錨桿支護與監(jiān)測

1、State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （

2、CUMT）1、幾個基本概念、幾個基本概念2、煤巷錨桿支護現(xiàn)狀與發(fā)展、煤巷錨桿支護現(xiàn)狀與發(fā)展 3、錨桿支護理論、錨桿支護理論4、錨桿支護技術體系、錨桿支護技術體系5、設計與監(jiān)測、設計與監(jiān)測State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT） 錨桿錨桿是錨固在巖體內維護圍巖穩(wěn)定的桿狀結構物。對地是錨固在巖體內維護圍巖穩(wěn)定的桿狀結構物。對地下工程的圍巖以錨桿作為支護系統(tǒng)的主要構件，就形成下工程的圍巖以錨桿作為支護系統(tǒng)的主要構件，就形成錨桿支護系統(tǒng)。錨桿支護系統(tǒng)。單體錨桿單體錨桿主要由錨頭（錨固段）、桿體、錨尾（外錨主要由錨頭（錨固

3、段）、桿體、錨尾（外錨頭）、托盤等部件組成。頭）、托盤等部件組成。錨桿的錨固力：錨桿的錨固力：錨桿對圍巖所產(chǎn)生的約束力。錨桿對圍巖所產(chǎn)生的約束力。托錨力：托錨力：包括安裝錨桿時，通過擰緊螺母產(chǎn)生的錨桿托包括安裝錨桿時，通過擰緊螺母產(chǎn)生的錨桿托板對圍巖的預緊力。板對圍巖的預緊力。1、幾個概念、幾個概念State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）粘錨力：粘錨力：粘結劑將圍巖與錨桿粘結成整體，由于圍巖深部粘結劑將圍巖與錨桿粘結成整體，由于圍巖深部與淺部變形的差異，錨桿通過粘結劑對圍巖施加粘結力來與淺部變形的差異，錨桿通過粘

4、結劑對圍巖施加粘結力來抑制圍巖變形。粘錨力就是錨桿桿體的軸力。抑制圍巖變形。粘錨力就是錨桿桿體的軸力。初錨力：初錨力：安設錨桿時，對錨桿進行拉張而使其具有的作用安設錨桿時，對錨桿進行拉張而使其具有的作用于圍巖的力稱為初錨力。于圍巖的力稱為初錨力。工作錨固力：工作錨固力：錨桿安設后，圍巖變形，錨固劑發(fā)揮粘結作錨桿安設后，圍巖變形，錨固劑發(fā)揮粘結作用；或者桿體與圍巖之間的摩擦力制約圍巖變形，此時錨用；或者桿體與圍巖之間的摩擦力制約圍巖變形，此時錨桿對圍巖的作用力為工作錨固力。桿對圍巖的作用力為工作錨固力。殘余錨固力：殘余錨固力：當圍巖表面和深部的相對變形量超過錨固劑當圍巖表面和深部的相對變形量超過

5、錨固劑的極限變形量以后，錨固劑被破壞，工作錨固力喪失后，的極限變形量以后，錨固劑被破壞，工作錨固力喪失后，錨桿對圍巖仍具有的約束力，稱為殘余錨固力。錨桿對圍巖仍具有的約束力，稱為殘余錨固力。State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）1995年時國內外狀況年時國內外狀況澳、美、英錨桿支護比重已達澳、美、英錨桿支護比重已達90%以上，德、俄、波正在以上，德、俄、波正在大力發(fā)展，比重在大力發(fā)展，比重在50%以上；我國為以上；我國為15.15%（低水平）。（低水平）。2、煤巷錨桿支護現(xiàn)狀與發(fā)展、煤巷錨桿支護現(xiàn)狀與發(fā)展Sta

6、te Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）最早使用錨桿并以錨桿作為唯一頂板支護方式的國家。最早使用錨桿并以錨桿作為唯一頂板支護方式的國家。上世紀上世紀30年代初開始應用，年代初開始應用，1943年后系統(tǒng)地使用錨桿。年后系統(tǒng)地使用錨桿。到了到了50年代初，美國發(fā)明了世界上第一個漲殼式錨頭，年代初，美國發(fā)明了世界上第一個漲殼式錨頭，由此而來帶來了美國采礦工業(yè)的一場革命。由此而來帶來了美國采礦工業(yè)的一場革命。60年代末發(fā)明樹脂錨固劑，錨桿使用的相當一部分比例年代末發(fā)明樹脂錨固劑，錨桿使用的相當一部分比例都是以樹脂錨固劑全長膠結

7、的形式。都是以樹脂錨固劑全長膠結的形式。在在70年代末，美國首次將漲殼式錨頭與樹脂錨固劑聯(lián)合年代末，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拉力，錨桿的高預拉力可使用，使得錨桿具有很高的預拉力，錨桿的高預拉力可以達到桿體本身強度的以達到桿體本身強度的50%75%。2.1、國外錨桿支護的發(fā)展現(xiàn)狀、國外錨桿支護的發(fā)展現(xiàn)狀美國美國State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）美國錨桿技術精髓美國錨桿技術精髓 “兩高一大兩高一大”支護領域的專業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化。支護領域的專業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化。錨桿設計、制造、服務一體

8、化。錨桿設計、制造、服務一體化。錨桿等支護產(chǎn)品精細加工，而非材料消耗、廢品利用錨桿等支護產(chǎn)品精細加工，而非材料消耗、廢品利用 支護手段多樣化、多系列，以適應各種不同的條件。支護手段多樣化、多系列，以適應各種不同的條件。 高新技術用于錨桿設計。高新技術用于錨桿設計。美國的成功經(jīng)驗美國的成功經(jīng)驗State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）1952年大規(guī)模使用機械式錨桿，但最終證明英國較年大規(guī)模使用機械式錨桿，但最終證明英國較軟弱的煤系地層不適宜用機械式錨桿。軟弱的煤系地層不適宜用機械式錨桿。到到60年代中期，英國逐漸開始

9、不使用錨桿支護技術。年代中期，英國逐漸開始不使用錨桿支護技術。1987年，由于煤礦虧損，煤礦私有化。英國煤炭公年，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，引進澳大利亞錨桿技術，在司參觀澳大利亞煤礦，引進澳大利亞錨桿技術，在全行業(yè)重新推廣錨桿支護，煤礦開始盈利。全行業(yè)重新推廣錨桿支護，煤礦開始盈利。英國英國State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）主要推廣全長樹脂錨固錨桿，強調錨桿強度要高。主要推廣全長樹脂錨固錨桿，強調錨桿強度要高。其錨桿設計方法是將地質調研、設計、施工、監(jiān)其錨桿設計方法是將地質調研

10、、設計、施工、監(jiān)測、信息反饋等相互關聯(lián)、相互制約的各個部分測、信息反饋等相互關聯(lián)、相互制約的各個部分作為一個系統(tǒng)工程進行考察，使它們形成一個有作為一個系統(tǒng)工程進行考察，使它們形成一個有機的整體，形成了錨桿支護系統(tǒng)的設計方法。機的整體，形成了錨桿支護系統(tǒng)的設計方法。澳大利亞澳大利亞State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）自自1932年發(fā)明型鋼支架以來，主要采用型鋼年發(fā)明型鋼支架以來，主要采用型鋼支架支護巷道，支護比重達到支架支護巷道，支護比重達到90%以上。以上。自自80年代以來，由于采深加大，型鋼支架支護年代以來

11、，由于采深加大，型鋼支架支護費用高，巷道維護日益困難，開始使用錨桿支護。費用高，巷道維護日益困難，開始使用錨桿支護。80年代初期，錨桿支護在魯爾礦區(qū)試驗成功。年代初期，錨桿支護在魯爾礦區(qū)試驗成功。德國德國State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）研制開發(fā)了價廉物美的快硬水泥錨桿。研制開發(fā)了價廉物美的快硬水泥錨桿。引進管縫式錨桿技術并推廣應用。引進管縫式錨桿技術并推廣應用。研究研究“三小三小”錨桿技術。錨桿技術。試驗成功了幾種可拉伸錨桿、組合錨桿和桁架式錨桿等試驗成功了幾種可拉伸錨桿、組合錨桿和桁架式錨桿等80年代末

12、期，引進澳大利亞錨桿支護技術。年代末期，引進澳大利亞錨桿支護技術。90年代中期，中等穩(wěn)定以上條件樹脂錨桿研制成功并大年代中期，中等穩(wěn)定以上條件樹脂錨桿研制成功并大范圍推廣應用。范圍推廣應用。2.2、我國煤巷錨桿支護技術狀況、我國煤巷錨桿支護技術狀況State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）1995年立項時年立項時錨桿支護比重。我國錨桿支護比重。我國15.15%。錨桿支護。由錨桿支護。由Q235圓鋼制造，承載能力圓鋼制造，承載能力40 70 kN/根，根，水泥藥卷端錨；用于水泥藥卷端錨；用于、類及部分類及部分類煤巷。

13、類煤巷。類別類別非常穩(wěn)定非常穩(wěn)定穩(wěn)穩(wěn) 定定中等穩(wěn)定中等穩(wěn)定 不穩(wěn)定不穩(wěn)定 極不穩(wěn)定極不穩(wěn)定State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）錨桿支護比重約錨桿支護比重約25% 。巷道面貌根本改觀。巷道面貌根本改觀。擴大使用范圍。擴大使用范圍。、類推廣，類推廣，、類試驗成功。類試驗成功。原因：理論、設計方法、工藝取得了突破。原因：理論、設計方法、工藝取得了突破。2001年時年時State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）2.3、國內外錨桿使用條件的

14、差別、國內外錨桿使用條件的差別國外均使用在煤質中硬以上。國外均使用在煤質中硬以上。我國煤巷錨桿支護主要使用在煤質中硬、圍巖我國煤巷錨桿支護主要使用在煤質中硬、圍巖穩(wěn)定程度較高的穩(wěn)定程度較高的、類回采巷道。類回采巷道。軟巖回采巷道、深井巷道、沿空掘巷等復雜困軟巖回采巷道、深井巷道、沿空掘巷等復雜困難條件下的錨桿支護正在進行試驗性研究，近難條件下的錨桿支護正在進行試驗性研究，近幾年取得較大突破。幾年取得較大突破。State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）19451950：機械式錨桿的研究與應用。：機械式錨桿的研究與應用

15、。19501960：采礦業(yè)廣泛采用機械式錨桿。：采礦業(yè)廣泛采用機械式錨桿。19601970： 發(fā)明了樹脂藥卷，引發(fā)錨桿技術的一次發(fā)明了樹脂藥卷，引發(fā)錨桿技術的一次革命，樹脂錨桿在礦山得到應用。革命，樹脂錨桿在礦山得到應用。19701980：發(fā)明管縫式錨桿、水力脹管式錨桿并應：發(fā)明管縫式錨桿、水力脹管式錨桿并應用，研究錨桿新的設計方法，長錨索產(chǎn)生。用，研究錨桿新的設計方法，長錨索產(chǎn)生。19801990：混合錨頭錨桿、組合錨桿、桁架錨桿及：混合錨頭錨桿、組合錨桿、桁架錨桿及各種特種錨桿得到應用，樹脂錨固材料得到改進。各種特種錨桿得到應用，樹脂錨固材料得到改進。2.4、錨桿支護的發(fā)展方向、錨桿支護的

16、發(fā)展方向State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）煤巷錨桿支護的發(fā)展方向煤巷錨桿支護的發(fā)展方向加快巷道掘進速度；加快巷道掘進速度；減少巷道支護成本；減少巷道支護成本；提高錨桿支護的可靠性。提高錨桿支護的可靠性。State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）錨桿長度和受力可確定。錨桿長度和受力可確定?？缍容^大和軟弱巖層厚度過大時？跨度較大和軟弱巖層厚度過大時？3.1：懸吊理論：懸吊理論3、錨桿支護理論、錨桿支護理論State Key Labo

17、ratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）在頂板較破碎、連續(xù)性受到破壞時，組合梁也就不存在了。在頂板較破碎、連續(xù)性受到破壞時，組合梁也就不存在了。 組合梁理論適用于層狀頂板錨桿支護的設計，對于巷道的組合梁理論適用于層狀頂板錨桿支護的設計，對于巷道的幫、底不適用。幫、底不適用。 3.2：組合梁理論：組合梁理論State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）3.3：壓縮拱理論：壓縮拱理論理論認為：安裝錨桿后可形成一個承壓拱。理論認為：安裝錨桿后可形成一個承壓拱。承壓拱厚度和

18、強度？承壓拱厚度和強度？State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）3.4：圍巖強度強化理論：圍巖強度強化理論理論提出的背景理論提出的背景State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）（a）嚴格的分區(qū)（）嚴格的分區(qū)（b）近似的分區(qū)）近似的分區(qū)State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）錨桿作用圍巖的屬性錨桿作用圍巖的屬性State Key Laboratory of

19、 Coal Resources and Mine Safety （CUMT）懸吊、組合梁、壓縮拱理論是針對彈性狀態(tài)的完整巖體。懸吊、組合梁、壓縮拱理論是針對彈性狀態(tài)的完整巖體。研究錨桿支護對圍巖研究錨桿支護對圍巖E、C、 的改善也限于巖體破碎的改善也限于巖體破碎前的彈性狀態(tài)前的彈性狀態(tài) 。實際：煤巷圍巖松軟破碎，采動應力高；圍巖塑性區(qū)、實際：煤巷圍巖松軟破碎，采動應力高；圍巖塑性區(qū)、破碎區(qū)范圍大，巖體處于峰后強度、殘余強度狀態(tài)。破碎區(qū)范圍大，巖體處于峰后強度、殘余強度狀態(tài)。處于峰后強度和殘余強度的破碎巖體，錨桿支護能否起處于峰后強度和殘余強度的破碎巖體，錨桿支護能否起作用？作用機理是什么？作用

20、？作用機理是什么？State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）錨桿的作用錨桿的作用約束圍巖的徑向膨脹和橫向剪切約束圍巖的徑向膨脹和橫向剪切State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）錨固體錨固體C、 隨隨 t的增加而提高的增加而提高錨桿支護強度錨桿支護強度 t / MPa00.060.080.110.140.170.22等效內聚力等效內聚力C / MPa0.34660.35680.36260.36770.38280.37730.3869等效

21、內摩擦角等效內摩擦角 / 31.5131.5333.5135.5737.1438.840.4錨桿支護強度錨桿支護強度 t / MPa00.060.080.110.140.170.22等效內聚力等效內聚力C* / MPa0.01680.01820.01830.01840.01860.01940.021等效內摩擦角等效內摩擦角 * / 31.5131.5333.5135.5737.1438.840.4錨固體錨固體C*、 * 隨隨 t的增加而提高的增加而提高State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）錨桿支護作用的實質就是

22、錨桿錨桿支護作用的實質就是錨桿與圍巖相互作用，組成錨固體，與圍巖相互作用，組成錨固體，形成錨桿形成錨桿圍巖的共同承載結圍巖的共同承載結構，改善錨固體的力學參數(shù)，構，改善錨固體的力學參數(shù)，提高錨固體的強度，使巖體強提高錨固體的強度，使巖體強度，特別是峰后強度和殘余強度，特別是峰后強度和殘余強度得到強化度得到強化,充分發(fā)揮圍巖的自充分發(fā)揮圍巖的自承能力。承能力。 理論的實質理論的實質State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）3.5：預應力支護理論：預應力支護理論巷道受地應力影響巷道受地應力影響State Key Lab

23、oratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）水平應力水平應力水平應力水平應力垂直應力垂直應力水平應力水平應力水平應力水平應力垂直應力垂直應力State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）集中端頭錨固類集中端頭錨固類全長錨固類全長錨固類機械錨固類機械錨固類機械錨固類機械錨固類粘結錨固類粘結錨固類粘結錨固類粘結錨固類漲殼式錨桿漲殼式錨桿倒楔式錨桿倒楔式錨桿鋼絲繩砂漿錨桿鋼絲繩砂漿錨桿微膨脹水泥錨桿微膨脹水泥錨桿木錨桿木錨桿竹錨桿竹錨桿樹脂錨桿樹脂錨桿水泥錨桿水泥錨桿快硬水

24、泥錨桿快硬水泥錨桿壓縮木錨桿壓縮木錨桿普通木錨桿普通木錨桿管縫式錨桿管縫式錨桿水力膨脹式錨桿水力膨脹式錨桿全長樹脂錨桿全長樹脂錨桿全長水泥錨桿全長水泥錨桿鋼筋砂漿錨桿鋼筋砂漿錨桿4.1：錨桿種類：錨桿種類4、錨桿支護技術及體系、錨桿支護技術及體系State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）普通木錨桿結構普通木錨桿結構1-桿體桿體 2-楔縫楔縫 3-內楔塊內楔塊 4-墊板墊板 5-外楔快外楔快32145木錨桿：分為普通木和壓縮木錨桿。無預緊力，錨固力木錨桿：分為普通木和壓縮木錨桿。無預緊力，錨固力低，易腐爛，服務年限一

25、般低，易腐爛，服務年限一般23年。普通木錨桿錨固力年。普通木錨桿錨固力10kN15kN；壓縮木錨桿錨固力；壓縮木錨桿錨固力20kN左右。左右。321456壓縮木錨桿結構壓縮木錨桿結構1-桿體桿體 2-楔縫楔縫 3-內楔塊內楔塊 4-墊板墊板 5-加固鋼圈加固鋼圈 6-外楔快外楔快 State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）竹錨桿：分為片竹錨桿和百夾竹錨桿兩種。竹錨桿：分為片竹錨桿和百夾竹錨桿兩種。片竹錨桿：一般應用片竹錨桿：一般應用4根厚根厚10mm、寬、寬30-38mm的竹片，并應的竹片，并應用用22號鐵絲箍成圓

26、形。百夾竹錨桿：桿體選用直徑號鐵絲箍成圓形。百夾竹錨桿：桿體選用直徑2025mm百夾竹，將桿體對破開經(jīng)防腐處理后將竹心灌以百夾竹，將桿體對破開經(jīng)防腐處理后將竹心灌以1：2的水泥砂漿（兩端留木楔長度），然后用鐵絲捆扎而成。的水泥砂漿（兩端留木楔長度），然后用鐵絲捆扎而成。片竹錨桿結構片竹錨桿結構1-竹片桿體竹片桿體 2-鐵絲箍鐵絲箍 3-墊板墊板4-內楔塊內楔塊 6-外楔快外楔快-12345百夾竹錨桿結構百夾竹錨桿結構1-桿體桿體 2-鐵絲箍鐵絲箍 3-墊板墊板4-圓錐內楔圓錐內楔 5-圓錐外楔圓錐外楔42135State Key Laboratory of Coal Resources and

27、 Mine Safety （CUMT）楔縫式錨桿：一般用于楔縫式錨桿：一般用于I類圍巖。類圍巖。421356楔縫式錨桿結構楔縫式錨桿結構1-桿體桿體 2-楔縫楔縫 3-絲扣絲扣 4-楔子楔子 5-墊板墊板 6-螺母螺母State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT） 脹殼式錨桿：靠錐形螺脹殼式錨桿：靠錐形螺帽前移迫使脹殼向左右張帽前移迫使脹殼向左右張開、楔嵌入孔壁。錨桿結開、楔嵌入孔壁。錨桿結構較復雜，對圍巖能及時構較復雜，對圍巖能及時支護。錨固力一般為支護。錨固力一般為50100kN?？苫厥??？苫厥铡?State Ke

28、y Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）管縫式錨桿：是靠開縫的鋼管被強行打入錨桿孔（孔徑管縫式錨桿：是靠開縫的鋼管被強行打入錨桿孔（孔徑比錨桿外徑?。?，管體受擠后對圍巖孔壁產(chǎn)生彈性抗力。比錨桿外徑小），管體受擠后對圍巖孔壁產(chǎn)生彈性抗力。桿體與孔壁之間產(chǎn)生的軸向靜摩擦力阻止圍巖的松動、桿體與孔壁之間產(chǎn)生的軸向靜摩擦力阻止圍巖的松動、變形。該型錨桿支護效應快，桿體全長產(chǎn)生錨固力。錨變形。該型錨桿支護效應快，桿體全長產(chǎn)生錨固力。錨固力一般多固力一般多5070kN。 桿體墊板擋環(huán)State Key Laboratory of Coal

29、Resources and Mine Safety （CUMT） 玻璃纖維增強塑料錨桿（簡稱玻璃鋼錨桿）是一種高強易玻璃纖維增強塑料錨桿（簡稱玻璃鋼錨桿）是一種高強易切割新型復合材料錨桿。切割新型復合材料錨桿。特點：抗拉強度大，抗拉強度可與特點：抗拉強度大，抗拉強度可與20MnSi螺紋鋼錨桿抗拉螺紋鋼錨桿抗拉強度相媲美。阻燃、抗靜電、采煤機易切割、不產(chǎn)生火花，強度相媲美。阻燃、抗靜電、采煤機易切割、不產(chǎn)生火花，安全；安全； 重量輕，為鋼材的重量輕，為鋼材的1/4。大大減輕了工人的勞動強。大大減輕了工人的勞動強度；價格便宜，比同規(guī)格的鋼錨桿相比每米便宜度；價格便宜，比同規(guī)格的鋼錨桿相比每米便宜1

30、-2元。元。State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）第一代：機械式端頭錨固錨桿。第一代：機械式端頭錨固錨桿。40年代開始，在年代開始，在5060年代推廣。分為楔縫式、漲殼式、倒楔式等，其特點為年代推廣。分為楔縫式、漲殼式、倒楔式等，其特點為錨固力低、系統(tǒng)剛度小、可靠性差，受巖性影響大，其錨固力低、系統(tǒng)剛度小、可靠性差，受巖性影響大，其技術特征客觀上導致了使用的局限性。技術特征客觀上導致了使用的局限性。第二代：各種全錨錨桿提出。第二代：各種全錨錨桿提出。7080年代各種新型錨桿年代各種新型錨桿相繼問世，如砂漿錨桿、

31、樹脂錨桿、管縫式錨桿、水脹相繼問世，如砂漿錨桿、樹脂錨桿、管縫式錨桿、水脹錨桿等，它們的特點為全長錨固、錨固力大、可靠性高，錨桿等，它們的特點為全長錨固、錨固力大、可靠性高，適應性強。適應性強。4.2：錨桿的發(fā)展：錨桿的發(fā)展State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）第三代：螺紋鋼樹脂錨固錨桿占領市場階段。此外各種第三代：螺紋鋼樹脂錨固錨桿占領市場階段。此外各種適應特殊要求的錨桿得到發(fā)展，如適應可切割要求的玻適應特殊要求的錨桿得到發(fā)展，如適應可切割要求的玻璃鋼錨桿、塑料錨桿，適應軟巖大變形要求的等塑性錨璃鋼錨桿、塑料

32、錨桿，適應軟巖大變形要求的等塑性錨桿，適應大跨度的桁架和錨索等。桿，適應大跨度的桁架和錨索等。第四代：高性能預拉力錨桿在第四代：高性能預拉力錨桿在90年代末開始應用，并初年代末開始應用，并初步顯示出巨大的生命力。形成了錨桿產(chǎn)品的多樣化、多步顯示出巨大的生命力。形成了錨桿產(chǎn)品的多樣化、多系列，并實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，以適應各種不同的條件；錨桿系列，并實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，以適應各種不同的條件；錨桿設計、制造、服務一體化；將高新技術用于錨桿設計；設計、制造、服務一體化；將高新技術用于錨桿設計；強調錨桿的高強度、高預拉力，并將錨桿預拉力作為主強調錨桿的高強度、高預拉力，并將錨桿預拉力作為主要參數(shù)進行設計。要參數(shù)進行

33、設計。State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）4.3：錨桿常用鋼材及性能：錨桿常用鋼材及性能State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）普通圓鋼粘結式錨桿普通圓鋼粘結式錨桿State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）高強度、超高強度錨桿高強度、超高強度錨桿State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safet

34、y （CUMT）錨尾螺紋部分熱處理及效果錨尾螺紋部分熱處理及效果State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）整根錨桿熱處理及效果整根錨桿熱處理及效果State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）4.4：預拉力支護體系：預拉力支護體系 提出背景提出背景支護目的是減小屈服后強度降低，使破壞變得平緩。支護目的是減小屈服后強度降低，使破壞變得平緩。錨桿提供軸向力與切向力，減小不連續(xù)面抗剪強度的降低，錨桿提供軸向力與切向力，減小不連續(xù)面抗剪強度的降低，

35、阻止離層與滑動。保持節(jié)理煤巖體的原有強度、完整性。阻止離層與滑動。保持節(jié)理煤巖體的原有強度、完整性。給圍巖施加壓應力，改善應力狀態(tài)。給圍巖施加壓應力，改善應力狀態(tài)。提高錨桿支護系統(tǒng)的剛度非常重要，途徑：及時支護；施加提高錨桿支護系統(tǒng)的剛度非常重要，途徑：及時支護；施加高預應力，并實現(xiàn)預應力有效擴散；加長或全長錨固，使桿高預應力，并實現(xiàn)預應力有效擴散；加長或全長錨固，使桿體對圍巖離層、錯動非常敏感，及時抑制。大幅度提高支護體對圍巖離層、錯動非常敏感，及時抑制。大幅度提高支護系統(tǒng)剛度與強度，特別是預應力，可有效抑制圍巖結構面離系統(tǒng)剛度與強度，特別是預應力，可有效抑制圍巖結構面離層和彎曲變形。層和彎

36、曲變形。State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）預應力支護體系預應力支護體系高性能（預拉力）錨桿支護高性能（預拉力）錨桿支護小孔徑預拉力短錨索支護小孔徑預拉力短錨索支護鋼絞線預拉力桁架支護鋼絞線預拉力桁架支護組合支護組合支護State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT） 高性能（預拉力）錨桿系統(tǒng)的特點高性能（預拉力）錨桿系統(tǒng)的特點指桿體材質符合高指桿體材質符合高強度、延伸率要求、強度、延伸率要求、外形符合錨固要求、外形符合錨固要求、附件完

37、整、整體強附件完整、整體強度和幾何尺寸匹配、度和幾何尺寸匹配、能夠滿足鉆機連續(xù)能夠滿足鉆機連續(xù)一體化安裝并實現(xiàn)一體化安裝并實現(xiàn)預拉力的新型錨桿。預拉力的新型錨桿。State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）表面積不同表面積不同表面結構不同表面結構不同 螺紋鋼錨桿表面結構優(yōu)化螺紋鋼錨桿表面結構優(yōu)化State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT） 幾種錨桿幾種錨桿 State Key Laboratory of Coal Resources and

38、 Mine Safety （CUMT） State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）桿體采用左旋無縱筋螺紋鋼：攪拌樹脂阻力??；桿體采用左旋無縱筋螺紋鋼：攪拌樹脂阻力??；采取了減摩措施，方便施加預拉力：每套錨桿加兩采取了減摩措施，方便施加預拉力：每套錨桿加兩個減摩墊圈，一個金屬墊圈、一個塑料墊圈；個減摩墊圈，一個金屬墊圈、一個塑料墊圈；各種錨桿設計了快速安裝結構，可以實現(xiàn)樹脂攪拌、各種錨桿設計了快速安裝結構，可以實現(xiàn)樹脂攪拌、錨桿安裝及施加預拉力于一體；錨桿安裝及施加預拉力于一體；錨桿螺紋部分與桿體實現(xiàn)了等強；錨桿螺紋

39、部分與桿體實現(xiàn)了等強；錨桿支護系統(tǒng)強度配套：錨桿強度、托盤強度、鋼錨桿支護系統(tǒng)強度配套：錨桿強度、托盤強度、鋼帶強度三者匹配。帶強度三者匹配。新型錨桿及其加工的特點新型錨桿及其加工的特點State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）螺母螺母State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）墊圈和托板墊圈和托板State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）桁架錨桿是二十世紀桁

40、架錨桿是二十世紀60年代末出現(xiàn)的組合錨桿支護的一種年代末出現(xiàn)的組合錨桿支護的一種形式。形式。常見的桁架錨桿由錨桿、拉桿、拉緊器、墊塊組成。常見的桁架錨桿由錨桿、拉桿、拉緊器、墊塊組成。桁架錨桿的主要形式有：單式桁架錨桿、復式桁架錨桿（桁架錨桿的主要形式有：單式桁架錨桿、復式桁架錨桿（在巷道跨度方向上由在巷道跨度方向上由23個單式桁架錨桿交錯組成）、交個單式桁架錨桿交錯組成）、交叉桁架錨桿（在巷道交叉處單式桁架錨桿交叉成十字形）叉桁架錨桿（在巷道交叉處單式桁架錨桿交叉成十字形）和和 連續(xù)桁架錨桿（沿巷道軸向將單式或復式桁架錨桿連成連續(xù)桁架錨桿（沿巷道軸向將單式或復式桁架錨桿連成整體）等。整體）等

41、。桁架錨桿支護桁架錨桿支護State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT） 單式雙拉桿桁架錨桿單式雙拉桿桁架錨桿 1錨頭；錨頭；2錨桿；錨桿；3托架；托架；4水平拉桿水平拉桿 State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）復式桁架錨桿復式桁架錨桿 1錨桿；錨桿；2拉桿；拉桿；3拉緊器；拉緊器；4墊木墊木 State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）交叉桁架錨桿交叉桁架錨

42、桿 State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）桁架錨桿支護作用力桁架錨桿支護作用力 State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT） 小孔徑預拉力短錨索小孔徑預拉力短錨索鉆眼機具、錨固材料及攪拌沿用樹脂錨桿相關技術，鉆眼機具、錨固材料及攪拌沿用樹脂錨桿相關技術，較傳統(tǒng)的錨索大大簡化了施工難度。較傳統(tǒng)的錨索大大簡化了施工難度。鋼絞線具有柔性，長度可以適當加長；錨固深度大大鋼絞線具有柔性，長度可以適當加長；錨固深度大大提高。提高。專用設備施加預拉

43、力，預緊力大小隨意可調。專用設備施加預拉力，預緊力大小隨意可調。孔徑：國外大（孔徑：國外大（50-55mm），我們使用），我們使用28mm鉆機：國外為錨索鉆機鉆機：國外為錨索鉆機 ，我們用錨桿鉆機，我們用錨桿鉆機錨固方式和承載時間：國外用水泥漿，錨固方式和承載時間：國外用水泥漿，24小時后承載。小時后承載。我們用樹脂錨，我們用樹脂錨，5-10分鐘承載。分鐘承載。 State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）錨索材料及性能錨索材料及性能State Key Laboratory of Coal Resources and

44、 Mine Safety （CUMT）錨索結構錨索結構State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）HOUSINGSTIFFENER TUBEBIRD CAGEWEDGEWASHEROR PLATEBUTTONPOST TENSION CABLE BOLT后應力錨索（后應力錨索（PTMS系列）系列）State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Saf

45、ety （CUMT）NUTHOUSINGSTIFFENER TUBEBIRD CAGEWEDGEWASHEROR PLATEBUTTONNON-TENTIONED CABLE BOLT無應力錨索（無應力錨索（NTMS系列）系列）State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）CABLE BOLT- BARE CABLE快速安裝預應力錨索快速安裝預應力錨索State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）27mm27mm鉆頭鉆頭鉆桿鉆桿錨桿鉆機錨桿鉆機

46、快速藥包快速藥包中速藥包中速藥包鋼絞線鋼絞線驅動器驅動器錨固段錨固段托盤托盤鎖具鎖具張拉器張拉器切割器切割器超高壓隔油泵超高壓隔油泵State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT） 錨索存在的缺陷錨索存在的缺陷和和20mm的的20MnSi螺紋鋼錨桿強度區(qū)別不明顯；錨索螺紋鋼錨桿強度區(qū)別不明顯；錨索常出現(xiàn)破斷、抽冒現(xiàn)象常出現(xiàn)破斷、抽冒現(xiàn)象錨索和錨桿承載不同步，易超前錨桿集中受力錨索和錨桿承載不同步，易超前錨桿集中受力外端頭受力不良，與圍巖點接觸，頂板強化效果不明顯外端頭受力不良，與圍巖點接觸，頂板強化效果不明顯內錨固端的三

47、徑匹配不合理，錨固性能不可靠內錨固端的三徑匹配不合理，錨固性能不可靠錨索難以從根本上控制頂板的離層錨索難以從根本上控制頂板的離層State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT） 關于錨索的幾個問題關于錨索的幾個問題錨索的作用？錨索的作用？錨索的長度？錨索的長度？錨索的張拉力？錨索的張拉力？State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT） 高預拉力鋼絞線桁架系統(tǒng)高預拉力鋼絞線桁架系統(tǒng)將巷道兩肩窩深部巖體作為錨固點，張拉機具通過桁架將巷道兩肩窩深部巖體

48、作為錨固點，張拉機具通過桁架連接器將高強度的預應力鋼絞線鎖緊。連接器將高強度的預應力鋼絞線鎖緊。與錨索支護所用材料、施工機具和工藝都十分接近與錨索支護所用材料、施工機具和工藝都十分接近能解決厚層復合破碎頂板（不穩(wěn)定層厚累計超過能解決厚層復合破碎頂板（不穩(wěn)定層厚累計超過5.0m）、）、高水平地應力、松散煤層頂板等條件下的支護難題。高水平地應力、松散煤層頂板等條件下的支護難題。State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）現(xiàn)行支護的缺陷現(xiàn)行支護的缺陷頂板受壓區(qū)頂板受壓區(qū)頂板受壓區(qū)頂板受壓區(qū)State Key Laborat

49、ory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）頂板桁架頂板桁架 有效阻止頂板垮冒有效阻止頂板垮冒頂板受壓區(qū)頂板受壓區(qū)頂板受壓區(qū)頂板受壓區(qū)State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT） M型鋼帶的特點型鋼帶的特點不對稱抗彎性能，容易與圍巖密貼不對稱抗彎性能，容易與圍巖密貼剛度大，強度高，不容易撕裂剛度大，強度高，不容易撕裂斷面利用率高、節(jié)省鋼材、價格低廉斷面利用率高、節(jié)省鋼材、價格低廉State Key Laboratory of Coal Resources and Mine

50、Safety （CUMT）型鋼帶在井下的使用型鋼帶在井下的使用State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT） 錨固劑的選擇錨固劑的選擇 高性能錨桿的錨固方式高性能錨桿的錨固方式 “三徑三徑”匹配對煤體錨固性能的影響匹配對煤體錨固性能的影響 “三徑三徑”匹配關系是指錨桿直徑、鉆孔直徑、樹匹配關系是指錨桿直徑、鉆孔直徑、樹脂藥卷直徑三者的匹配關系脂藥卷直徑三者的匹配關系 錨桿錨固參數(shù)錨桿錨固參數(shù)桿體結構

51、桿體結構錨固劑環(huán)形厚度（錨固劑環(huán)形厚度（mm）合理值合理值最佳值最佳值左旋螺紋鋼左旋螺紋鋼41056建筑螺紋鋼建筑螺紋鋼61278State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT） 油基樹脂油基樹脂收縮性收縮性攪拌要求高攪拌要求高成本高成本高水基樹脂水基樹脂中性或略具膨脹性中性或略具膨脹性1：1配比，易均勻攪拌配比，易均勻攪拌成本低成本低State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）防止巷道頂板的漏冒和兩幫煤體的片幫防止巷道頂板的漏冒和兩幫煤體的片

52、幫通過托板將其所承擔的載荷有效地傳遞到錨桿上，通過托板將其所承擔的載荷有效地傳遞到錨桿上，并能協(xié)調錨桿的受力，發(fā)揮錨桿的整體支護作用。并能協(xié)調錨桿的受力，發(fā)揮錨桿的整體支護作用。有效的提高錨桿錨固范圍內圍巖的連續(xù)性，這對提有效的提高錨桿錨固范圍內圍巖的連續(xù)性，這對提高錨桿支護體系的整體支護強度是十分有益的。高錨桿支護體系的整體支護強度是十分有益的。配套的金屬網(wǎng)、鋼帶及鋼筋梯配套的金屬網(wǎng)、鋼帶及鋼筋梯State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）State Key Laboratory of Coal Resources

53、 and Mine Safety （CUMT）State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）5.1：常用的設計方法：常用的設計方法工程類比法工程類比法5、錨桿支護設計與監(jiān)測、錨桿支護設計與監(jiān)測State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）5.2：煤巷錨桿支護設計新方法：煤巷錨桿支護設計新方法地應力測試修改、完善設計現(xiàn)場施工及

54、監(jiān)測計算機初始設計地質力學評估State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）5.3：錨桿支護的施工與監(jiān)測：錨桿支護的施工與監(jiān)測 錨桿支護監(jiān)測的必要性錨桿支護監(jiān)測的必要性 錨桿支護不是萬能的，在一些情況下，單純采用錨桿支護不是萬能的，在一些情況下，單純采用錨桿支護是不安全的，甚至是不可能成功的！錨桿支護是不安全的，甚至是不可能成功的！ 錨桿支護是一項隱蔽性工程。錨桿支護是一項隱蔽性工程。 支護材料本身存在的缺陷。支護材料本身存在的缺陷。State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety （CUMT）質量保障體系質量保障體系支護理念與支護方案支護理念與支護方案要想達到預期的效果要想達到預期的效果則需要強有力的實施則需要強有力的實施力度，完善的控制、力度，完善的控制、監(jiān)測體系。主要從人監(jiān)測體系。主要從人員培訓、材料、設備、員培訓、材料、設備、施工過程、礦