矿山井巷支护.doc

矿山井巷支护之锚杆支护的原理与经常使用锚杆介绍锚杆是一种锚固在岩体内部的杆状体采纳锚杆支护巷道，确实是当 巷道掘进后向围岩中钻眼，然后将锚杆安设在锚杆眼内，对巷道围岩进行 人工加固锚杆具有很多优势：节约坑木和钢材，降低支护本钱，掘进断面小， 巷道的变形小，维修费用低，工作平安，轻便，能够减轻体力劳动，减小 通风阻力，有利于一次成巷施工和加速掘进速度，利用范围广，适应性强, 减少运输量，有利于矿井的运输和提升可是锚杆不能预防围岩风化，不 能完全避免锚杆与锚杆之间裂隙岩石的剥落，因此，锚杆配合其他支护方 法，如与金属网、喷浆或喷射混凝土等联合利用，会取得更好的支护成效 锚杆支护原理(1) 悬吊作用：锚杆将软弱岩层悬挂在上面牢固稳固的岩层上，避免离 层脱落煤层巷道的直接顶板一样比较软弱且较薄，容易离层冒落，它上 面的老顶那么比较牢固锚杆能够通过直接顶板达到老顶，把直接顶锚固 在老顶上锚杆的悬吊作用图(2) 组合梁作用：在层状岩层的巷道顶板中，通过锚人一系列的锚杆,将锚杆长度之内的薄层岩石锚成岩石组合梁，从而提高其承载能力在相同的荷载作用下，组合梁比未组合板梁的挠度和内应力大为减小板梁和组合梁挠度与内应力对比示意图P—荷载;+ —拉应丿J ; - 一｝託应力(3) 围岩补强作用：巷道深部围岩中的岩石处于三轴受压状态，而靠近 巷道周边的岩石那么处于二轴受力状态，强度小于前者，故易于破坏而丧 失稳固性。

巷道围岩被锚杆锚固后，表层岩石部份地恢复了三轴受力状态, 增大了它本身的强度，另外，锚杆还能够增加岩层弱面的剪断阻力，使巷 道周边围岩不易破坏和失稳，这就叫作围岩补强作用4) 挤压联结作用：锚杆将巷道围岩挤紧，对岩石施加预应力，阻止裂 隙的继续扩大，而且，关于松散岩石也能起到挤压联结和加固作用国外 做过一个简单而有趣的实验：用一个长方形木箱，里面填紧小碎石，并用 模拟的锚杆将它们锚固起来，锚杆拧紧以后，将木箱翻转，其中充填的小 碎石竟倒不出来通过锚杆的预应力作用，能够在彼此毫无粘结力的碎石 之间产生一种侧向挤压摩擦阻力，足以支持碎石自身的重量而可不能掉下 来，仿佛碎石间相互联结起来一样5) 挤压加固拱作用：将上述实验继续做下去，用锚杆锚拴起来的小 碎石，不仅它们挤压联结在一路足以支持自身的重量，而且，它还能够作 为一种承载结构，支持额外的荷重通过加载实验，发觉加载的锚固碎石 构件在锚杆垫板之间会显现一个拉应力区，致使该区内的小碎石松散而脱 落下来，并形成了穹窿当荷载增大时，这穹窿将扩大而致使承载结构的 崩塌解体为避免这一情形，在锚杆垫板下张挂细铁丝网便大大提高了锚 杆的支护能力，当荷载加到相当大日寸(反复加载)，破坏是以铁丝网被 剪断而开始的。

以上实验说明，松散碎石在预应力作用下围绕每根锚杆形 成一个两头带圆锥形的筒形挤压区或紧缩应力区，在系统排列的锚杆群中, 这些挤压区便组成了一个具有相当宽厚的均匀紧缩加固带，它相当于一种 承载结构而支承相当大的荷载巷道周围安装成组排列和径向布置的锚杆 后，便在围岩的必然厚度范围内形成了一个拱形紧缩带或挤压加固拱，它 使巷道围岩由原先是支架上的“荷载”变成了 “承载”结构拱形紧缩带 的厚度与锚杆的长度、间距有关以上所述锚杆的五种作用，通常不是单独存在，而是相互联系、相互 补充、一起作用的锚杆的类型多种多样：按锚固原理来分，有端头锚固、全长锚固和二 者并用型；按锚杆组成材料来分，有金属锚杆、木锚杆、钢筋或钢丝绳砂 浆锚杆和树脂锚杆等下面介绍几种经常使用锚杆1)金属锚杆①金属楔缝式锚杆由杆体、楔子、垫板和螺帽组成杆体经常使用直径 18-22mm的3号钢制作，其上端加工成宽2-5mm、长150-200mm的纵向楔缝, 杆体下端100T50mm长的范围内加工成螺纹楔子用软钢或铸铁制造垫 板多用厚6—lOmm的钢板制成，其规格为150mmX150mm或200mmX200mm金属楔缝式锚杆1—楔子;2—杆休；$—華板;4—蛭帽I ■ a安装时，先把楔子夹在楔缝中，轻轻插入预先钻好的锚杆眼眼底，在 杆体下端加爱惜套筒或拧上爱惜螺纹的螺母，然后对杆体不断锤击，楔子 挤入楔缝，从而迫使杆体的锚入端张开而挤紧眼底孔壁，最后取下爱惜套 筒，安上垫板，拧紧螺帽。

这种锚杆结构简单，加工容易，在硬岩中锚固 力较大，一样可达lookN或以上但它对钻孔的精准性要求严格，杆体直 径较大，钢材用量较多，在软岩中它的锚固力不足，不宜采纳②金属倒楔式锚杆它的锚入端有一个大头朝向孔底的铸铁固定楔，固定 楔与圆钢杆体浇注在一路，另外配有一个铸铁活动倒楔，杆体的另一端加 工成螺纹一 oomoz金属倒楔式锚杆1—定楔;2—活动倒楔；3 —杆 体;4 一垫板;5—螺帽K ■安装时，先把倒楔绑在固定楔的下部，慢慢送人锚杆眼内，并使楔底距眼 底必然距离，然后用一根专用的锤击杆，顶在倒楔的尾端，再用凿岩机进 行锤击，就可将锚杆锚固在岩层中，最后装上垫板拧紧螺帽即成这种锚杆除结构简单制造容易外，它比楔缝式锚杆的杆体直径小，一样为 12-16mm,可节省钢材，对钻孔深度的要求不太严格，而且巷道报废时能够 回收，一样锚固力在50kN以上，因此这种锚杆在我国应用较多2)树脂锚杆树脂锚杆以合成树脂为粘结剂，在固化剂和加速剂的作用下固化，从而将 锚杆体与岩石牢固地粘结成为一个牢固的整体树脂锚杆的最大特点是固化时刻快，能在几分钟到几小时内取得很高的初 锚力，能够迅速有效地操纵围岩变形我国研制成功的树脂锚杆是一种药 包式端头锚固的锚杆，由树脂药包和锚杆杆体组成。

① 树脂药包结构药包有23mmX 50mm和®23mmX35mm两种规格，由内药 包和外药包组成内药包为48mm―-412mm的玻璃小管，内装固化剂与少 量填料；外药包为聚乙烯薄膜塑料袋或玻璃管，内装不饱和聚酯树脂、加 速剂及填料(瓷粉或石英粉)② 杆体有钢、木杆体两种，钢杆体见，它是由6mm-8mm的一般圆钢加工 而成杆体长1.5- 2.5m，插入孔底的一端做成反麻花状杆体的外露端 与其他金属锚杆一样加工成螺纹，并用垫板和螺帽紧固安装时，用锚杆 体将树脂药包送到眼底，以煤电钻为动力，通过特制的连接头带动杆体转 动，将药包捣破并搅拌30s左右，使化学药剂混合，发生化学反映，树脂 便由液态聚合转化为固态，将岩石和锚杆体胶结固化在一路然后安上托 板，拧紧螺帽树脂锚杆的凝固时刻为3- 5min，lOmin后即可承载，一小时的锚固力达70-100kN,充分显示了树脂锚杆良好的物理力学性能1500-1S00树脂锚杆的树脂药包结构圍I—陌脂—同化剂口一玻璃小管;4—聚乙烯薄膜駅料袋方一左擁麻花細分沾一*3R艸圈。