是指鉆孔直徑、錨桿樹脂錨桿支

5、護三徑是指鉆孔直徑、錨桿直徑、樹脂藥卷直徑。直徑、樹脂藥卷直徑。l樹脂錨桿支護三徑匹配是指鉆孔直徑、樹脂錨桿支護三徑匹配是指鉆孔直徑、錨桿直徑、樹脂藥卷直徑錨桿直徑、樹脂藥卷直徑“三徑三徑”之間之間的最佳配合，從而使樹脂錨桿支護結構的最佳配合，從而使樹脂錨桿支護結構整體達到最佳的支護狀態(tài)。整體達到最佳的支護狀態(tài)。7圖圖1 鉆孔直徑、錨桿直徑、樹脂藥卷直徑關系示意圖鉆孔直徑、錨桿直徑、樹脂藥卷直徑關系示意圖8 徐州礦區(qū)煤巷施工的鉆孔直徑原是徐州礦區(qū)煤巷施工的鉆孔直徑原是29mm、33mm、43mm等幾種。錨桿鉆等幾種。錨桿鉆孔直徑多為孔直徑多為29mm。鉆孔直徑應主要根據(jù)。鉆孔直徑應主要根據(jù)錨桿

6、的錨固力、錨固成本和鉆孔效率確錨桿的錨固力、錨固成本和鉆孔效率確定。圖定。圖2為不同鉆孔直徑錨桿的錨固力。為不同鉆孔直徑錨桿的錨固力。9 圖圖2 樹脂藥卷錨固樹脂藥卷錨固100mm螺紋鋼錨桿錨固力螺紋鋼錨桿錨固力10l 錨桿直徑為20mm、18mm左旋無縱筋、帶縱筋螺紋鋼錨桿在300號混凝土中錨固長度100mm的錨固力直徑為20mm錨桿錨固力隨著鉆孔直徑（孔經(jīng)為2629mm區(qū)間）的增加而增大，到29mm時達到最大，左旋無縱筋螺紋鋼錨桿的錨固力為55kN，帶縱筋建筑螺紋鋼錨桿錨固力為41kN。超過29mm后則迅速降低；直徑為18mm帶縱筋建筑螺紋鋼錨桿錨固力隨著鉆孔直徑增大（孔徑為2643）而減

7、小，孔徑為26mm時，錨固力最大，為43kN，孔徑為28mm時錨固力次之，為35kN，孔徑為33mm時，錨固力迅速下降，為5kN，孔徑為43mm時，錨固力降低為零。11圖圖3 無縱筋螺紋鋼錨桿錨固力與錨桿鉆孔直徑的關系無縱筋螺紋鋼錨桿錨固力與錨桿鉆孔直徑的關系12圖圖4 有縱筋建筑螺紋鋼錨桿錨固力與錨桿鉆孔直徑的關系有縱筋建筑螺紋鋼錨桿錨固力與錨桿鉆孔直徑的關系13l 從試驗結果分析可知：直徑20mm的錨桿，鉆孔直徑為29mm時錨固力最大，宜采用直徑為29mm的鉆孔。直徑為18mm的錨桿，鉆孔直徑為26mm時錨固力最大，宜采用直徑為26mm的鉆孔。l 但是在實際施工中，鉆孔直徑選取考慮的是綜合

8、因素，既要考慮錨固力最大，又要考慮錨固成本降低、鉆孔效率高、施工和組織管理的方便有效性等。實踐結果表明：鉆孔直徑越大，錨固成本越高、鉆孔時間越長。這是顯而易見的，因為在錨桿直徑、錨固長度相同的情況下，鉆孔直徑越大，鉆宵量越大，鉆孔時間也越長。綜合考慮多種因素，統(tǒng)籌最優(yōu)匹配結果為：直徑18、20、22mm的錨桿，選取的鉆孔直徑為29mm。14l 在直徑為2633mm鉆孔中使用直徑為18、20、22mm帶縱筋建筑螺紋鋼錨桿時，錨桿的錨固力與孔徑的關系和無縱筋螺紋鋼錨桿錨固力變化趨勢相似，但在相同條件下無縱筋螺紋鋼錨桿錨固力比帶縱筋建筑螺紋鋼錨桿錨固力大。l 帶縱筋建筑螺紋鋼錨桿直徑與鉆孔直徑的合理

9、匹配為它們的直徑之差為612mm，即錨固劑的環(huán)形厚度612mm，以810mm為最好；左旋無縱筋螺紋鋼錨桿直徑與與鉆孔直徑的合理匹配為它們的直徑之差為610mm，即錨固劑的環(huán)形厚度610mm，以78mm為最好。15l 錨桿直徑增大將使錨桿支護成本增加，當鉆孔直徑為29mm、錨固長度相同的情況時，如果以直徑14mm帶縱筋建筑螺紋鋼錨桿支護成本為基準，其他錨桿支護成本增加的百分比見下列表1.l隨著錨桿直徑的加大，錨桿的錨固力也隨之大大提高。螺紋鋼錨桿強度增加的百分比如表2所示。對比表1和表2可以明顯看出，錨桿直徑增大，錨固成本增大，其增加的幅度為313%。錨桿直徑增大錨固力也增大，其增加幅度為311

10、47%。兩個增加幅度相差懸殊，后者增加幅度是前者的1011倍。由此可見，適當加大錨桿桿體直徑在技術和經(jīng)濟上是十分有利的。16錨桿直徑錨桿直徑mm mm 1416182022帶縱筋帶縱筋建筑螺紋鋼建筑螺紋鋼 025611無縱筋螺紋鋼無縱筋螺紋鋼 6813Q235Q235圓鋼圓鋼 3591217錨桿直徑錨桿直徑mm mm 14141616181820202222破斷強度破斷強度增加百分比增加百分比 0 01313656510410414714718l 分析可知，為了使錨固劑效果充分發(fā)揮，錨桿能夠便利順暢安裝，在使用無縱筋左旋螺紋鋼錨桿時，鉆孔直徑與錨桿直徑之差應為610mm；在使用帶縱筋建筑螺紋鋼

11、錨桿時，鉆孔直徑與錨桿直徑之差應為612mm。在錨固長度和鉆孔直徑一定時，錨桿直徑由14mm加大到22mm后錨桿的錨固力提高147%，但是錨固成本僅增加了13%，因此，適當加大錨桿桿體直徑在技術和經(jīng)濟上是十分有利的。19 錨桿直徑的確定主要應考慮錨桿具有可靠支護阻力的同時，在技術上可行，經(jīng)濟上合理。 （1）滿足支護阻力的要求 為有效控制頂板巖層的變形和離層，頂板錨桿必須給頂板巖層可靠的支護阻力。在錨桿密度和桿體材質(zhì)一定時，影響支護阻力大小的主要因素是錨桿直徑。錨桿支護阻力的大小與桿體的直徑成正比，即錨桿直徑越大，錨桿的支護阻力越大，同時錨桿支護系統(tǒng)的剛度也越大。較高的支護阻力和較大的系統(tǒng)剛度可

12、以有效地約束頂板的變形，保證巷道穩(wěn)定性。因此，單從提高錨桿支護阻力和系統(tǒng)剛度的角度來看，錨桿直徑越大越好。20 （2）技術的可行性 這主要是針對錨固效果而言的，國外研究結果表明，錨孔直徑與錨桿直徑相差410mm時全長錨固效果好。但國內(nèi)錨孔是分段形成的，其成形質(zhì)量及直度均相對差些，而且我國錨桿桿體質(zhì)量也較差。根據(jù)這一特點，我們在實驗室試驗及理論研究結果表明，錨孔與錨桿直徑相差612mm為宜。在錨梁網(wǎng)支護巷道中頂板采用直徑27或28mm鉆頭鉆錨孔，故頂板錨桿直徑為1820mm時較合適。21 （3）經(jīng)濟合理性 經(jīng)濟合理性主要是指要選擇適中的錨桿直徑。要分析清楚支護巷道的開采技術和工程地質(zhì)條件。不要把

13、錨桿工作阻力選的過大或過小。過小不能保證巷道支護的穩(wěn)定性；過大造成材料浪費，增大巷道支護費用，在錨桿采用樹脂藥卷（即樹脂錨固劑）全長錨固時，同一鉆孔內(nèi)的錨固劑體積與錨桿桿體體積它們二者之和為一常量（等于鉆孔體積），增大錨桿直徑可以減少錨固劑的用量。但隨著錨桿直徑的加大，每孔的錨固總成本是逐漸增加的。樹脂藥卷全長錨固時，在錨孔直徑一定的情況下（28mm），錨桿直徑每增加2mm，錨固成本增加約0.9元。 錨桿工作阻力的確定受多種因素影響。如：開采深度、支承壓力、巖石性質(zhì)、巷道斷面等。這可在巷道支護設計時確定。目前，徐州礦區(qū)設計選用的錨桿直徑多為18mm、20mm及22mm的左旋無縱筋螺紋鋼錨桿。2

14、2 樹脂藥卷直徑確定的原則：一是應在確定的鉆孔樹脂藥卷直徑確定的原則：一是應在確定的鉆孔直徑條件下，保證樹脂藥卷能夠得到順利安裝；二是直徑條件下，保證樹脂藥卷能夠得到順利安裝；二是保證樹脂藥卷能夠順利安裝的條件下，將其直徑盡量保證樹脂藥卷能夠順利安裝的條件下，將其直徑盡量加大。樹脂錨固劑藥卷盡量加大有如下好處：一是在加大。樹脂錨固劑藥卷盡量加大有如下好處：一是在錨桿攪拌樹脂藥卷時，有利于樹脂膠泥和固化劑充分錨桿攪拌樹脂藥卷時，有利于樹脂膠泥和固化劑充分混合，樹脂藥卷錨固強度能夠得到充分發(fā)揮；二是在混合，樹脂藥卷錨固強度能夠得到充分發(fā)揮；二是在用相同體積的樹脂藥卷時，由于藥卷直徑的加大，藥用相同

15、體積的樹脂藥卷時，由于藥卷直徑的加大，藥卷總長度可以縮短，減少裝藥工序和藥卷在孔中的占卷總長度可以縮短，減少裝藥工序和藥卷在孔中的占據(jù)長度，方便錨桿安裝。據(jù)長度，方便錨桿安裝。23 綜合分析研究結果，在綜合分析研究結果，在29mm29mm鉆孔中可以使用鉆孔中可以使用直徑直徑181822mm22mm無縱筋螺紋鋼錨桿或無縱筋螺紋鋼錨桿或161620mm20mm有縱筋有縱筋建筑螺紋鋼錨桿時，使用樹脂藥卷直徑為建筑螺紋鋼錨桿時，使用樹脂藥卷直徑為23 23 25mm25mm比較合適；對與直徑為比較合適；對與直徑為33mm33mm鉆孔，使用直徑鉆孔，使用直徑242426mm26mm無縱筋螺紋鋼錨桿或無縱

16、筋螺紋鋼錨桿或222224mm24mm有縱筋建筑螺紋有縱筋建筑螺紋鋼錨桿時，使用樹脂藥卷直徑為鋼錨桿時，使用樹脂藥卷直徑為2828比較合適。比較合適。24l 在相同鉆孔直徑和錨桿直徑條件下，錨固長度增加，其錨固成本增加。如，鉆孔直徑為29mm，錨桿直徑為20mm錨固長度從500mm增加到2000mm，樹脂藥卷成本由4元增加到12.9元，增加了8.9元。如何選擇錨固長度，對錨桿支護的技術經(jīng)濟效益影響明顯。這應該是在技術可行（支護安全可靠，滿足生產(chǎn)需要）的條件下，選擇經(jīng)濟的錨固長度。既不能用經(jīng)濟條件限制技術的合理性，也不能用技術的合理性無約束地增加經(jīng)濟費用。單純經(jīng)濟和單純技術的觀點，對錨桿支護的發(fā)

17、展都是不利的。25l 錨桿的錨固方式有端錨、加長錨和全長錨。錨桿的這些錨固方式有著各自的使用條件，這要根據(jù)實際需要確定。l 錨桿采用全長錨固，圍巖避免了集中受力點，且能夠得到更有效加固，錨桿受力條件有所改善，實際錨固力增大。根據(jù)實測結果，錨桿全長錨固，安裝24小時后，測得最大錨固力為100kN，在錨桿正常工作時可隨著外部載荷的增加和圍巖變形達到屈服載荷或極限載荷。26l 全長錨固能夠提供更高的抗剪能力。頂板受垂直層面方向的應力作用時，巖層常常發(fā)生沿層間的錯動，這使層面間的粘聚力迅速降低，繼而使巖層間發(fā)生離層和破壞。在錨桿提供全長錨固后，鉆孔中沒有空隙或空隙較小，錨固劑和錨桿的存在將增強層面間的

18、抗剪能力，減輕巖層間的錯動。從而提高頂板的穩(wěn)定性。l 全長錨固錨桿能有效提高錨桿支護系統(tǒng)的剛度，限制圍巖變形。錨桿全長錨固時，沿錨桿桿體全長或較長范圍內(nèi)與圍巖緊密粘接，在錨固范圍內(nèi)圍巖任一點發(fā)生離層和變形，錨桿都能夠提供較大的錨固力，錨桿伸長1mm，可產(chǎn)生1020kN的錨固力，顯著提高了錨桿支護系統(tǒng)的剛度，因此可以減小圍巖變形的發(fā)生。但全長錨固應用在要求變形量小且支護強度大的地方。27 它給錨桿安裝帶來一定的困難，裝藥數(shù)量多、占用時間長、錨桿起始安裝外露長度大、錨桿鉆機扭矩小，攪拌困難、錨固費用高等。但是，煤礦井下變形量大，支護強度相對較小，全長錨固高額的費用一般難以承受，如果支護密度不足，全

19、長錨固可能要起反作用，造成樹脂錨固體被破壞，反而降低錨固力，甚至錨桿失效。28l實踐表明：在頂板較完整、穩(wěn)定并且應力不大的類回采巷道和部分類巷道中使用端頭錨固；在部分類和、類不穩(wěn)定圍巖巷道中采用加長錨固，給錨桿留一定的自由段，既能有效地對圍巖進行加固，減少圍巖變形，保持巷道穩(wěn)定，又能滿足現(xiàn)場工藝操作簡單方便的要求。具有很強的操作性和實用性。它集合了全錨和端錨的優(yōu)點，揚棄了全錨和端錨的缺點，實現(xiàn)了經(jīng)濟技術的優(yōu)良結合。29 （1） 錨桿直徑對于是否能夠有效充分地均勻攪拌樹脂藥卷以及錨桿是否能夠順利安裝起著非常關鍵的作用。當使用無縱筋左旋螺紋鋼錨桿時鉆孔直徑與錨桿直徑之差應在610mm之間；當使用帶縱筋建筑