煤巷锚杆支护技术教学课件PPT.ppt

煤煤 巷巷 锚锚 杆杆 支支 护护                       讲课题纲讲课题纲绪论绪论绪论绪论一、锚杆支护的技术经济优越性一、锚杆支护的技术经济优越性一、锚杆支护的技术经济优越性一、锚杆支护的技术经济优越性二、国内外锚杆支护的发展二、国内外锚杆支护的发展二、国内外锚杆支护的发展二、国内外锚杆支护的发展三．锚杆的种类三．锚杆的种类三．锚杆的种类三．锚杆的种类第一节第一节第一节第一节     煤巷锚杆支护理论煤巷锚杆支护理论煤巷锚杆支护理论煤巷锚杆支护理论第二节第二节第二节第二节     巷道围岩地质力学测试巷道围岩地质力学测试巷道围岩地质力学测试巷道围岩地质力学测试一、井下巷道围岩强度测试一、井下巷道围岩强度测试一、井下巷道围岩强度测试一、井下巷道围岩强度测试二、巷道围岩结构测试二、巷道围岩结构测试二、巷道围岩结构测试二、巷道围岩结构测试三、地应力测量三、地应力测量三、地应力测量三、地应力测量第三节第三节第三节第三节     锚杆支护设计方法锚杆支护设计方法锚杆支护设计方法锚杆支护设计方法一、动态信息设计法简介一、动态信息设计法简介一、动态信息设计法简介一、动态信息设计法简介二、试验点调查和地质力学评估二、试验点调查和地质力学评估二、试验点调查和地质力学评估二、试验点调查和地质力学评估三、初始设计三、初始设计三、初始设计三、初始设计四、井下监测四、井下监测四、井下监测四、井下监测五、信息反馈和修正初始设计五、信息反馈和修正初始设计五、信息反馈和修正初始设计五、信息反馈和修正初始设计第四节第四节第四节第四节     煤巷新型支护材料的研制煤巷新型支护材料的研制            一、一、一、一、高性能预拉力锚杆高性能预拉力锚杆            二、钢带二、钢带二、钢带二、钢带第五节第五节第五节第五节     锚杆支护施工机具锚杆支护施工机具锚杆支护施工机具锚杆支护施工机具一、风动式锚杆钻机一、风动式锚杆钻机一、风动式锚杆钻机一、风动式锚杆钻机二、液压式锚杆钻机二、液压式锚杆钻机二、液压式锚杆钻机二、液压式锚杆钻机三、电动式锚杆钻机三、电动式锚杆钻机三、电动式锚杆钻机三、电动式锚杆钻机第六节第六节  锚杆支护监测技术锚杆支护监测技术一、巷道表面位移一、巷道表面位移二、顶板离层二、顶板离层三、锚杆三、锚杆(索索)受力受力第七节第七节  特种锚杆与锚索支护技术特种锚杆与锚索支护技术一、特种锚杆一、特种锚杆1．注浆锚杆．注浆锚杆     2．自钻注浆锚杆和接长锚杆．自钻注浆锚杆和接长锚杆二、小孔径树脂锚索二、小孔径树脂锚索第八节第八节  煤巷锚杆支护技术的应用煤巷锚杆支护技术的应用第九节第九节  改进与发展改进与发展煤巷锚杆支护技术煤巷锚杆支护技术         绪绪  论论一、锚杆支护的技术经济优越性一、锚杆支护的技术经济优越性 在巷道支护中，锚杆支护与传统的棚式支在巷道支护中，锚杆支护与传统的棚式支护相比，具有显著的技术经济优越性。

其主要护相比，具有显著的技术经济优越性其主要表现在：（表现在：（1）锚杆支护可充分利用围岩的自）锚杆支护可充分利用围岩的自承能力将载荷体变为承载体；（承能力将载荷体变为承载体；（2）一般棚式）一般棚式支护属于支护属于““被动被动””支护，支而通常使用的锚杆支护，支而通常使用的锚杆支护属于支护属于““主动主动””支护，在锚杆安装以后，锚支护，在锚杆安装以后，锚杆即对围岩提供轴向或横向的支护阻力，且随杆即对围岩提供轴向或横向的支护阻力，且随围岩变形支护阻力不断增加；围岩变形支护阻力不断增加； v（（3）锚杆支护的巷道围岩变形量通常要比棚式支护减）锚杆支护的巷道围岩变形量通常要比棚式支护减少一半以上；（少一半以上；（4）减少支护材料的运输和装卸支架工）减少支护材料的运输和装卸支架工作量，减轻工人的劳动强度和改善作业环境；（作量，减轻工人的劳动强度和改善作业环境；（5）能）能够保持两道和开切眼的畅通，为回采工作面快速推进和够保持两道和开切眼的畅通，为回采工作面快速推进和高产高低成本生产创造有利条件；（高产高低成本生产创造有利条件；（6）锚杆支护巷道）锚杆支护巷道施工简单，机械化程度高，可大幅度降低巷道支护成本，施工简单，机械化程度高，可大幅度降低巷道支护成本，提高掘进速度和生产效率。

提高掘进速度和生产效率7）降低支护成本，采用）降低支护成本，采用锚杆支护可以大幅度节约大量钢材、木材等支护材料，锚杆支护可以大幅度节约大量钢材、木材等支护材料，降低支护成本，有利于节约自然资源，改善生态环境降低支护成本，有利于节约自然资源，改善生态环境 （（8）提高掘进速度，锚杆支护巷道施工简单、机械化）提高掘进速度，锚杆支护巷道施工简单、机械化程度高，随着锚杆机具、掘进机及其配套设备性能的完程度高，随着锚杆机具、掘进机及其配套设备性能的完善与提高，配套材料，如钻头、钎杆性能的提高，以及善与提高，配套材料，如钻头、钎杆性能的提高，以及一大批锚杆支护材料的应用，巷道掘进速度和生产效率一大批锚杆支护材料的应用，巷道掘进速度和生产效率可大幅提高可大幅提高 v（（9）消除安全隐患）消除安全隐患v采用锚网支护技术，可以消除传统架棚支护方式的采用锚网支护技术，可以消除传统架棚支护方式的不安全因素若采用架棚支护，由于顶煤较破碎，不安全因素若采用架棚支护，由于顶煤较破碎，棚与顶板煤层之间出现空隙，则会造成煤的自燃棚与顶板煤层之间出现空隙，则会造成煤的自燃采用锚网支护技术，钢筋网能遭与顶板完全接触，采用锚网支护技术，钢筋网能遭与顶板完全接触，可防止顶煤的冒落和煤层裂隙的继续扩展，从而可可防止顶煤的冒落和煤层裂隙的继续扩展，从而可以达到防、灭火的目的。

特别是消除了采用架棚支以达到防、灭火的目的特别是消除了采用架棚支护的切眼在支架安装时、回撤架棚时的不安全因素，护的切眼在支架安装时、回撤架棚时的不安全因素，为安全生产创造了条件为安全生产创造了条件v（（10）简化工作面超前支护）简化工作面超前支护v综采工作面上、下顺槽采用棚式支护时，必须提前综采工作面上、下顺槽采用棚式支护时，必须提前进行替棚受工作面采动影响，撤棚、替棚工作十进行替棚受工作面采动影响，撤棚、替棚工作十分复杂，用工多、速度慢，严重影响综采工作面综分复杂，用工多、速度慢，严重影响综采工作面综采工作面推进速度，提高了工作面单产，有利于高采工作面推进速度，提高了工作面单产，有利于高产高效矿井建设产高效矿井建设二、国内外锚杆支护的发展二、国内外锚杆支护的发展   1、、 国内外煤巷锚杆应用概况国内外煤巷锚杆应用概况 由由于于各各国国的的技技术术、、经经济济状状况况及及煤煤层层地地质质条条件件的的差差异异比比较较大大，，煤煤巷巷锚锚杆杆支支护护的的发发展展历历程程也也表表现现出出各各自自不不同同的的特特点1)1)美国美国 美美国国是是世世界界上上最最早早使使用用锚锚杆杆作作为为煤煤矿矿顶顶板板支支护护方方式式的的国国家家(1912(1912年年) )，，依依据据其其得得天天独独厚厚的的地地质质条条件件及及先先进进的的科科技技、、经经济济实实力力，，在在锚锚杆杆支支护护技技术术方方面面一一直直处处于于世世界界领领先先水水平平，，是是目目前前世世界界上上锚锚杆杆支支护护技技术术最最先先进进、、最最成成熟熟、、锚锚杆杆使使用用数数量量最最多多的的国国家家，，每每年年锚锚杆杆使使用用量量在在80008000万万根根以以上上，，约约25000km25000km的的煤煤巷巷使使用用锚锚杆杆支支护护。

由由于于使使用用锚锚杆杆有有效效地地控控制制围围岩岩的的稳稳定定性性，，美美国国所所有有的的井井工工巷巷道道都都布布置置在在煤煤层层中中，，并并认认为为不不能能采采用用锚锚杆杆支支护护的的煤煤层层，，开开采采是是不不经经济的济的                    6060年年代代末末由由于于树树脂脂锚锚固固剂剂的的发发明明，，锚锚杆杆使使用用的的相相当当一一部部分分比比例例都都是是以以树树脂脂锚锚固固剂剂全全长长胶胶结结的的形形式式，，并并且且锚锚杆杆的的直直径径和和强强度度都都有有所所提提高高( (直直径径大大约约为为19mm19mm，，强强度度大大约约为为300MPa)300MPa)随随着着人人们们对对全全长长胶胶结结锚锚杆杆的的机机理理及及应应用用条条件件的的认认识识，，认认为为高高预预拉拉力力对对于于更更大大限度地提高顶板的稳定性具有特别重要的意义限度地提高顶板的稳定性具有特别重要的意义 在在7070年年代代末末，，美美国国首首次次将将涨涨壳壳式式锚锚头头与与树树脂脂锚锚固固剂剂联联合合使使用用，，使使得得锚锚杆杆能能够够实实现现很很高高的的预预拉拉力力，，同同时时锚锚杆杆的的直直径径和和强强度度有有了了进进一一步步的的提提高高( (直直径径达达到到22mm22mm和和25mm25mm，，强强度度达达到到517MPa)517MPa)，，锚锚杆杆的的高高预预拉拉力力可可以以达达到到杆杆体体本本身身强强度度的的50%50%～～75%75%。

这这种种锚锚杆杆系系统统的的安安装装速速度度很很快快，，安安装装机机具具不不需需等等到到树树脂脂固固结结就就可可以以移移至至安安装装下下一一根根锚锚杆的地方，因而可以采用中速或慢速树脂锚固剂杆的地方，因而可以采用中速或慢速树脂锚固剂 美美国国的的主主要要经经验验是是：：将将锚锚杆杆加加工工产产业业化化；；锚锚杆杆支支护护作作为为一一门门技技术术，，而而非非材材料料消消耗耗、、废废品品利利用用，，形形成成了了锚锚杆杆产产品品的的多多样样化化、、多多系系列列，，以以适适应应各各种种不不同同的的条条件件；；锚锚杆杆设设计计、、制制造造、、服服务务一一体体化化；；将将高高新新技技术术用用于于锚锚杆杆设设计计；；强强调调锚锚杆杆的的高高强强度度、、高高预预拉拉力力，，并并将将锚锚杆杆的的预预拉拉力力作作为为锚锚杆杆支支护护的的主主要要参参数数进进行行设设计计，，形形成成了了不不同同与与其其它国家的锚杆支护方法它国家的锚杆支护方法2)2)2)2)澳大利亚澳大利亚澳大利亚澳大利亚 绝大多数煤巷采用锚杆支护，主要推广全长树脂锚绝大多数煤巷采用锚杆支护，主要推广全长树脂锚绝大多数煤巷采用锚杆支护，主要推广全长树脂锚绝大多数煤巷采用锚杆支护，主要推广全长树脂锚固锚杆，强调锚杆强度要高。

其锚杆参数设计方法有其固锚杆，强调锚杆强度要高其锚杆参数设计方法有其固锚杆，强调锚杆强度要高其锚杆参数设计方法有其固锚杆，强调锚杆强度要高其锚杆参数设计方法有其独到之处，将地质调研、设计、施工、监测、信息反馈独到之处，将地质调研、设计、施工、监测、信息反馈独到之处，将地质调研、设计、施工、监测、信息反馈独到之处，将地质调研、设计、施工、监测、信息反馈等相互关联、相互制约的各部分作为一个系统工程进行等相互关联、相互制约的各部分作为一个系统工程进行等相互关联、相互制约的各部分作为一个系统工程进行等相互关联、相互制约的各部分作为一个系统工程进行考察，使它们形成一个有机的整体，形成了锚杆支护系考察，使它们形成一个有机的整体，形成了锚杆支护系考察，使它们形成一个有机的整体，形成了锚杆支护系考察，使它们形成一个有机的整体，形成了锚杆支护系统设计方法设计步骤主要包括以下几个基本部分：地统设计方法设计步骤主要包括以下几个基本部分：地统设计方法设计步骤主要包括以下几个基本部分：地统设计方法设计步骤主要包括以下几个基本部分：地质力学评估，地应力状况和围岩力学性质是地质力学评质力学评估，地应力状况和围岩力学性质是地质力学评质力学评估，地应力状况和围岩力学性质是地质力学评质力学评估，地应力状况和围岩力学性质是地质力学评估的主要内容；锚杆支护参数设计，在巷道围岩力学评估的主要内容；锚杆支护参数设计，在巷道围岩力学评估的主要内容；锚杆支护参数设计，在巷道围岩力学评估的主要内容；锚杆支护参数设计，在巷道围岩力学评估的基础上，应用有限差分数值模拟分析辅以工程类比估的基础上，应用有限差分数值模拟分析辅以工程类比估的基础上，应用有限差分数值模拟分析辅以工程类比估的基础上，应用有限差分数值模拟分析辅以工程类比和理论计算进行锚杆支护参数设计；对初始设计选定的和理论计算进行锚杆支护参数设计；对初始设计选定的和理论计算进行锚杆支护参数设计；对初始设计选定的和理论计算进行锚杆支护参数设计；对初始设计选定的方案进行围岩稳定性分析；现场施工；方案进行围岩稳定性分析；现场施工；方案进行围岩稳定性分析；现场施工；方案进行围岩稳定性分析；现场施工；现场监测、信息现场监测、信息现场监测、信息现场监测、信息反馈和优化调整设计。

反馈和优化调整设计反馈和优化调整设计反馈和优化调整设计   3)3)3)3)英国英国英国英国 1946194619461946年年年年首首首首次次次次试试试试验验验验机机机机械械械械涨涨涨涨壳壳壳壳式式式式锚锚锚锚杆杆杆杆，，，，1952195219521952年年年年在在在在NCBNCBNCBNCB矿矿矿矿大大大大规规规规模模模模使使使使用用用用机机机机械械械械式式式式锚锚锚锚杆杆杆杆，，，，但但但但由由由由于于于于机机机机械械械械式式式式锚锚锚锚杆杆杆杆不不不不适适适适宜宜宜宜英英英英国国国国较较较较软软软软弱弱弱弱的的的的煤煤煤煤系系系系地地地地层层层层，，，，到到到到60606060年年年年代代代代中中中中期期期期，，，，英英英英国国国国逐逐逐逐渐渐渐渐开开开开始始始始不不不不使使使使用用用用锚锚锚锚杆杆杆杆支支支支护护护护技技技技术术术术；；；；80808080年年年年代代代代中中中中后后后后期期期期开开开开始始始始重重重重新新新新发发发发展展展展锚锚锚锚杆杆杆杆支支支支护护护护技技技技术术术术，，，，使使使使用用用用比比比比重重重重达达达达到到到到80%80%80%80%，，，，主主主主要要要要引引引引进进进进澳澳澳澳大大大大利利利利亚亚亚亚锚锚锚锚杆杆杆杆技技技技术术术术，，，，包包包包括括括括：：：：(1)(1)(1)(1)采采采采用用用用高高高高强强强强度度度度的的的的澳澳澳澳大大大大利利利利亚亚亚亚锚锚锚锚杆杆杆杆支支支支护护护护系系系系统统统统(AT(AT(AT(AT锚锚锚锚杆杆杆杆) ) ) )，，，，包包包包括括括括高高高高强强强强度度度度树树树树脂脂脂脂锚锚锚锚杆杆杆杆全全全全长长长长锚锚锚锚固固固固技技技技术术术术、、、、清清清清洁洁洁洁钻钻钻钻孔孔孔孔的的的的做做做做法法法法、、、、锚锚锚锚杆杆杆杆与与与与钻钻钻钻孔孔孔孔需需需需紧紧紧紧密密密密配配配配合合合合等等等等等等等等，，，，树树树树脂脂脂脂粘粘粘粘结结结结强强强强度度度度达达达达到到到到5 5 5 5～～～～10MPa10MPa10MPa10MPa，，，，锚锚锚锚杆杆杆杆锚锚锚锚固固固固力力力力达达达达到到到到250kN250kN250kN250kN以以以以上上上上；；；；(2)(2)(2)(2)根根根根据据据据实实实实际际际际的的的的地地地地质质质质、、、、开开开开采采采采条条条条件件件件，，，，研研研研究究究究围围围围岩岩岩岩的的的的应应应应力力力力状状状状态态态态，，，，掌掌掌掌握握握握岩岩岩岩层层层层移移移移动动动动、、、、锚锚锚锚杆杆杆杆载载载载荷荷荷荷的的的的分分分分布布布布和和和和发发发发展展展展，，，，合合合合理理理理设设设设计计计计锚锚锚锚杆支护参数。

杆支护参数杆支护参数杆支护参数4)4)其它国家其它国家 自自19321932年年发发明明ＵＵ型型钢钢支支架架以以来来，，德德国国主主要要采采用用ＵＵ型型钢钢支支架架支支护护巷巷道道，，支支护护比比重重达达到到90%90%以以上上；；自自8080年年代代以以来来，，由由于于采采深深加加大大，，ＵＵ型型钢钢支支架架支支护护费费用用高高，，巷巷道道维维护护日日益益困困难难，，开开始始使使用用锚锚杆杆支支护护；；8080年年代代初初期期，，锚锚杆杆支支护护在在鲁鲁尔尔矿矿区区试试验验成成功功6060年年代代中中后后期期，，法法国国引引进进由由德德国国发发明明、、6060年年代代进进入入商商品品化化的的树树脂脂全全长长锚锚固固技技术术，，几几起起严严重重的的围围岩岩坍坍塌塌促促使使法法国国煤煤科科院院在在LorraineLorraine煤煤田田对对树树脂脂锚锚杆杆进进行行深深入入研研究究，，8080年年代以后锚杆使用比重大大提高代以后锚杆使用比重大大提高5)5)国内情况国内情况 自自5050年年代代以以来来，，锚锚杆杆支支护护技技术术在在我我国国也也得得到到了了逐逐步步应应用用，，煤煤矿矿于于19561956年年开开始始使使用用锚锚杆杆，，主主要要是是机机械械端端锚锚和和钢钢丝丝绳绳砂砂浆浆无无托托盘盘锚锚杆杆，，用用在在较较稳稳定定的的岩岩石石巷巷道道中中，，7070～～8080年年代代，，国国家家科科技技攻攻关关中中一一直直将将软软岩岩锚锚杆杆支支护护列列为为主主攻攻方方向向之之一一，，8080年年代代末末期期，，开开始始引引进进澳澳大大利利亚亚技技术术，，树树脂脂锚锚杆杆研研制制成成功功并并推推广广应应用用，，煤煤巷巷锚锚杆杆进进入入发发展展的的快快车车道道，，ⅠⅠ、、ⅡⅡ、、ⅢⅢ类类巷巷道道锚锚杆杆支支护护很很快快取取得得成成功功，，ⅣⅣ、、ⅤⅤ类类巷巷道道也也积积累累了了很很多多经经验验，，煤煤巷巷锚锚杆杆的的推推广广应应用用力力度度进进一一步步加加强强，，但但由由于于我我国国煤煤矿矿地地质质条条件件相相对对于于美美国国、、澳澳大大利利亚亚、、英英国国等等更更加加复复杂杂，，我我国国煤煤巷巷锚锚杆杆支支护护不不仅仅要要使使用用在在煤煤质质中中硬硬、、围围岩岩稳稳定定程程度度较较高高的的ⅠⅠ、、ⅡⅡ、、ⅢⅢ类类回回采采巷巷道道，，而而且且要要使使用用在在软软岩岩回回采采巷巷道道、、深深井井巷巷道道、、沿沿空空掘掘巷巷等等复复杂杂困困难难条条件件下下，，所所以以总总体体使使用比重较低，各地区发展很不平衡。

用比重较低，各地区发展很不平衡 2 2、、 锚杆支护型式演变概况锚杆支护型式演变概况 透透过过世世界界各各国国锚锚杆杆支支护护的的应应用用历历史史，，单单从从锚锚固技术和手段的演变看可将其归结为固技术和手段的演变看可将其归结为3 3个阶段：个阶段：1)1)机机械械式式端端头头点点锚锚固固锚锚杆杆的的应应用用阶阶段段4040年年代代开开始始，，在在5050～～6060年年代代广广为为推推广广的的锚锚杆杆支支护护主主要要型型式式是是机机械械端端头头锚锚固固，，分分为为楔楔缝缝式式、、涨涨壳壳式式、、倒倒楔楔式式等等，，其其特特点点为为锚锚固固力力低低、、系系统统刚刚度度小小、、可可靠靠性性差差，，受受岩岩性性影影响响大大，，不不易易在在软软岩岩中中使使用用，，英英国国煤煤矿矿采采用用该该类类锚锚杆杆支支护护的的实实践践表表明明它它不不适适宜宜在在软软弱弱煤煤层层中中应应用用，，一一度度停停止止在在煤煤巷巷中中使使用用锚锚杆杆支支护护机机械械式式端端头头点点锚锚固固锚锚杆杆的的技技术术特特征征客客观观上上导导致致了了使使用用的的局局限限性性，，并并出出现现锚锚杆杆支支护护技术和使用的徘徊期。

技术和使用的徘徊期2)2)全锚锚杆的提出全锚锚杆的提出 7070～～8080年年代代各各种种新新型型锚锚杆杆相相继继问问世世，，如如砂砂浆浆锚锚杆杆、、树树脂脂锚锚杆杆、、管管缝缝式式锚锚杆杆、、水水胀胀锚锚杆杆等等，，它它们们的的特特点点为为全全长长锚锚固固、、锚锚固固力力大大、、可可靠靠性性高高，，适适应应性性强强通通过过研研究究聚聚脂脂树树脂脂锚锚杆杆和和涨涨壳壳式式锚锚杆杆的的拉拉拔拔试试验验，，得得出出粘粘结结式式锚锚杆杆比比机机械械式式锚锚杆杆的的锚锚固固力力大大1.71.7～～3 3倍倍；；测测试试证证实实粘粘结结式式锚锚杆杆锚锚固固力力随随围围岩岩变变形形的的增增加加而而逐逐步步增增大大，，机机械械式式点点锚锚固固锚锚杆杆的的锚锚固固力力初初期期总总有有个个急急剧剧下下降降的的过过程程，，然然后后就就维维持持在在较较低低的的水水平平上上述述研研究究成成果果对对机机械械式式点点锚锚固固锚锚杆杆的的淘淘汰汰和和全全锚锚锚锚杆杆尤尤其其是是树树脂脂锚杆的推广应用发挥了重要作用锚杆的推广应用发挥了重要作用3)3)树脂锚杆占领市场阶段树脂锚杆占领市场阶段 8080年年代代以以后后，，树树脂脂锚锚杆杆以以其其优优越越的的锚锚固固性性能能和和简简易易的的操操作作工工艺艺逐逐渐渐占占领领了了锚锚杆杆市市场场。

砂砂浆浆锚锚杆杆由由于于灌灌浆浆工工艺艺复复杂杂，，凝凝固固时时间间长长，，胶胶结结质质量量难难以以保保证证，，管管缝缝式式锚锚杆杆和和水水胀胀锚锚杆杆易易锈锈蚀蚀，，锚锚固固力力受受到到钢钢材材和和围围岩岩松松弛弛的的影影响响，，只只能能在在某某些些条条件件下下发发展展应应用用，，此此外外各各种种适适应应特特殊殊要要求求的的锚锚杆杆得得到到发发展展，，如如适适应应可可切切割割要要求求的的玻玻璃璃纤纤维维锚锚杆杆、、塑塑料料锚锚杆杆，，适适应应软软岩岩大大变变形形要要求求的的等等塑塑性性锚锚杆杆，，适应大跨度的桁架和锚索等适应大跨度的桁架和锚索等3、发展趋势、发展趋势 从世界各国的应用情况看，高强螺纹钢树脂从世界各国的应用情况看，高强螺纹钢树脂锚杆技术较好地解决了支护系统本身的强度和锚锚杆技术较好地解决了支护系统本身的强度和锚杆与围岩的锚固技术问题，并形成了一套相对成杆与围岩的锚固技术问题，并形成了一套相对成熟的体系多种复杂困难条件下煤巷锚杆支护的熟的体系多种复杂困难条件下煤巷锚杆支护的成功应用，加深了对高强树脂锚杆控制受采动影成功应用，加深了对高强树脂锚杆控制受采动影响巷道围岩变形和稳定性的机理及高强锚杆支护响巷道围岩变形和稳定性的机理及高强锚杆支护系统适应和控制巷道围岩大变形能力的认识，因系统适应和控制巷道围岩大变形能力的认识，因此复杂困难条件煤巷采用新型锚杆支护在理论和此复杂困难条件煤巷采用新型锚杆支护在理论和技术上都有一定的基础。

但在近技术上都有一定的基础但在近1010年的的开发研年的的开发研究和应用中，我们对大量巷道冒顶事故及顶板严究和应用中，我们对大量巷道冒顶事故及顶板严重离层变形的现象进行了分析，重离层变形的现象进行了分析，发现导致冒顶的发现导致冒顶的原因不仅仅是锚杆强度不够造成的，也不能通过原因不仅仅是锚杆强度不够造成的，也不能通过增加锚杆密度来解决，锚杆的预拉力增加锚杆密度来解决，锚杆的预拉力( (初锚力初锚力) )起起到了更为关键的作用到了更为关键的作用  美美国国A.WahabA.Wahab Khair(1992)Khair(1992)观观测测了了高高水水平平地地应应力力与与巷巷道道顶顶板板产产生生的的离离层层及及剪剪切切破破坏坏程程度度的的关关系系，，并并提提出出了了采采用用锚锚杆杆桁桁架架控控制制巷巷道道顶顶板板的的措措施施美美国国J. J. Stankus(1994Stankus(1994、、1997)1997)和和Song Song GuoGuo( (郭郭颂颂，，19971997、、1998)1998)系系统统地地研研究究了了水水平平地地应应力力对对巷巷道道稳稳定定性性的的影影响响，，认认为为水水平平地地应应力力是是造造成成巷巷道道顶顶板板离离层层垮垮冒冒、、底底板板鼓鼓起起的的主主要要原原因因，，但但可可以以通通过过提提高高巷巷道道顶顶板板锚锚杆杆预预拉拉力力，，将将水水平平地地应应力力的的消消极极影影响响变变为为积积极极的的作作用用，，从从而而极极大大地地提提高高巷巷道道的的稳稳定定性性, ,并并开开始始在在锚锚杆杆支支护护设设计计中中考考虑虑锚锚杆杆预预拉拉力力的的影影响响。

中中国国学学者者朱朱浮浮声声(1993)(1993)、、郑郑雨雨天天(1995)(1995)的的研研究究表表明明：：当当锚锚杆杆预预拉拉力力达达到到6060～～70kN70kN时时，，就就可可以以有有效效控控制制巷巷道道顶顶板板的的下下沉沉量量，，并并通通过过加加大大锚锚杆杆的的间间排排距，减少锚杆用量距，减少锚杆用量 如如何何把把握握锚锚杆杆支支护护技技术术的的演演变变趋趋势势，，应应用用预预应应力力技技术术成成果果，，从从普普通通圆圆钢钢锚锚杆杆、、高高强强度度螺螺纹纹钢钢锚锚杆杆，，进进一一步步发发展展到到预预拉拉力力锚锚杆杆支支护护技技术术，，是是非非常常值值得得研研究究的的问问题题早早在在本本世世纪纪初初，，就就有有人人提提出出无无粘粘结结预预应应力力筋筋的的设设想想，，2020年年代代德德国国人人申申请请了了专专利利，，5050年年代代在在楼楼面面建建筑筑中中应应用用，，近近2020年年发发展展很很快快预预应应力力技技术术的的出出现现和和发发展展使使得得预预应应力力平平板板结结构构代代替替了了建建筑筑结结构构中中过过去去大大量量采采用用的的梁梁板板结结构构，，从从而而大大大大提提高高了了承承载载性性能能，，减减少少了了材材料料用用量量，，减减少少了了结结构构厚厚度度，，增增加加了了有有效效空空间间；；混混凝凝土土建建筑筑材材料料也也经经由由素素混混凝凝土土、、普普通通钢钢筋筋混混凝凝土土发发展展到到预预应应力力钢钢筋筋混凝土，承载性能明显提升。

混凝土，承载性能明显提升 作作为为采采矿矿技技术术领领先先的的国国家家，，美美国国紧紧紧紧把把握握了了这这一一发发展展趋趋势势，，美美国国采采矿矿界界起起到到了了带带头头作作用用：：1)1)提提高高锚锚固固强强度度，，增增大大锚锚杆杆间间排排，，以以便便和和掘掘进进机机的的速速度度匹匹配配；；同同时时扩扩大大锚锚杆杆支支护护的的应应用用范范围围，，提提高高支支护护效效率率；；2)2)采采用用性性能能优优越越的的施施工工安安装装机机具具，，在在锚锚杆杆安安装装时时实实现现高高预预拉拉力力现现在在，，美美国国矿矿山山巷巷道道锚锚杆杆的的预预拉拉力力一一般般为为100kN100kN左左右右，，可可以以达到锚杆杆体本身屈服强度的达到锚杆杆体本身屈服强度的5050％～％～7575％ 美美国国高高预预拉拉力力锚锚杆杆支支护护技技术术已已取取得得了了显显著著成成效效，，并并影影响响到到很很多多国国家家, ,比比如如英英国国研研制制成成锚锚固固能能力力达达500kN500kN的的““大大锚锚杆杆””，，并并在在AsfordbyAsfordby矿矿试试验验成成功功用用间间距距1.01.0米米的的大大锚锚杆杆代代替替间间距距0.60.6米米的的““AT”AT”锚锚杆杆。

这这些些成成功功实实践践表表明明：：高高预预拉拉力力锚锚杆杆能能够够很很有有效效地地控控制制层层状状顶顶板板的的离离层层，，因因而而冒冒顶顶现现象象大大大大减减少少，，安安全全状状况况有有根根本本性性的的转转变变；；同同样样条条件件下下锚锚杆杆的的密密度度减减小小，，间间排排距距大大大大提提高高，，同同比比锚锚杆杆用用量量减减少少2020～～30%30%；掘进速度大大提高，支护效率明显改善掘进速度大大提高，支护效率明显改善三．锚杆的种类三．锚杆的种类锚杆的种类繁多，总体可归纳为锚杆的种类繁多，总体可归纳为  以下几种类型：以下几种类型：第一节第一节  煤巷锚杆支护理论煤巷锚杆支护理论 传统的锚杆支护理论有传统的锚杆支护理论有悬吊理论、悬吊理论、组合梁理论和加固拱理论等悬吊是最组合梁理论和加固拱理论等悬吊是最早的锚杆支护理论，早的锚杆支护理论，它具有直观、易懂它具有直观、易懂及使用方便等特点特别是在顶板上部及使用方便等特点特别是在顶板上部有稳定岩层，而其下部存在松散、破碎有稳定岩层，而其下部存在松散、破碎岩层的条件下，这种支护理论应用比较岩层的条件下，这种支护理论应用比较广泛。

其主要缺陷是仅考虑了锚杆的抗广泛其主要缺陷是仅考虑了锚杆的抗拉作用，没有涉及其抗剪能力及对破碎拉作用，没有涉及其抗剪能力及对破碎岩层整体强度的提高岩层整体强度的提高  组合梁理论组合梁理论充分考虑了锚杆对岩层离层充分考虑了锚杆对岩层离层与滑动的约束作用，适用于层状岩层该与滑动的约束作用，适用于层状岩层该理论认为，锚杆提供的轴向力将对岩层离理论认为，锚杆提供的轴向力将对岩层离层产生约束，并且增大了各岩层间的摩擦层产生约束，并且增大了各岩层间的摩擦力，与锚杆杆体提供的抗剪力一同阻止岩力，与锚杆杆体提供的抗剪力一同阻止岩层间产生相对滑动层间产生相对滑动加固拱理论加固拱理论认为，即认为，即使在软弱、松散、破碎的岩层中安装锚杆，使在软弱、松散、破碎的岩层中安装锚杆，也可以形成一个承载结构只要锚杆间距也可以形成一个承载结构只要锚杆间距足够小，就能在岩体中产生一个均匀压缩足够小，就能在岩体中产生一个均匀压缩带，它可以承受破坏区上部破碎岩石的载带，它可以承受破坏区上部破碎岩石的载荷加固拱理论充分考虑了锚杆支护的整荷加固拱理论充分考虑了锚杆支护的整体作用，在软岩巷道中得到较为广泛的应体作用，在软岩巷道中得到较为广泛的应用。

用 一、悬吊理论一、悬吊理论         悬悬吊吊理理论论认认为为：：锚锚杆杆支支护护的的作作用用就就是是将将巷巷道道顶顶板板较较软软弱弱岩岩层层悬悬吊吊在在上上部部稳稳定定岩岩层层上上，，以以增增强强较较软软弱弱岩岩层层的的稳定性           对对于于回回采采巷巷道道经经常常遇遇到到的的层层状状岩岩体体，，当当巷巷道道开开挖挖后后，，直直接接顶顶因因弯弯曲曲、、变变形形与与老老顶顶分分离离，，如如果果锚锚杆杆及及时时将将直直接接顶顶挤挤压压并并悬悬吊吊在在老老顶顶上上，，就就能能减减小小和和限限制制直直接接顶顶的的下下沉沉和离层，以达到支护的目的，如图和离层，以达到支护的目的，如图1所示           巷巷道道浅浅部部围围岩岩松松软软破破碎碎，，或或者者开开掘掘巷巷道道后后应应力力重重新新分分布布，，顶顶板板出出现现松松动动破破裂裂区区，，这这时时锚锚杆杆的的悬悬吊吊作作用用就就是是将将这这部部分分易易冒冒落落岩岩体体悬悬吊吊在在深深部部未未松松动动岩岩层层上上这这是是悬悬吊理论的进一步发展，如吊理论的进一步发展，如2所示            图1 锚杆的悬吊作用图2 顶板锚杆悬吊松动破裂岩层         根根据据悬悬吊吊岩岩层层的的重重量量就就可可以以进进行行锚锚杆杆支支护护设设计。

计          悬悬吊吊理理论论直直观观地地揭揭示示了了锚锚杆杆的的悬悬吊吊作作用用，，在在分分析析过过程程中中不不考考虑虑围围岩岩的的自自承承能能力力，，而而且且将将被被锚锚固固体体与与原原岩岩体体分分开开，，与与实实际际情情况况有有一一定定差差距距，，计计算数据存在误差算数据存在误差         悬悬吊吊理理论论只只适适用用于于巷巷道道顶顶板板，，不不适适用用于于巷巷道道帮帮、、底底如如果果顶顶板板中中没没有有坚坚硬硬稳稳定定岩岩层层或或顶顶板板软软弱弱岩岩层层较较厚厚，，围围岩岩破破碎碎区区范范围围较较大大，，无无法法将将锚锚杆杆锚锚固固到到上上面面坚坚硬硬岩岩层层或或者者未未松松动动岩岩层层上上，，悬悬吊吊理理论就不适用论就不适用二、组合梁理论二、组合梁理论           组组合合梁梁理理论论认认为为，，在在层层状状岩岩体体中中开开挖挖巷巷道道，，当当顶顶板板在在一一定定范范围围内内不不存存在在坚坚硬硬稳稳定定岩岩层层时时，，锚锚杆杆的的悬悬吊吊作作用用居次要地位居次要地位           如如果果顶顶板板岩岩层层中中存存在在若若干干分分层层，，顶顶板板锚锚杆杆的的作作用用，，一一方方面面是是依依靠靠锚锚杆杆的的锚锚固固力力增增加加各各岩岩层层间间的的摩摩擦擦力力，，防防止止岩岩石石沿沿层层面面滑滑动动，，避避免免各各岩岩层层出出现现离离层层现现象象；；另另一一方方面面，，锚锚杆杆杆杆体体可可增增加加岩岩层层间间的的抗抗剪剪刚刚度度，，阻阻止止岩岩层层间间的的水水平平错错动动，，从从而而将将巷巷道道顶顶板板锚锚固固范范围围内内的的几几个个薄薄岩岩层层锁锁紧紧成成一一个个较较厚厚的的岩岩层层(组组合合梁梁)。

这这种种组组合合厚厚岩岩层层在在上上覆覆岩岩层层载载荷荷的的作作用用下下，，其其最最大大弯弯曲曲应应变变和和应应力力都都将将大大大大减减小小，，组组合合梁梁的的挠挠度度亦亦减减小小，，而而且且组组合合梁梁越越厚厚，，梁梁内内的的最最大应力、应变和梁的挠度也就越小，如图大应力、应变和梁的挠度也就越小，如图3所示          根据组合梁的强度大小，可以确定锚杆支护参数根据组合梁的强度大小，可以确定锚杆支护参数图3 顶板锚杆组合梁作用(a)未打锚杆(b)布置顶板锚杆             组组合合梁梁理理论论，，是是对对锚锚杆杆将将顶顶板板岩岩层层锁锁紧紧成成较较厚厚岩岩层层的的解解释释在在分分析析中中，，将将锚锚杆杆作作用用与与围围岩岩的的自自稳稳作作用用分分开开，，与与实实际际情情况况有有一一定定差差距距，，并并且且随随着着围围岩岩条条件件的的变变化化，，在在顶顶板板较较破破碎碎、、连连续性受到破坏时，组合梁也就不存在了续性受到破坏时，组合梁也就不存在了          组组合合梁梁理理论论只只适适合合于于层层状状顶顶板板锚锚杆杆支支护护的的设计，对于巷道的帮、底不适用。

设计，对于巷道的帮、底不适用三、组合拱三、组合拱(压缩拱压缩拱)理论理论             组组合合拱拱理理论论认认为为：：在在拱拱形形巷巷道道围围岩岩的的破破裂裂区区中中安安装装预预应应力力锚锚杆杆时时，，在在杆杆体体两两端端将将形形成成圆圆锥锥形形分分布布的的压压应应力力，，如如果果沿沿巷巷道道周周边边布布置置锚锚杆杆群群，，只只要要锚锚杆杆间间距距足足够够小小，，各各个个锚锚杆杆形形成成的的压压应应力力圆圆锥锥体体将将相相互互交交错错，，就就能能在在岩岩体体中中形形成成一一个个均均匀匀的的压压缩缩带带，，即即承承压压拱拱(亦亦称称组组合合拱拱或或压压缩缩拱拱)，，这这个个承承压压拱拱可可以以承承受受其其上上部部破破碎碎岩岩石石施施加加的的径径向向荷荷载载在在承承压压拱拱内内的的岩岩石石径径向向及及切切向向均均受受压压，，处处于于三三向向应应力力状状态态，，其其围围岩岩强强度度得得到到提提高高，，支支撑撑能能力力也也相相应应加加大大，，如如图图4所所示示因因此此，，锚锚杆杆支支护护的的关关键键在在于于获获取取较较大大的的承承压压拱拱厚厚度度和和较较高高的的强强度度，，其其厚厚度度越大，越有利于围岩的稳定和支承能力的提高。

越大，越有利于围岩的稳定和支承能力的提高                       组组合合拱拱理理论论在在一一定定程程度度上上揭揭示示了了锚锚杆杆支支护护的的作作用用机机理理，，但但在在分分析析过过程程中中没没有有深深入入考考虑虑围围岩岩一一支支护护的的相相互互作作用用，，只只是是将将各各支支护护结结构构的的最最大大支支护护力力简简单单相相加加，，从从而而得得到到复复合合支支护护结结构构总总的的最最大大支支护护力力，，缺缺乏乏对对被被加加固固岩岩体体本本身身力力学学行行为为的的进进一一步步分分析析探探讨讨，，计计算算也也与与实实际际情情况况存存在在一一定定差差距距，，一一般般不不能能作作为为准准确确的的定定量量设设计计，，但但可可作作为为锚锚杆加固设计和施工的重要参考杆加固设计和施工的重要参考图4 锚杆的组合拱原理四、最大水平应力理论四、最大水平应力理论           最最大大水水平平应应力力理理论论由由澳澳大大利利亚亚学学者者盖盖尔尔(W．．J．．Gale)提提出出该该理理论论认认为为：：矿矿井井岩岩层层的的水水平平应应力力通通常常大大于于垂垂直直应应力力，，水水平平应应力力具具有有明明显显的的方方向向性性，，最最大大水水平平应应力力一一般般为为最最小小水水平平应应力力的的1.5～～2.5倍倍。

巷巷道道顶顶底底板板的的稳稳定定性性主主要要受受水水平平应应力力的的影影响响，，且且有有三三个个特特点点：：(1)与与最最大大水水平平应应力力平平行行的的巷巷道道受受水水平平应应力力影影响响最最小小，，顶顶底底板板稳稳定定性性最最好好；；(2)与与最最大大水水平平应应力力呈呈锐锐角角相相交交的的巷巷道道，，其其顶顶底底板板变变形形破破坏坏偏偏向向巷巷道道某某一一帮帮；；(3)与与最最大大水水平平应应力力垂垂直直的的巷巷道道，，顶顶底底板板稳定性最差，如图稳定性最差，如图5所示图图5 应力场效应应力场效应(a)巷道平行于主应力(最佳方向)； (b)巷道与主应力呈45‘夹角； (c)巷道与主应力呈90’夹角(最劣方向)          在在最最大大水水平平应应力力作作用用下下，，顶顶底底板板岩岩层层易易于于发发生生剪剪切切破破坏坏，，出出现现错错动动与与松松动动而而膨膨胀胀造造成成围围岩岩变变形形，，锚锚杆杆的的作作用用即即是是约约束束其其沿沿轴轴向向岩岩层层膨膨胀胀和和垂垂直直于于轴轴向向的的岩岩层层剪剪切切错错动动(图图6)，，因因此此要要求求锚锚杆杆必必须须具具备备强强度度大大、、刚刚度度大大、、抗抗剪剪阻阻力力大，才能起约束围岩变形的作用。

大，才能起约束围岩变形的作用          最最大大水水平平应应力力理理论论，，论论述述了了巷巷道道围围岩岩水水平平应应力力对对巷巷道道稳稳定定性性的的影影响响以以及及锚锚杆杆支支护护所所起起的的作用          在在设设计计方方法法上上，，借借助助于于计计算算机机数数值值模模拟拟不不同同支支护护情情况况下下锚锚杆杆对对围围岩岩的的控控制制效效果果，，进进行行优优化化设设计计，，在在使使用用中中强强调调监监测测的的重重要要性性，，并并根根据据监测结果修改完善初始设计监测结果修改完善初始设计(a)约束岩层膨胀；约束岩层膨胀； (b)约束岩层错动约束岩层错动图图6 锚杆加固作用示意图锚杆加固作用示意图五、巷道锚杆支护围岩强度强化理论综述五、巷道锚杆支护围岩强度强化理论综述           随随着着锚锚杆杆支支护护理理论论研研究究的的深深入入，，开开始始涉涉及及到到锚锚杆杆支支护护机机理理的的实实质质问问题题，，国国内内外外学学者者对对经经锚锚杆杆锚锚固固后后围围岩岩岩岩体体力力学学性性能能的的改改善善进进行行了了研研究究，，深深度度不不同同地地探探讨讨了了锚锚杆杆加加固固后后提提高高岩岩石石强强度度R 、、弹弹性性模模量量E、、粘粘聚聚力力C和和内内摩摩擦擦角角φ等等问问题题，，取取得得了了相相应应的的研研究究成成果果：：(1)系系统统布布置置锚锚杆杆可可以以提提高高岩岩体体的的E、、C、、φ ;(2)合合理理的的锚锚杆杆支支护护可可以以有有效效地地改改变变围围岩岩的的应应力力状状态态和和应应力力应应变变特特性性，，且且不不同同弹弹性性模模量量的的带带锚锚岩岩体体所所表表现现的的锚锚固固效效果果是是不不同同的的；；(3)锚锚杆杆的的锚锚固固效效果果与与锚锚杆杆密密度度、、长长度度、、型型式式、、锚锚杆杆材材料料的的抗抗剪剪刚刚度度和和强强度度有有关关，，并并从从不不同同角角度度提提出出了了最最佳佳的的锚锚杆杆布布置置方方案案：：(4)锚锚固固体体的的变变形形破破坏坏符符合合莫莫尔尔—库库仑仑准准则则；；(5)锚锚杆杆支支护护在在力力学学上上等等价价于于对对孔孔硐硐周周围围岩岩体体施施加加一一定定量量的的径向约束力。

径向约束力vv这这些些研研究究成成果果，，在在一一定定程程度度上上定定性性或或定定量量地地弄弄清清了了一一些些重重要要问问题题，，例例如如锚锚固固体体的的极极限限强强度度和和E E、、C C、、φφ的的提提高高等等，，但但这这些些研研究究成成果果主主要要偏偏重重于于地地表表加加固固工工程程和和浅浅埋埋隧隧道道工工程程对对于于煤煤矿矿巷巷道道特特别别是是煤煤巷巷，，由由于于围围岩岩松松软软、、埋埋藏藏深深，，受受采采动动、、构构造造应应力力的的影影响响，，地地应应力力很很大大，，巷巷道道围围岩岩破破坏坏严严重重，，因因而而，，其其周周围围存存在在着着破破碎碎区区、、塑塑性性区区和和弹弹性性区区，，相相应应巷巷道道周周围围锚锚杆杆锚锚固固区区域域的的岩岩体体则则处处于于破破碎碎区区或或处处于于上上述述两两个个或或三三个个区区域域之之中中，，相相应应锚锚固固区区域域的的岩岩石石强强度度处处于于峰峰后后强强度度或或残残余余强强度度只只有有掌掌握握围围岩岩峰峰值值后后强强度度和和变变形形的的特特点点以以及及锚锚杆杆对对提提高高围围岩岩峰峰值值后后强强度度和和残残余余强强度度的的作作用用，，才才能能从根本上揭示锚杆支护的作用机理。

从根本上揭示锚杆支护的作用机理           中中国国矿矿业业大大学学矿矿山山压压力力研研究究所所，，在在分分析析已已有有研研究究成成果果的的基基础础上上研研究究并并提提出出了了巷巷道道锚锚杆杆支支护护围围岩岩强强度度强强化化理理论论该该理理论论揭揭示示了了锚锚杆杆的的作作用用原原理理和和加加固固巷巷道道围围岩岩的的实实质质，，并并为为合合理理确确定定锚锚杆杆支支护护参参数数提提供供了了理理论论依依据据该该理理论论的的要要点点是是：：(1)巷巷道道锚锚杆杆支支护护的的实实质质是是锚锚杆杆和和锚锚固固区区域域的的岩岩体体相相互互作作用用而而组组成成锚锚固固体体，，形形成成统统一一的的承承载载结结构构；；(2)巷巷道道锚锚杆杆支支护护可可以以提提高高锚锚固固体体的的力力学学参参数数，，包包括括锚锚固固体体破破坏坏前前和和破破坏坏后后的的力力学学参参数数(E、、C、、φ)，，改改善善被被锚锚固固岩岩体体的的力力学学性性能能；；(3)巷巷道道围围岩岩存存在在破破碎碎区区、、塑塑性性区区、、弹弹性性区区，，锚锚杆杆锚锚固固区区域域内内岩岩体体的的峰峰值值强强度度或或峰峰后后强强度度、、残残余余强强度度均均能能得得到到强强化化；；（（4））巷巷道道锚锚杆杆支支护护可可改改变变围围岩岩的的应应力力状状态态、、增增加加围围压压，，从从而而提提高高围围岩岩的的承承载载能能力力、、改改善善巷巷道道的的支支护护状状况况；；(5)巷巷道道围围岩岩锚锚固固体体强强度度提提高高以以后后，，可可减减小小巷巷道道周周围围破破碎碎区区、、塑塑性性区区的的范范围围和和巷巷道道的的表表面面位位移移，，控控制制围围岩岩破破碎碎区区、、塑塑性性区区的的发发展展，，从从而而有有利利于于保持巷道围岩的稳定。

保持巷道围岩的稳定           锚锚杆杆杆杆体体主主要要提提供供两两方方面面的的作作用用，，第第一一是是抗抗拉拉，，其其次次是是抗抗剪剪锚锚固固剂剂的的作作用用是是将将钻钻孔孔孔孔壁壁岩岩石石与与杆杆体体粘粘结结在在一一起起对对于于端端部部锚锚固固锚锚杆杆，，锚锚固固剂剂的的作作用用在在于于提提供供粘粘结结力力，，使使锚锚杆杆能能承承受受一一定定的的拉拉力力锚锚杆杆拉拉力力除除锚锚固固端端外外，，沿沿长长度度方方向向是是均均匀匀分分布布的的由由于于锚锚杆杆与与钻钻孔孔间间有有较较大大空空隙隙，，所所以以锚锚杆杆的的抗抗剪剪能能力力只只有有在在岩岩层层发发生生较较大大错错动动后后才才能能发发挥挥出出来来对对于于全全长长锚锚固固锚锚杆杆，，锚锚固固剂剂的的作作用用比比较较复复杂杂，，主主要要有有两两方方面面：：将将锚锚杆杆杆杆体体与与钻钻孔孔孔孔壁壁粘粘结结在在一一起起，，使使锚锚杆杆随随着着岩岩层层移移动动承承受受拉拉力力；；当当岩岩层层发发生生错错动动时时，，与与杆杆体体共共同同起起抗抗剪剪作作用用，，阻阻止止岩岩层发生滑动层发生滑动         国国内内外外学学者者对对锚锚杆杆锚锚固固前前后后岩岩体体力力学学性性能能的的变变化化也也进进行行了了比比较较全全面面、、系系统统的的研研究究。

研研究究结结果果表表明明，，岩岩体体锚锚固固后后可可不不同同程程度度地地提提高高其其强强度度、、弹弹性性模模量量、、凝凝聚聚力力和和内内摩摩擦擦角角等等力力学学参参数数而而且且，，锚锚杆杆的的主主要要作作用用是是改改善善破破碎碎区区、、塑塑性性区区内内岩岩石石的的力力学学性性质质，，提提高高其其屈屈服服后后的的强强度度有有无无锚锚杆杆约约束束时时岩岩石石应应力力应应变变曲曲线线如如图图所所示示可可见见，，锚锚杆杆显显著著增增加加了了岩岩石石屈屈服服后后的的强强度度，，使使岩岩石石的的破破坏坏变变得得比比较平缓图图7 a 锚固前后岩石应力一应变关系锚固前后岩石应力一应变关系图图7 b 锚固体应力应变曲线锚固体应力应变曲线  综综上上所所述述，，根根据据煤煤巷巷围围岩岩变变形形、、破破坏坏的的特特点点对对煤煤巷巷锚锚杆杆支护机理进行概括，其要点如下：支护机理进行概括，其要点如下： (1)回回采采巷巷道道围围岩岩变变形形和和破破坏坏的的规规律律在在不不同同阶阶段段具具有有明明显显差差别别，，因因此此，，锚锚杆杆支支护护的的作作用用在在巷巷道道不不同同受受力力阶阶段段有有其其特点；特点；(2)锚锚杆杆的的早早期期作作用用主主要要是是阻阻止止破破碎碎岩岩块块掉掉落落并并抑抑制制浅浅部部围围岩岩扩扩容容和和离离层层，，减减小小岩岩层层压压曲曲和和弯弯曲曲失失稳稳的的可可能能性性，，锚杆安装越及时，预紧力越大，支护效果越好；锚杆安装越及时，预紧力越大，支护效果越好；(3)随随着着时时间间的的推推移移和和受受到到采采动动影影响响，，巷巷道道围围岩岩的的破破坏坏范范围围会会逐逐渐渐扩扩大大，，当当锚锚杆杆能能伸伸人人稳稳定定岩岩层层中中时时，，其其作作用用主主要要表表现现为为，，将将破破坏坏区区岩岩层层与与稳稳定定层层相相连连，，阻阻止止破破坏坏岩岩层层垮垮落落，，同同时时，，锚锚杆杆提提供供径径向向和和切切向向约约束束，，提提高高破破坏坏岩岩石石强强度度，，阻阻止止破破坏坏区区岩岩层层扩扩容容、、离离层层、、滑滑动动，，从从而而提提高高其其承载能力；承载能力；    (4)锚锚杆杆不不能能伸伸入入稳稳定定岩岩层层时时，，锚锚杆杆的的作作用用主主要要是是提提高高破破坏坏岩岩层层的的整整体体强强度度，，在在破破坏坏区区内内形形成成承承载载结结构构，，它它不不仅仅可可保保持持自自身身平平衡衡，，而而且且可可以以阻阻止止上上部部破破坏坏岩岩层层的的进进一一步步扩扩容容和和离离层层，，同同时时使使围围岩岩深深部部的的应应力力分分布布趋趋于于均匀和内移；均匀和内移；       (5)钢钢带带和和钢钢筋筋托托梁梁等等组组合合构构件件的的早早期期作作用用主主要要是是防防止止锚锚杆杆间间的的破破碎碎岩岩块块掉掉落落，，随随着着锚锚固固区区岩岩层层扩扩容容、、离离层层的的增增大大，，钢钢带带受受力力逐逐渐渐增增加加，，对对锚锚杆杆间间的的围围岩岩施施以以径径 向向约约束束，，阻阻止止其其产产生生进进一一步步的的扩扩容容和和离离层层，，从从而而增增加加岩层承载能力；岩层承载能力；    (6)当当锚锚固固岩岩层层发发生生压压曲曲和和弯弯曲曲失失稳稳后后，，钢钢带带和和倾倾斜斜锚锚杆杆形形成成组组合合支支护护系系统统，，阻阻止止破破坏坏岩岩层层垮垮落落和和发发生生较较 大大的转动的转动(如图如图8)   (7)回回采采巷巷道道煤煤帮帮的的变变形形破破坏坏特特征征主主要要是是扩扩容容、、松松动动和和挤挤出出，，由由于于煤煤层层强强度度较较低低且且受受到到采采动动影影响响，，所所以以回回采采巷巷道道两两帮帮支支护护显显得得尤尤为为重重要要，，打打锚锚杆杆后后对对煤煤帮帮的的两两种种变形均有控制作用。

加钢带后效果会更好变形均有控制作用加钢带后效果会更好六、煤巷层状顶板的预应力结构理论1、层状顶板预应力支护结构的概念 众众所所周周知知，，巷巷道道开开挖挖后后在在围围岩岩很很小小变变形形时时( (约约在在破破坏坏载载荷荷的的25%25%以以下下) )，，脆脆性性特特征征明明显显的的岩岩体体就就出出现现开开裂裂、、离离层层、、滑滑动动、、裂裂纹纹扩扩展展和和松松动动等等现现象象，，使使围围岩岩强强度度大大大大弱弱化化如如果果巷巷道道开开挖挖后后立立即即安安装装锚锚杆杆，，但但未未施施加加预预拉拉力力，，由由于于锚锚杆杆极极限限变变形形量量大大于于围围岩岩极极限限变变形形量量，，又又由由于于各各类类锚锚杆杆都都有有一一定定的的初初始始滑滑移移量量，，因因而而锚锚杆杆不不能能阻阻止止围围岩岩的的开开裂裂、、滑滑动动和和弱弱化化只只有有当当围围岩岩的的开开裂裂位位移移达达到到相相当当的的程程度度( (在在钢钢筋筋混混凝凝土土中中达达到到极极限限载载荷荷的的6060～～75%)75%)以以后后，，锚锚杆杆才才起起到到阻阻止止裂裂纹纹扩扩展展的的作作用用，，这这时时围围岩岩已已几几乎乎丧丧失失抗抗拉拉和和抗抗剪剪的的能能力力，，加加固固体体的的抗抗拉拉和和抗抗剪剪能能力力主主要要依依赖赖于于锚锚杆杆。

也也就就是是说说，，这这里里围围岩岩和和锚锚杆杆不不同同步步承承载载，，先先是是围围岩岩受受力力破破坏坏，，达达到到一一定定程程度度，，锚锚杆杆才才开开始始承承载载，，在在目目前前的的开开采采深深度度不不大大和和非非强强烈烈构构造造应应力力区区，，这这种种矛矛盾盾常常常常不突出，支护的成功掩盖问题的实质不突出，支护的成功掩盖问题的实质 如果在安装锚杆的同时，立即施加足够的如果在安装锚杆的同时，立即施加足够的预拉力，不仅消除了锚杆支护系统的初始滑移预拉力，不仅消除了锚杆支护系统的初始滑移量，而且给围岩一定的预压应力，改善围岩的量，而且给围岩一定的预压应力，改善围岩的应力环境：对于受拉截面来说，可以抵消一部应力环境：对于受拉截面来说，可以抵消一部分拉应力，从而大大提高抗拉能力；对于受剪分拉应力，从而大大提高抗拉能力；对于受剪截面，由于压应力产生的摩擦力，大大提高了截面，由于压应力产生的摩擦力，大大提高了加固体的抗剪能力因此及时施加预拉力直接加固体的抗剪能力因此及时施加预拉力直接避免巷道围岩过早出现张开裂缝，可以大大减避免巷道围岩过早出现张开裂缝，可以大大减缓围岩的弱化过程，岩体利用自身强度及时参缓围岩的弱化过程，岩体利用自身强度及时参与承载过程，即形成整体承载结构，保证了巷与承载过程，即形成整体承载结构，保证了巷道的长期稳定。

道的长期稳定  与与这这种种主主动动锚锚杆杆支支护护相相比比，，普普通通无无预预拉拉力力被被动动锚锚杆杆支支护护旨旨在在建建立立““钢钢””性性顶顶板板，，即即每每一一排排使使用用尽尽量量多多的的锚锚杆杆，，行行间间距距和和排排间间距距都都很很密密，，有有使使顶顶板板““钢钢铁铁化化””的的势势态态被被动动锚锚杆杆支支护护能能保保证证在在锚锚杆杆长长度度范范围围内内离离层层变变形形后后产产生生很很大大的的支支护护抗抗力力，，但但因因顶顶板板已已发发生生离离层层，，这这种种抗抗力力已已无无助助于于恢恢复复或或提提高高顶顶板板总总体体的的抗抗剪剪强强度度尽尽管管锚锚杆杆长长度度范范围围内内的的顶顶板板““钢钢””性性化化，，但但避避免免不不了了在在锚锚杆杆长长度度以以外外的的顶顶板板中中发发生生离离层层，，出出现现垮垮冒冒，，实实际际上上这这种种现现象象经经常常发生 据据统统计计，，我我国国高高强强锚锚杆杆的的应应用用推推广广中中，，冒冒顶顶的的比比重重占占总总进进尺尺的的万万分分之之五五左左右右，，安安全全可可靠靠性性尚尚不不能能满满足足煤煤矿矿生生产产的的实实际际需需要要。

我我国国现现在在锚锚杆杆间间排排距距普普遍遍在在0.60.6～～0.8m0.8m之之间间，，即即使使杆杆体体强强度度再再高高，，实实践践中中时时有有锚锚固固区区整整体体离离层层破破坏坏甚甚至至垮垮冒冒，，而而锚锚杆杆实实际际受受力力却却很很小小的的现现象象，，这这促促使使我我们们思思考考如如何何发发挥挥锚锚杆杆的的作作用用，，并并避避免免这这类现象发生类现象发生 由由由由此此此此提提提提出出出出煤煤煤煤巷巷巷巷支支支支护护护护预预预预应应应应力力力力结结结结构构构构的的的的概概概概念念念念：：：：在在施施工工安安装装过过程程中中，，及及时时给给锚锚杆杆或或其其它它支支护护构构件件以以很很高高的的张张拉拉力力，，并并传传递递到到层层状状顶顶板板，，使使顶顶板板岩岩层层在在水水平平应应力力作作用用下下处处于于横横向向压压缩缩状状态态，，形形成成““刚刚性性化化””的的压压力力自自撑撑结结构构，，从从而而阻阻止止高高水水平平应应力力对对顶顶板板围围岩岩体体的的破破坏坏，，消消除除或或大大大大减减缓缓弱弱面面离离层层现现象象，，同同时时减减缓缓两两帮帮围围岩岩的的应应力力集集中中程程度度和和岩岩体体破破坏坏现现象象，，从从根根本本上上维维持持围围岩岩稳稳定定。

这这种种层层状顶板的压力自撑结构就叫顶板预应力结构状顶板的压力自撑结构就叫顶板预应力结构2、层状顶板预应力结构理论、层状顶板预应力结构理论 1) 1) 预预拉拉力力( (或或称称初初撑撑力力) )的的大大小小对对顶顶板板稳稳定定性性具具有有决决定定性性的的作作用用，，当当预预拉拉力力大大到到一一定定程程度度时时，，可可以以使使顶顶板板岩岩层层处处于于横横向向压压缩缩的的状状态态，，形形成成预预应应力力承承载载结结构 在在高高水水平平应应力力条条件件下下顶顶板板表表面面的的剪剪切切破破坏坏是是不不可可避避免免的的，，但但通通过过建建立立顶顶板板预预应应力力结结构构可可提提高高顶顶板板整整体体的的抗抗剪剪强强度度，，使其破坏不向顶板纵深方向发展使其破坏不向顶板纵深方向发展 2)2)在在一一定定条条件件下下，，水水平平应应力力的的存存在在有有利利于于巷巷道道顶顶板板的的稳稳定定所所以以，，当当最最大大水水平平应应力力与与巷巷道道轴轴向向垂垂直直时时，，巷巷道道不不一一定定难难以以维维护护，，通通过过对对锚锚杆杆施施加加较较大大的的预预拉拉力力可可以以充充分分利利用用水水平平应应力力来来维维护护顶顶板板稳稳定定性性；；当当最最大大水水平平应应力力与与巷巷道道轴轴向向平平行行时时，，巷巷道道不不一一定定容容易易维维护护，，关关键键是是巷巷道道围围岩岩本本身身的的强强度度与与水水平平地地应应力力的的比比值值及及锚锚杆杆预预拉拉力力的的大大小小。

在在水水平平应应力力大大的的条条件件下下，，高高预预拉拉力力的的短短锚锚杆杆比比无无预预拉拉力力的的长长锚锚杆杆会会起起到到更更好好的的支支护护效果 4)4)当当锚锚杆杆预预拉拉力力达达到到一一定定程程度度后后，，预预应应力力顶顶板板将将使使得得垂垂直直压压力力均均化化到到巷巷道道两两侧侧纵纵深深范范围围，，巷巷道道两两侧侧的的压压力力集集中中现现象象减减小小，，片片帮帮的的现现象象缓缓和和，，两两帮帮的的维维护护将将变变得得相相对对简简单单与与被被动动锚锚杆杆支支护护原原则则““先先护护帮帮，，后后控控顶顶””相相对对照照，，主主动动锚锚杆杆支支护护的的原原则则是是““先先控控顶顶，，后后护护帮帮””其其实实帮帮部部稳稳定定可可以以同同比比顶顶部部分分析析，，并并无无更更多多的的特特殊殊性性，，只只是是由由于于对对顶顶板板的的安安全全可可靠靠性性要要求求更更高高而而强强调调一一些些复复合合顶顶板板层层状状赋赋存存松松散散煤煤体体巷巷道道应应该遵循该遵循““帮顶同治帮顶同治””的原则 5)5)5)5)施施施施工工工工机机机机具具具具、、、、施施施施工工工工工工工工艺艺艺艺和和和和锚锚锚锚杆杆杆杆结结结结构构构构及及及及加加加加工工工工等等等等方方方方面面面面的的的的研研研研究究究究应以实现高预拉力为中心。

应以实现高预拉力为中心应以实现高预拉力为中心应以实现高预拉力为中心 根据该理论可以得出如下一些有益的结论：根据该理论可以得出如下一些有益的结论：根据该理论可以得出如下一些有益的结论：根据该理论可以得出如下一些有益的结论：(1)(1)(1)(1)顶顶顶顶板板板板的的的的稳稳稳稳定定定定性性性性与与与与垂垂垂垂直直直直压压压压力力力力关关关关系系系系不不不不大大大大，，，，比比比比如如如如采采采采深深深深因因因因素素素素、、、、长壁工作面超前垂直支承压力等对顶板稳定性影响较小长壁工作面超前垂直支承压力等对顶板稳定性影响较小长壁工作面超前垂直支承压力等对顶板稳定性影响较小长壁工作面超前垂直支承压力等对顶板稳定性影响较小2)(2)(2)(2)在在在在一一一一定定定定范范范范围围围围内内内内，，，，顶顶顶顶板板板板的的的的稳稳稳稳定定定定性性性性与与与与巷巷巷巷道道道道宽宽宽宽度度度度关关关关系系系系不不不不大大大大传传传传统统统统上上上上认认认认为为为为巷巷巷巷道道道道宽宽宽宽度度度度越越越越大大大大，，，，顶顶顶顶板板板板稳稳稳稳定定定定性性性性越越越越差差差差，，，，这这这这一一一一思思思思想想想想仅仅仅仅适适适适合合合合于于于于被被被被动动动动支支支支护护护护( ( ( (棚棚棚棚子子子子和和和和锚锚锚锚杆杆杆杆) ) ) )，，，，因因因因为为为为在在在在此此此此条条条条件件件件下下下下顶顶顶顶板板板板中中中中部部部部的的的的拉拉拉拉应应应应力力力力越越越越大大大大，，，，顶顶顶顶板板板板拉拉拉拉破破破破坏坏坏坏的的的的可可可可能能能能性性性性也也也也就就就就越越越越大大大大。

预预预预应力结构应力结构应力结构应力结构( ( ( (梁梁梁梁) ) ) )顶板的形成杜绝了顶板发生拉破坏的可能顶板的形成杜绝了顶板发生拉破坏的可能顶板的形成杜绝了顶板发生拉破坏的可能顶板的形成杜绝了顶板发生拉破坏的可能3)(3)(3)(3)在同等地质条件下，提高锚杆预拉力可以进一步增加在同等地质条件下，提高锚杆预拉力可以进一步增加在同等地质条件下，提高锚杆预拉力可以进一步增加在同等地质条件下，提高锚杆预拉力可以进一步增加锚杆间排距，减少锚杆用量，降低巷道支护成本，为提锚杆间排距，减少锚杆用量，降低巷道支护成本，为提锚杆间排距，减少锚杆用量，降低巷道支护成本，为提锚杆间排距，减少锚杆用量，降低巷道支护成本，为提高巷道掘进速度创造条件高巷道掘进速度创造条件高巷道掘进速度创造条件高巷道掘进速度创造条件   确定锚杆支护形式和参数的选择原则确定锚杆支护形式和参数的选择原则1 1）一次支护原则一次支护原则 锚杆支护应尽量一次支护就能有效锚杆支护应尽量一次支护就能有效控制围岩变形，避免二次或多次支护控制围岩变形，避免二次或多次支护2 2）高预应力和预应力扩散原则高预应力和预应力扩散原则 预应力是锚杆支护的预应力是锚杆支护的关键因素，是区别锚杆支护是被动支护还是主动支护的关键因素，是区别锚杆支护是被动支护还是主动支护的参数，只有高预应力的锚杆支护才是真正的主动支护。

参数，只有高预应力的锚杆支护才是真正的主动支护 一方面，要采取有效措施给锚杆施加较大的预应力；另一方面，要采取有效措施给锚杆施加较大的预应力；另一方面，通过托板、钢带等构件实现锚杆预应力的扩散一方面，通过托板、钢带等构件实现锚杆预应力的扩散，提高锚固体的整体刚度与完整性提高锚固体的整体刚度与完整性水平应力水平应力水平应力水平应力垂直应力水平应力水平应力水平应力水平应力垂直应力主被动锚杆的支护效果主被动锚杆的支护效果 1  超高强锚杆杆体超高强锚杆杆体    2  螺母螺母   3  预应力标示杆预应力标示杆  4  应力松弛自补偿弹簧应力松弛自补偿弹簧5  弹簧护筒弹簧护筒  6  减摩垫圈减摩垫圈  7  应力扩散托盘应力扩散托盘  8 高强树脂锚固剂高强树脂锚固剂  9  围岩围岩可控预应力超高强锚杆可控预应力超高强锚杆MQS90J2型气动锚杆安装机型气动锚杆安装机什么是高预应力？什么是高预应力？----朱浮声（朱浮声（19931993）、）、郑雨天（郑雨天（19951995）的研究表）的研究表明：当锚杆预拉力达到明：当锚杆预拉力达到6060～～70kN70kN时，就可以有效控时，就可以有效控制巷道顶板的下沉量，并制巷道顶板的下沉量，并通过加大锚杆的间排距，通过加大锚杆的间排距，减少锚杆用量；减少锚杆用量；预紧扳手预紧扳手扭矩倍增器扭矩倍增器什么是高强、超高强？什么是高强、超高强？什么是高强、超高强？什么是高强、超高强？高强：高强：高强：高强：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　超高强：　　　　超高强：　　　　超高强：　　　　超高强：　　　　锚杆材料公称直径/mm屈服强度/MPa极限强度/MPa屈服荷载/kN极限荷载/kN伸长率/%Ⅱ级钢2228038010614417Ⅲ级钢2237041014115617Ⅳ级钢2248057018221715Ⅴ级钢2260068022825812各种锚杆材料强度指标各种锚杆材料强度指标各种锚杆材料强度指标各种锚杆材料强度指标 ⅣⅣ、、ⅤⅤ级螺纹钢作为杆体的树脂锚杆能够满足基本技术要求。

级螺纹钢作为杆体的树脂锚杆能够满足基本技术要求每吨Ⅳ螺纹钢钢材仅比Ⅱ级螺纹钢高300－400元 为深部围岩支护采用高强、超高强锚杆提供了材料上的便利条件 3 3））““三高一低三高一低””原则即高强度、高刚度、高可靠性与低支护即高强度、高刚度、高可靠性与低支护密度原则密度原则 在提高锚杆强度与刚度，保证支护系统可靠性的条在提高锚杆强度与刚度，保证支护系统可靠性的条件下，降低支护密度，减少单位面积上锚杆数量，提高掘进速件下，降低支护密度，减少单位面积上锚杆数量，提高掘进速度4 4）临界支护刚度与强度原则临界支护刚度与强度原则 锚杆支护系统存在临界支护刚锚杆支护系统存在临界支护刚度与强度，如果支护强度与刚度低于临界值，巷道将长期处于度与强度，如果支护强度与刚度低于临界值，巷道将长期处于不稳定状态，围岩变形与破坏得不到有效控制不稳定状态，围岩变形与破坏得不到有效控制5 5）相互匹配原则相互匹配原则锚杆各构件，包括托板、螺母、钢带等的参锚杆各构件，包括托板、螺母、钢带等的参数与力学性能应相互匹配，锚杆与锚索的参数与力学性能应相数与力学性能应相互匹配，锚杆与锚索的参数与力学性能应相互匹配，以最大限度地发挥锚杆支护的整体支护作用。

互匹配，以最大限度地发挥锚杆支护的整体支护作用6 6）可操作性原则可操作性原则 提供的锚杆支护设计应具有可操作性，有利提供的锚杆支护设计应具有可操作性，有利于井下施工管理和掘进速度的提高于井下施工管理和掘进速度的提高7 7）在保证巷道支护效果和安全程度，技术上可行、施工上可操）在保证巷道支护效果和安全程度，技术上可行、施工上可操作的条件下，做到经济合理，有利于降低巷道支护综合成本作的条件下，做到经济合理，有利于降低巷道支护综合成本第二节第二节  巷道围岩地质力学测试巷道围岩地质力学测试              巷巷道道围围岩岩是是一一个个极极其其复复杂杂的的地地质质体体与与其其他他工工程程材材料料相相比比，，它它具具有有两两大大特特点点：：其其一一是是岩岩体体内内部部含含有有各各种种各各样样的的不不连连续续面面，，如如节节理理、、裂裂隙隙等等，，这这些些不不连连续续面面的的存存在在显显著著改改变变了了岩岩体体的的强强度度特特征征和和变变形形特特征征，，致致使使岩岩块块与与岩岩体体的的强强度度相相差差悬悬殊殊；；其其二二是是岩岩体体含含有有内内应应力力，，地地应应力力场场的的大大小小和和方方向向都都显显著著影影响响着着围围岩岩的的变变形形和和破破坏坏。

因因此此，，一一切切与与围围岩岩有有关关的的工工作作，，如如巷巷道道布布置置、、巷巷道道支支护护设设计计，，特特别别是是巷巷道道锚锚杆杆支支护护设设计计，，都都离不开对围岩地质力学特征的充分了解离不开对围岩地质力学特征的充分了解                            在在国国外外，，澳澳大大利利亚亚、、英英国国等等采采煤煤技技术术先先进进的的国国家家，，十十分分重重视视巷巷道道围围岩岩地地质质力力学学测测试试工工作作在在进进行行巷巷道道布布置置、、巷巷道道支支护护设设计计之之前前，，都都要要进进行行详详细细的的围围岩岩强强度度、、围围岩岩结结构构和和地地应应力力的的测测试试，，从从而而保保证证了了巷巷道道布布置置和和支支护护设设计计的的合合理理性性，，显显著著提提高高了了巷巷道道的的安安全全程程度度在在国国内内，，人人们们也也逐逐渐渐认认识识到到进进行行巷巷道道围围岩岩地地质质力力学学测测试试的的重重要要性性和和必必要要性性在在引引进进国国外外先先进进仪仪器器和和设设备备的的基基础础上上，，开开发发研研制制了了一一批批井井下下使使用用的的围围岩岩地地质质力力学学测测试试仪仪器器，，并并在在多多个个矿矿区区得得到到应应用用，，取得大量宝贵的基础参数。

取得大量宝贵的基础参数   一、井下巷道围岩强度测试一、井下巷道围岩强度测试                                 传传传传统统统统的的的的岩岩岩岩石石石石强强强强度度度度测测测测定定定定方方方方法法法法是是是是在在在在井井井井下下下下钻钻钻钻取取取取岩岩岩岩芯芯芯芯，，，，然然然然后后后后运运运运至至至至实实实实验验验验室室室室加加加加工工工工成成成成试试试试件件件件，，，，进进进进行行行行岩岩岩岩石石石石力力力力学学学学参参参参数数数数测测测测定定定定这这这这种种种种方方方方法法法法的的的的首首首首要要要要条条条条件件件件是是是是在在在在井井井井下下下下可可可可取取取取出出出出比比比比较较较较完完完完整整整整的的的的岩岩岩岩芯芯芯芯，，，，且且且且能能能能加加加加工工工工成成成成试试试试件件件件但但但但是是是是，，，，当当当当围围围围岩岩岩岩比比比比较较较较松松松松软软软软破破破破碎碎碎碎时时时时，，，，很很很很难难难难取取取取出出出出完完完完整整整整岩岩岩岩芯芯芯芯，，，，无无无无法法法法进进进进行行行行力力力力学学学学参参参参数数数数测测测测定定定定。

在在在在煤煤煤煤层层层层中中中中钻钻钻钻孔孔孔孔取取取取芯芯芯芯尤尤尤尤为为为为如如如如此此此此为为为为了了了了解解解解决决决决这这这这个个个个问问问问题题题题，，，，一一一一些些些些科科科科研研研研单单单单位位位位开开开开发发发发研研研研制制制制了了了了专专专专门门门门用用用用于于于于井井井井下下下下巷巷巷巷道道道道中中中中测测测测量量量量围围围围岩岩岩岩强强强强度度度度的的的的装装装装置置置置该该该该仪仪仪仪器器器器由由由由围围围围岩岩岩岩强强强强度度度度测测测测定定定定仪仪仪仪、、、、探探探探头头头头、、、、手手手手摇摇摇摇泵泵泵泵、、、、高高高高压压压压管管管管、、、、延延延延长长长长杆杆杆杆等等等等部部部部件件件件组组组组成成成成，，，，测测测测试试试试原原原原理理理理如如如如图图图图9 9所所所所示示示示其其其其中中中中，，，，手手手手摇摇摇摇泵泵泵泵为为为为美美美美国国国国进进进进口口口口泵泵泵泵，，，，轻轻轻轻便便便便灵灵灵灵巧巧巧巧，，，，性性性性能能能能稳稳稳稳定定定定探探探探头头头头直直直直径径径径φ56mmφ56mm，，，，非非非非常常常常适适适适合合合合井井井井下下下下快快快快速速速速测测测测量量量量工工工工作作作作。

图图图图1010是是是是潞潞潞潞安安安安常常常常村村村村煤煤煤煤矿矿矿矿一一一一回回回回风风风风巷巷巷巷中中中中的的的的测测测测量量量量结结结结果果果果，，，，从从从从图图图图中中中中很很很很清清清清楚楚楚楚地地地地看看看看出出出出煤煤煤煤层层层层和和和和顶顶顶顶板板板板岩岩岩岩石石石石的的的的强度分布状况强度分布状况强度分布状况强度分布状况图图9 围岩强度测定原理示意图围岩强度测定原理示意图1—探头；探头；2一电缆；一电缆；3一压力表一压力表(o-40MPa4一压力表一压力表(0-100MPa)；；5一手摇一手摇泵；泵；6一围岩强度测定仪；一围岩强度测定仪；7一高压管；一高压管；8一延长杆一延长杆图图10 潞安常村煤矿岩石的强度分布状况潞安常村煤矿岩石的强度分布状况 钻钻孔孔窥窥视视仪仪可可以以直直接接观观察察6m深深钻钻孔孔的的岩岩层层结结构构、、层层理理、、各各类类弱弱面面和和离离层层情情况况该仪器外观如下图所示该仪器外观如下图所示 钻孔窥视仪钻孔窥视仪 图图11 PS75X20钻孔窥视仪原理图钻孔窥视仪原理图1—钻孔；钻孔；2一先端部；一先端部；3一导光束；一导光束；4一导像束；一导像束；5一目镜；一目镜；6一矿灯一矿灯三、地应力测量三、地应力测量         地地应应力力测测试试理理论论和和技技术术一一直直是是岩岩石石力力学学与与采采矿矿科科学学的的重重要要内内容容之之一一。

地地应应力力测测量量方方法法有有很很多多种种根根据据测测量量原原理理可可分分为为三三大大类类：：第第一一类类是是以以测测定定岩岩体体中中的的应应变变、、变变形形为为依依据据的的力力学学法法，，如如应应力力恢恢复复法法、、应应力力解解除除法法及及水水压压致致裂裂法法等等；；第第二二类类是是测测量量岩岩体体中中声声波波传传播播规规律律、、电电阻阻率率或或其其他他物物理理量量的的变变化化为为依依据据的的地地球球物物理理方方法法；；第第类类是是根根据据地地质质构构造造和和井井下下岩岩体体破破坏坏状状况况提提供供的的信信息息确确定定应应力力方方向向目目前前，，力力学学方方法法，，特特别别是是应力解除法和水压致裂法应用得比较普遍应力解除法和水压致裂法应用得比较普遍        我我国国煤煤矿矿以以前前很很少少进进行行地地应应力力测测量量近近年年来来人人们们逐逐步步认认识识到到地地应应力力对对锚锚杆杆支支护护的的重重要要性性，，很很多多矿矿区区，，如如新新汶汶、、邢邢台台、、兖兖州州、、潞潞安安等等开开展展了了这这项项工工作作，，测测试试数数据据成成为煤巷锚杆支护设计的重要基础参数为煤巷锚杆支护设计的重要基础参数。

           水水压压致致裂裂法法测测试试原原理理是是，，在在封封隔隔钻钻孔孔段段注注高高压压水水，，使使钻钻孔孔破破裂裂，，根根据据钻钻孔孔破破裂裂时时的的压压力力和和方方向向确确定定主主应应力力的的大大小小和和方方向向(图图12)水水压压致致裂裂法法测测量量应应力力不不需需要要套套芯芯，，也也不不需需要要精精密密复复杂杂的的电电子子仪仪器器，，所所以以可可在在深深井井中中测测量量应应力力这这种种方方法法测测试试过过程程简简单单，，可可以以快快速速、、经经济济地地进进行行大大面面积积测测量量虽虽然然一一个个钻钻孔孔仅仅能能得得到到二二维维应应力力，，但但辅辅以以其其他他地地应应力力分分析析方方法法，，多多测测钻钻孔孔，，可可以以弥弥补补这这个个缺缺陷陷特特别别是是在在测测量量水水平平应应力力方方面面，，具具有有明明显显优优势势最最近近，，我我国国针针对对煤煤矿矿井井下下巷巷道道的的特特点点，，开开发发研研制制了了矿矿用用便便携携式式水水压压致致裂裂地地应应力力测测量量仪仪器器，，可可快快速速、、准准确确、、大大面面积积地地测测量量煤煤矿矿巷巷道道围围岩岩地地应应力力这这套套仪仪器器已已在在潞潞安安等等矿矿区区大大面面积积使使用，取得了大量宝贵的应力数据。

用，取得了大量宝贵的应力数据图图12 水平致裂地应力测量示意图水平致裂地应力测量示意图1-分割器分割器 2-注水阀门注水阀门 3-水压管水压管 4-流量计流量计 5-高压泵高压泵 6-记录器记录器第三节第三节  锚杆支护设计方法锚杆支护设计方法           现现有有的的锚锚杆杆支支护护设设计计方方法法很很多多，，如如基基于于以以往往经经验验和和围围岩岩分分类类的的经经验验设设计计法法，，基基于于某某种种假假说说和和解解析析计计算算的的理理论论设设计计法法，，以以现现场场监监测测数数据据为为基基础础的的监监控控设设计计法法大大量量实实践践经经验验证证明明，，单单独独采采用用任任何何一一种种方方法法都都不不符符合合巷巷道道围围岩岩复复杂杂性性和和多多变变性性的的特特点点，，因因而而设设计计效效果果不不够够理理想想在在多多年年锚锚杆杆支支护护实实践践经经验验基基础础上上，，根根据据煤煤巷巷特特点点，，借借鉴鉴国国外外先先进进技技术术经经验验，，我我国国提提出出了了锚锚杆杆支支护护设设计的动态信息法计的动态信息法   一、动态信息设计法简介一、动态信息设计法简介                              动动动动态态态态信信信信息息息息设设设设计计计计法法法法具具具具有有有有两两两两大大大大特特特特点点点点：：：：其其其其一一一一，，，，设设设设计计计计不不不不是是是是一一一一次次次次完完完完成成成成的的的的，，，，而而而而是是是是一一一一个个个个动动动动态态态态过过过过程程程程；；；；其其其其二二二二，，，，设设设设计计计计充充充充分分分分利利利利用用用用每每每每个个个个过过过过程程程程中中中中提提提提供供供供的的的的信信信信息息息息。

该该该该设设设设计计计计方方方方法法法法包包包包括括括括五五五五部部部部分分分分：：：：试试试试验验验验点点点点调调调调查查查查和和和和地地地地质质质质力力力力学学学学评评评评估估估估；；；；初初初初始始始始设设设设计计计计；；；；井井井井下下下下监监监监测测测测；；；；信信信信息息息息反反反反馈馈馈馈和和和和修修修修正正正正设设设设计计计计；；；；日日日日常常常常监监监监测测测测其其其其中中中中，，，，试试试试验验验验点点点点调调调调查查查查包包包包括括括括围围围围岩岩岩岩强强强强度度度度、、、、围围围围岩岩岩岩结结结结构构构构、、、、地地地地应应应应力力力力及及及及锚锚锚锚固固固固性性性性能能能能测测测测试试试试等等等等内内内内容容容容，，，，在在在在此此此此基基基基础础础础上上上上进进进进行行行行地地地地质质质质力力力力学学学学评评评评估估估估和和和和围围围围岩岩岩岩分分分分类类类类，，，，为为为为初初初初始始始始设设设设计计计计提提提提供供供供可可可可靠靠靠靠的的的的参参参参数数数数初初初初始始始始设设设设计计计计采采采采用用用用数数数数值值值值计计计计算算算算和和和和经经经经验验验验法法法法相相相相结结结结合合合合的的的的方方方方法法法法进进进进行行行行，，，，根根根根据据据据巷巷巷巷道道道道生生生生产产产产条条条条件件件件、、、、技技技技术术术术要要要要求求求求及及及及实实实实测测测测数数数数据据据据确确确确定定定定出出出出比比比比较较较较合合合合理理理理的的的的初初初初始始始始设设设设计计计计。

然然然然后后后后将将将将初初初初始始始始设设设设计计计计实实实实施施施施于于于于井井井井下下下下，，，，进进进进行行行行详详详详细细细细的的的的围围围围岩岩岩岩位位位位移移移移和和和和锚锚锚锚杆杆杆杆受受受受力力力力监监监监测测测测，，，，根根根根据据据据监监监监测测测测结结结结果果果果验验验验证证证证或或或或修修修修正正正正初初初初始始始始设设设设计计计计正正正正常常常常施施施施工工工工后后后后还还还还要要要要进进进进行行行行日日日日常常常常监监监监测测测测，，，，保保保保证巷道安全证巷道安全证巷道安全证巷道安全   二、试验点调查和地质力学评估二、试验点调查和地质力学评估         试试试试验验验验点点点点调调调调查查查查和和和和地地地地质质质质力力力力学学学学评评评评估估估估是是是是在在在在现现现现场场场场进进进进行行行行巷巷巷巷道道道道围围围围岩岩岩岩地地地地质质质质力力力力学学学学测测测测试基础上进行的，包括以下几方面：试基础上进行的，包括以下几方面：试基础上进行的，包括以下几方面：试基础上进行的，包括以下几方面：         (1)(1)巷巷巷巷道道道道围围围围岩岩岩岩岩岩岩岩性性性性和和和和强强强强度度度度：：：：煤煤煤煤层层层层厚厚厚厚度度度度、、、、倾倾倾倾角角角角、、、、抗抗抗抗压压压压强强强强度度度度、、、、节节节节理理理理、、、、裂隙分布情况；巷道顶底板岩层分布，岩层强度；裂隙分布情况；巷道顶底板岩层分布，岩层强度；裂隙分布情况；巷道顶底板岩层分布，岩层强度；裂隙分布情况；巷道顶底板岩层分布，岩层强度；            (2)(2)地地地地质质质质构构构构造造造造和和和和围围围围岩岩岩岩结结结结构构构构：：：：巷巷巷巷道道道道周周周周围围围围比比比比较较较较大大大大的的的的地地地地质质质质构构构构造造造造，，，，如如如如断断断断层层层层、、、、褶褶褶褶曲曲曲曲等等等等的的的的分分分分布布布布，，，，对对对对巷巷巷巷道道道道的的的的影影影影响响响响程程程程度度度度；；；；围围围围岩岩岩岩中中中中不不不不连连连连续续续续面面面面的的的的分分分分布布布布状状状状况况况况，，，，如如如如分分分分层层层层厚厚厚厚度度度度和和和和节节节节理理理理裂裂裂裂隙隙隙隙间间间间距距距距大大大大小小小小，，，，不不不不连连连连续续续续面面面面的的的的力力力力学学学学特特特特性性性性等等等等   (3)(3)地地地地应应应应力力力力：：：：包包包包括括括括垂垂垂垂直直直直和和和和两两两两个个个个水水水水平平平平主主主主应应应应力力力力，，，，其其其其中中中中最最最最大大大大水水水水平平平平主主主主应应应应力力力力的方向和划测锚杆支护设计尤为重要；的方向和划测锚杆支护设计尤为重要；的方向和划测锚杆支护设计尤为重要；的方向和划测锚杆支护设计尤为重要；         (4)(4)环环环环境境境境影影影影响响响响：：：：水水水水文文文文地地地地质质质质条条条条件件件件，，，，涌涌涌涌水水水水量量量量，，，，水水水水对对对对围围围围岩岩岩岩强强强强度度度度的的的的影影影影响响响响，，，，瓦斯涌出量划、，岩石的风化性质等；瓦斯涌出量划、，岩石的风化性质等；瓦斯涌出量划、，岩石的风化性质等；瓦斯涌出量划、，岩石的风化性质等；            (5)(5)粘粘粘粘结结结结强强强强度度度度测测测测试试试试：：：：采采采采用用用用锚锚锚锚杆杆杆杆拉拉拉拉拔拔拔拔计计计计确确确确定定定定树树树树脂脂脂脂锚锚锚锚固固固固剂剂剂剂的的的的粘粘粘粘结结结结强强强强度度度度，，，，该该该该测测测测试试试试工工工工作作作作必必必必须须须须在在在在井井井井下下下下施施施施工工工工之之之之前前前前进进进进行行行行完完完完毕毕毕毕；；；；测测测测试试试试应应应应采采采采用用用用施施施施工工工工中中中中所所所所用用用用的的的的锚锚锚锚杆杆杆杆和和和和树树树树脂脂脂脂药药药药卷卷卷卷，，，，分分分分别别别别在在在在巷巷巷巷道道道道顶顶顶顶板板板板和和和和两两两两帮帮帮帮设设设设计计计计锚锚锚锚固固固固深深深深度度度度上上上上进进进进行行行行三三三三组组组组拉拉拉拉拔拔拔拔试试试试验验验验，，，，粘粘粘粘结结结结强强强强度度度度满满满满足足足足设设设设计计计计要要要要求求求求后后后后方方方方可可可可在在在在井井井井下下下下施施施施工中采用。

工中采用工中采用工中采用   三、初始设计三、初始设计三、初始设计三、初始设计                                 不不不不适适适适合合合合锚锚锚锚杆杆杆杆支支支支护护护护，，，，必必必必须须须须重重重重新新新新设设设设计计计计断断断断面面面面设设设设计计计计除除除除考考考考虑虑虑虑锚锚锚锚杆杆杆杆支支支支护护护护效效效效果果果果外外外外，，，，还还还还应应应应考考考考虑虑虑虑运运运运输输输输设设设设备备备备尺尺尺尺寸寸寸寸、、、、通通通通风风风风条条条条件件件件、、、、巷道变形预留量等因素巷道变形预留量等因素巷道变形预留量等因素巷道变形预留量等因素                                    锚锚锚锚杆杆杆杆支支支支护护护护初初初初始始始始设设设设计计计计采采采采用用用用数数数数值值值值计计计计算算算算方方方方法法法法效效效效果果果果较较较较好好好好的的的的软软软软件件件件有有有有有有有有限限限限差差差差分分分分软软软软件件件件FLACFLAC和和和和离离离离散散散散单单单单元元元元法法法法软软软软件件件件UDECUDEC设设设设计计计计步步步步骤骤骤骤如如如如下下下下：：：：根根根根据据据据巷巷巷巷道道道道围围围围岩岩岩岩条条条条件件件件建建建建立立立立合合合合理理理理的的的的数数数数值值值值计计计计算算算算模型；分析巷道围岩变形和破坏的特征；模型；分析巷道围岩变形和破坏的特征；模型；分析巷道围岩变形和破坏的特征；模型；分析巷道围岩变形和破坏的特征；                                 分分分分析析析析锚锚锚锚杆杆杆杆支支支支护护护护各各各各个个个个参参参参数数数数对对对对巷巷巷巷道道道道围围围围岩岩岩岩变变变变形形形形和和和和破破破破坏坏坏坏的的的的影影影影响响响响，，，，进进进进行行行行参参参参数数数数敏敏敏敏感感感感性性性性分分分分析析析析，，，，包包包包括括括括锚锚锚锚杆杆杆杆长长长长度度度度、、、、直直直直径径径径，，，，锚锚锚锚杆杆杆杆间间间间排排排排距距距距等等等等；；；；确确确确定定定定出出出出技技技技术术术术和和和和经经经经济济济济上上上上最最最最优优优优的的的的锚锚锚锚杆杆杆杆支支支支护护护护方方方方案案案案，，，，即为初始设计。

即为初始设计即为初始设计即为初始设计                                 图图图图12 12 、、、、图图图图1313、、、、图图图图1414是是是是潞潞潞潞安安安安五五五五阳阳阳阳煤煤煤煤矿矿矿矿一一一一煤煤煤煤顶顶顶顶巷巷巷巷道道道道锚锚锚锚杆杆杆杆支支支支护护护护数数数数值值值值计计计计算算算算结结结结果果果果分分分分析析析析这这这这些些些些曲曲曲曲线线线线就就就就可可可可得得得得出出出出合合合合理理理理的的的的支支支支护护护护案案案案锚锚锚锚杆杆杆杆支支支支护护护护初初初初始始始始设设设设计计计计采采采采用用用用数数数数值值值值计计计计算算算算方方方方法法法法，，，，显显显显著著著著提提提提高高高高了设计结果的全面性、合理性、可靠性和可视性了设计结果的全面性、合理性、可靠性和可视性了设计结果的全面性、合理性、可靠性和可视性了设计结果的全面性、合理性、可靠性和可视性锚杆根数锚杆根数/根根图图12 锚杆根数与顶板下沉关系锚杆根数与顶板下沉关系图图13 锚杆直径与顶板下沉关系锚杆直径与顶板下沉关系图图14锚杆排距与顶板下沉关系锚杆排距与顶板下沉关系 四、井下监测四、井下监测            初初始始设设计计实实施施于于井井下下后后，，必必须须进进行行全全面面系系统统的的监监测测，，这这也也是是动动态态信信息息法法中中的的一一项项主主要要内内容容。

监监测测的的目目的的是是获获取取巷巷道道围围岩岩和和锚锚杆杆的的各各种种变变形形和和受受力力信信息息，，以以便便分分析析巷巷道道的的安安全全程程度度和和修修正正初初始始设设计计井井下下监监测测主主要要有有以以下几方面内容：下几方面内容：            (1)围围岩岩位位移移：：包包括括巷巷道道表表面面位位移移(包包括括顶顶底底板板相相对对移移近近量量，，顶顶板板下下沉沉量量，，底底鼓鼓量量，，两两帮帮相相对对移移近近量量，，帮帮位位移移量量等等)和和巷巷道道顶顶板板离离层层及及深深部部位位移移(包包括括锚锚固固区区内内离离层层值值和和锚锚固固区区外外离离层层值值，，巷巷道道围围岩岩深深部部位位移移指指围围岩岩不不同同深度的位移值深度的位移值)；；           (2)锚锚杆杆受受力力：：对对于于全全长长锚锚固固锚锚杆杆，，测测量量沿沿锚锚杆杆方方向向上上的的受受力力分分布布；；对对于于端端锚锚锚锚杆杆，，可可在在孔孔口口测测量量锚锚杆杆的的工作阻力工作阻力 五、信息反馈和修正初始设计五、信息反馈和修正初始设计            根根据据井井下下监监测测信信息息验验证证和和修修改改初初始始设设计计，，使使其其趋趋于于更更加加合合理理。

例例如如，，当当锚锚固固范范围围内内的的离离层层值值大大于于设设计计值值时时，，说说明明锚锚杆杆支支护护强强度度偏偏小小，，应应加加密密或或加加粗粗锚锚杆杆；；当当锚锚固固区区外外围围岩岩离离层层值值较较大大时时，，表表明明锚锚杆杆长长度度偏偏小小，，应应适适当当增增加加锚锚杆杆长长度度或或补补打打锚锚索第四节第四节    煤巷新型支护材料的研制煤巷新型支护材料的研制 煤煤巷巷树树脂脂锚锚杆杆是是指指对对岩岩层层及及煤煤层层起起锚锚固固作作用用、、维维护护围围岩岩稳稳定定的的杆杆状状结结构构物物及及附附件件，，其其种种类类和和结结构构繁繁杂杂多多样样，，但但国国内内绝绝大大多多数数矿矿井井一一般般都都将将其其作作为为简简单单材材料料，，分分散散加加工工，，规规模模小小，，质质量量不不稳稳定定，，使使用用效效果果差差，，根根本本原原因因在在于于对对锚锚杆杆加加工工要要求求和和结结构构必必须须具具备备的的基基本本性性能能不不清清楚楚随随着着这这一一技技术术的的推推广广应应用用和和普普及及，，客客观观上上要要求求提提高高锚锚杆杆整整体体性性能能及及加加工工精精度度，，特特别别是是困困难难复复杂杂条条件件下下应应用用该该项项技技术术对对锚锚杆杆的的性性能能提提出出了了更更高高的的要要求求，，把把锚锚杆杆作作为为一一种种简简单单的的支支护护材材料料已已不不适适应应全全面面推推广广这这一一新新技技术术的的要要求求，，必必须须使使锚锚杆杆加加工工系系列列化化、、规规范范化化、、标标准准化化，，只只有有高高性性能能的的成成套套锚锚杆杆才才可可能能满满足足地地质质条条件件复杂多变的需求。

复杂多变的需求  锚锚杆杆结结构构和和加加工工性性能能如如何何规规范范是是十十分分重重要要的的技技术术问问题题，，是是实实现现预预应应力力支支护护技技术术的的基基础础我我国国目目前前锚锚杆杆加加工工、、使使用用中中存存在在的的缺缺陷陷和和问问题题包包括括：：锚锚杆杆杆杆体体强强度度低低；；锚锚尾尾抗抗剪剪切切力力低低；；锚锚杆杆长长度度受受限限；；安安装装性性能能差差，，巷巷道道掘掘进进速速度度慢慢；；锚锚杆杆支支护护系系统统性性能能差差，，( (锚锚杆杆、、托托盘盘、、钢钢带带承承载载能能力力匹匹配配性性能能不不好好) )；；锚锚杆杆预预拉拉力力低低针针对对这这些些问问题题开开展展，，进进而而提提出出高高性性能能锚锚杆杆的的概概念念，，它它是是指指杆杆体体材材质质符符合合高高强强度度、、延延伸伸率率及及锚锚固固要要求求、、附附件件完完整整、、整整体体强强度度和和几几何何尺尺寸寸匹匹配配、、能能够够满满足足钻钻机机连连续续一一体体化化安安装装并并实实现现预预拉拉力力的的新新型锚杆1、高性能预拉力锚杆、高性能预拉力锚杆 锚锚杆杆支支护护技技术术的的发发展展必必然然要要求求性性能能良良好好的的锚锚杆杆产产品品做做保保证证。

根根据据预预应应力力结结构构理理论论，，我我们们对对锚锚杆杆的的性性能能提提出出了了新新的的技技术术要要求求，，具具体体包包括括：：(1)(1)杆杆体体材材质质；；(2)(2)能能够够实实现现快快速速机机械械安安装装；；(3)(3)满满足足实实现现锚锚杆杆高高预预拉拉力力的的要要求求；；(4)(4)锚锚杆杆、、托托盘盘、、钢钢带带三三者者的的几几何何形形状状和和承承载载能能力力匹匹配配，，加加工工规规范范针针对对我我国国现现有有锚锚杆杆的的缺缺点点，，进进行行了了以下几个方面的研究：以下几个方面的研究：(1)(1)锚杆杆体材质及表面结构的选择；锚杆杆体材质及表面结构的选择；(2)(2)锚杆快速安装螺母的研制；锚杆快速安装螺母的研制；(3)(3)提高锚杆预拉力的措施提高锚杆预拉力的措施v锚杆预紧力为锚杆预紧力为20kN时，锚杆尾部附近出现了明显的应力集中现象，随着时，锚杆尾部附近出现了明显的应力集中现象，随着深人顶板远离锚杆尾部，压应力逐渐减小在锚杆长度一半左右的范围深人顶板远离锚杆尾部，压应力逐渐减小在锚杆长度一半左右的范围内形成了压应力区，之上为应力很小的近零应力区在锚杆端部出现了内形成了压应力区，之上为应力很小的近零应力区。

在锚杆端部出现了拉应力区，但应力值很小两根锚杆之间有效压应力区小，而且相互独拉应力区，但应力值很小两根锚杆之间有效压应力区小，而且相互独立，没有连成整体立，没有连成整体a））预紧预紧力力20kN 　（　（b））预紧预紧力力100kN不同不同锚锚杆杆预紧预紧力形成的力形成的预应预应力力场场分布分布两根锚杆之间中部应力两根锚杆之间中部应力值很小，出现较大范围值很小，出现较大范围的近零应力区，在此区的近零应力区，在此区域，锚杆几乎无支护作域，锚杆几乎无支护作用由于锚杆预紧力低，用由于锚杆预紧力低，导致锚杆支护产生的预导致锚杆支护产生的预应力场应力值小，形成应力场应力值小，形成的有效压应力区范围小，的有效压应力区范围小，孤立分布，没有连成整孤立分布，没有连成整体近零应力区范围大，体近零应力区范围大，锚杆支护在近零应力区锚杆支护在近零应力区几乎没有加固围岩作用几乎没有加固围岩作用  v锚杆尾部附近出现了较大的应力集中现象，随着深人顶板远离锚杆尾部，锚杆尾部附近出现了较大的应力集中现象，随着深人顶板远离锚杆尾部，压应力逐渐减小在锚杆长度一半左右的范围内形成了压应力区，有效压应力逐渐减小在锚杆长度一半左右的范围内形成了压应力区，有效应力区范围明显扩大，近零应力区大幅度缩小。

在锚杆端部出现了拉应应力区范围明显扩大，近零应力区大幅度缩小在锚杆端部出现了拉应力区，应力值很小锚杆附近应力集中明显，随着远离锚杆位置，压应力区，应力值很小锚杆附近应力集中明显，随着远离锚杆位置，压应力逐渐减小力逐渐减小 （（a））预紧预紧力力20kN 　（　（b））预紧预紧力力100kN不同不同锚锚杆杆预紧预紧力形成的力形成的预应预应力力场场分布分布※锚杆之间连成一片锚杆之间连成一片的、整体的有效压应的、整体的有效压应力区，近零应力区基力区，近零应力区基本消失，锚杆对锚杆本消失，锚杆对锚杆之间的围岩起到有效之间的围岩起到有效的支护作用的支护作用※可见，在高锚杆预可见，在高锚杆预紧力条件下，锚杆支紧力条件下，锚杆支护产生的预应力值大，护产生的预应力值大，形成的有效应力区范形成的有效应力区范围广，几乎覆盖了整围广，几乎覆盖了整个顶板，锚杆的主动个顶板，锚杆的主动支护得到充分发挥支护得到充分发挥1)1)锚杆杆体材质锚杆杆体材质v锚锚杆杆杆杆体体的的强强度度直直接接影影响响锚锚固固范范围围内内对对围围岩岩作作用用的的大大小小，，从从而而影影响响锚锚杆杆群群作作用用范范围围内内围围岩岩的的承承载载能能力力和和锚锚杆杆的的支支护护效效果果。

我我国国以以往往使使用用的的锚锚杆杆材材质质一一般般为为Q235Q235，，其其屈屈服服强强度度为为240MPa240MPa，，杆杆体体直直径径一一般般为为14mm14mm、、16mm、、18mm，，所所以以锚锚杆杆破破断断力力均在均在100kN100kN以下v为了改变我国长期使用低强度锚杆的状况，最近为了改变我国长期使用低强度锚杆的状况，最近几年大力发展高强度、超高强度锚杆按照钢材几年大力发展高强度、超高强度锚杆按照钢材的屈服强度的屈服强度σsσs可将锚杆分为三类：可将锚杆分为三类：σs<340Mpaσs<340Mpa，，为普通锚杆；为普通锚杆；340Mpa≤σs<600Mpa,340Mpa≤σs<600Mpa,为高强度为高强度锚杆；锚杆；σs≥600Mpaσs≥600Mpa，，为超高强度锚杆为超高强度锚杆  国国外外使使用用的的锚锚杆杆杆杆体体直直径径多多为为20mm20mm、、22mm22mm、、24mm24mm，，其其材材质质屈屈服服强强度度为为400Mpa400Mpa～～600Mpa600Mpa或或更更高高，，破破断断力力一一般般为为200200～～300kN300kN，，甚甚至至更更高高。

如如澳澳大大利利亚亚研研究究的的HS1045HS1045高高强强度度锚锚杆杆，，杆杆体体( (直直径径22mm)22mm)的的破破断断力力达达到到240kN240kN；；直直径径22mm22mm的的AXAX超超高高强强度度锚锚杆杆，，其其杆杆体体的的破破断断力力达达340kN340kN美美国国制制造造锚锚杆杆的的钢钢材材屈屈服服强强度度为为520MPa520MPa，，而而英英国国制制造造锚锚杆杆的的钢钢材材屈屈服服强度可达强度可达610MPa610MPa Q235Q235属属低低碳碳钢钢，，在在低低碳碳钢钢的的基基础础上上加加入入少少量量既既能能提提高高钢钢材材屈屈服服强强度度、、又又能能改改善善钢钢材材其其他他性性能能的的合合金金元元素素( (锰锰、、硅硅、、钒钒、、钛钛等等) )就就形形成成了了低低合合金金钢钢，，如如16Mn16Mn、、20MnSi20MnSi等等，，其其屈屈服服强强度度可可达达330MPa330MPa，，抗抗拉拉强强度度为为510MPa510MPa，，是是Q235Q235的的1.41.4倍倍在在成成本本增增加加不不多多的的情情况况下下，，采采用用高高强强度度级级别别的的钢钢筋筋是是提提高高锚锚杆杆强强度度的的基基本本途途径径。

现现在在煤煤矿矿高高强强度度锚锚杆杆一一般般采用采用20MnSi20MnSi材质，其力学性能如表所示材质，其力学性能如表所示v关于锚杆材料将详细论述请参考其它参考资料锚杆力学参关于锚杆材料将详细论述请参考其它参考资料锚杆力学参数选取应遵循以下原则：数选取应遵循以下原则：v①①优先选择高强度锚杆一般条件下，应优先选择高强度锚优先选择高强度锚杆一般条件下，应优先选择高强度锚杆，以提高支护效果，保证巷道安全数值模拟与井下应用杆，以提高支护效果，保证巷道安全数值模拟与井下应用表明，提高锚杆强度可有效减小巷道围岩变形，控制围岩破表明，提高锚杆强度可有效减小巷道围岩变形，控制围岩破坏范围v②②与锚杆预紧力相匹配锚杆强度应与预紧力相匹配一味与锚杆预紧力相匹配锚杆强度应与预紧力相匹配一味地提高锚杆强度，而忽视预紧力的作用，只能导致锚杆的作地提高锚杆强度，而忽视预紧力的作用，只能导致锚杆的作用不能充分发挥，达不到应有的支护效果结合控制围岩离用不能充分发挥，达不到应有的支护效果结合控制围岩离层、滑动等所需要的预紧力，确定合理的锚杆强度，不仅能层、滑动等所需要的预紧力，确定合理的锚杆强度，不仅能显著提高支护效果，而且能降低锚杆支护密度，有利于提高显著提高支护效果，而且能降低锚杆支护密度，有利于提高掘进速度。

掘进速度v③③因地制宜对于围岩稳定、地质构造简单、地应力小的巷因地制宜对于围岩稳定、地质构造简单、地应力小的巷道条件（如神东矿区），应因地制宜，可以选用圆钢等低强道条件（如神东矿区），应因地制宜，可以选用圆钢等低强度锚杆，在满足支护要求的前提下，降低支护成本度锚杆，在满足支护要求的前提下，降低支护成本v2）锚杆直径）锚杆直径v我国煤巷支护已经大面积推广应用左旋无纵筋螺纹我国煤巷支护已经大面积推广应用左旋无纵筋螺纹钢锚杆，部分地质条件简单的矿区仍使用圆钢锚杆钢锚杆，部分地质条件简单的矿区仍使用圆钢锚杆锚杆杆体直径基本形成系列，包括锚杆杆体直径基本形成系列，包括16mm、、18mm、、20 mm、、22mm、、25 mm锚杆直径的选取从技术锚杆直径的选取从技术上主要考虑三方面的因素：上主要考虑三方面的因素：v（（1）锚固效果锚固效果已有的研究成果表明，对于螺纹钢已有的研究成果表明，对于螺纹钢锚杆，钻孔直径和杆体直径之差应控制在锚杆，钻孔直径和杆体直径之差应控制在4～～10mm之间才能保证锚固效果，尤以之间才能保证锚固效果，尤以6～～8mm为最佳（同为最佳（同时考虑锚固效果与施工难易程度）。

对于直径时考虑锚固效果与施工难易程度）对于直径28 mm的钻孔，最小的锚杆直径不能低于的钻孔，最小的锚杆直径不能低于18mm，比，比较合理的直径是较合理的直径是20mm、、22mm对于圆钢锚杆，对于圆钢锚杆，尾部应拧成麻花状，以便搅拌锚固剂，麻花部分宽尾部应拧成麻花状，以便搅拌锚固剂，麻花部分宽度与度与钻孔直径差应控制在钻孔直径差应控制在4～～10 mm内，内，5～～8mm更好v（（2）锚杆预紧力）锚杆预紧力选择锚杆直径时，应结合巷道围选择锚杆直径时，应结合巷道围岩具体条件，支护要求的预紧力大小确定预紧力岩具体条件，支护要求的预紧力大小确定预紧力越大，在相同材质的条件下，锚杆直径应越大越大，在相同材质的条件下，锚杆直径应越大v（（3）锚杆强度锚杆强度在杆体材质相同的情况下，锚杆直在杆体材质相同的情况下，锚杆直径越大，强度越高数值计算和井下监测数据表明，径越大，强度越高数值计算和井下监测数据表明，锚杆直径对巷道围岩变形有明显影响随着锚杆直锚杆直径对巷道围岩变形有明显影响随着锚杆直径增大，围岩变形量逐渐减小，对变形量较大的巷径增大，围岩变形量逐渐减小，对变形量较大的巷道这种影响更为明显道这种影响更为明显。

v因此，一般对于围岩破碎、应力大的巷道，应选用因此，一般对于围岩破碎、应力大的巷道，应选用直径大的锚杆；相反，对于顶板比较完整、变形量直径大的锚杆；相反，对于顶板比较完整、变形量较小的巷道宜选用直径较小的锚杆较小的巷道宜选用直径较小的锚杆v3）锚杆长度）锚杆长度v根据我国煤矿巷道地质与生产条件，煤巷支护的需要，根据我国煤矿巷道地质与生产条件，煤巷支护的需要，并考虑加工与施工等因素，锚杆长度基本形成系列，并考虑加工与施工等因素，锚杆长度基本形成系列，包括包括1.6m、、1.8m、、2.0 m、、2.2 m、、2.4m，， 2.6m，， 2.8m锚杆长度的选取从技术上应考虑以下因素：锚杆长度的选取从技术上应考虑以下因素：v（（1）保证锚固区内形成稳定的承载结构保证锚固区内形成稳定的承载结构锚杆长度应锚杆长度应保证锚固区内形成一个稳定的承载结构，具有足够的保证锚固区内形成一个稳定的承载结构，具有足够的承载能力锚杆长度太短，锚固区厚度过小，不能保承载能力锚杆长度太短，锚固区厚度过小，不能保证顶板稳定；相反，如果锚杆长度增加到一定值后，证顶板稳定；相反，如果锚杆长度增加到一定值后，再加长锚杆对锚固体承载能力已无明显影响。

因此，再加长锚杆对锚固体承载能力已无明显影响因此，锚杆长度有一个合理的取值范围锚杆长度有一个合理的取值范围 v（（2）与锚杆预紧力、直径、强度相匹配与锚杆预紧力、直径、强度相匹配锚杆长度的选锚杆长度的选择应与锚杆预紧力、直径、强度相匹配显然，直径小、择应与锚杆预紧力、直径、强度相匹配显然，直径小、强度低、预紧力低的锚杆，选择过大的长度是不合理的强度低、预紧力低的锚杆，选择过大的长度是不合理的锚杆长，预紧力低，在顶板不能形成有效的预应力结构，锚杆长，预紧力低，在顶板不能形成有效的预应力结构，不能充分发挥锚杆的支护作用不能充分发挥锚杆的支护作用v近期国内外一些学者近期国内外一些学者研究表明研究表明：不同的锚杆布置参数所形：不同的锚杆布置参数所形成的锚固体的力学性态有较大的不同，成的锚固体的力学性态有较大的不同，短而密短而密的锚杆群支的锚杆群支护所加固的板，受剪而呈现高阻，表现出围岩变形较小而护所加固的板，受剪而呈现高阻，表现出围岩变形较小而应力较大，也就是说支护体的应力较大，也就是说支护体的刚度较大（刚性）刚度较大（刚性）；；长而稀长而稀的锚杆群支护所加固的板，易产生弯拉型失稳破坏，表现的锚杆群支护所加固的板，易产生弯拉型失稳破坏，表现出围岩变形较大而应力较小，也就是说出围岩变形较大而应力较小，也就是说刚度较小（柔性）刚度较小（柔性）。

v（（3）满足井下施工要求满足井下施工要求锚杆长度的选择应满足井下施锚杆长度的选择应满足井下施工的要求过长的锚杆不宜在巷道高度、断面较小的巷道工的要求过长的锚杆不宜在巷道高度、断面较小的巷道中使用，否则会严重影响施工速度，甚至无法施工中使用，否则会严重影响施工速度，甚至无法施工v4）锚杆表面粗糙度）锚杆表面粗糙度v锚杆表面粗糙度对杆体与锚固剂之间的黏结力与作锚杆表面粗糙度对杆体与锚固剂之间的黏结力与作用力的传递有显著影响杆体与锚固剂之间的黏结用力的传递有显著影响杆体与锚固剂之间的黏结力由两部分组成：锚固剂对杆体的吸附力与机械作力由两部分组成：锚固剂对杆体的吸附力与机械作用力同光圆杆体相比，杆体表面粗糙具有更大的用力同光圆杆体相比，杆体表面粗糙具有更大的表面积，吸附力更大；锚固剂嵌入杆体表面凹进去表面积，吸附力更大；锚固剂嵌入杆体表面凹进去的部分，具有更大的机械作用力因此，粗糙杆体的部分，具有更大的机械作用力因此，粗糙杆体与锚固剂的黏结力明显大于光圆杆体，而且杆体表与锚固剂的黏结力明显大于光圆杆体，而且杆体表面越粗糙，黏结力越大面越粗糙，黏结力越大v在设计锚杆表面形状时，应优先选择表面粗糙度较在设计锚杆表面形状时，应优先选择表面粗糙度较大的螺纹钢锚杆，同时应对锚杆几何参数，包括横大的螺纹钢锚杆，同时应对锚杆几何参数，包括横肋高度、宽度、间距和螺旋角等进行优化，实现高肋高度、宽度、间距和螺旋角等进行优化，实现高黏结力的同时，有利于搅拌锚固剂。

黏结力的同时，有利于搅拌锚固剂v2.钻孔与锚固参数钻孔与锚固参数 v1）钻孔直径）钻孔直径v我国煤巷锚杆钻孔直径有我国煤巷锚杆钻孔直径有28mm、、33mm、、43mm等几等几种，尤以种，尤以28 mm最为普遍不同钻孔直径与锚杆直径的最为普遍不同钻孔直径与锚杆直径的锚固参数见表所示可见，孔径差越大，需要的锚固剂锚固参数见表所示可见，孔径差越大，需要的锚固剂环形厚度越大，锚固长度越小环形厚度越大，锚固长度越小 钻钻孔直径孔直径（（锚锚固固剂剂直径）直径）/mm28（（23））33（（28））锚锚杆直径杆直径/mm161820221618202225锚锚固固剂环剂环形厚度形厚度/mm65438.57.56.55.54锚锚固固剂长剂长度度1m时时的的锚锚固固长长度度/mm1.001.151.381.760.941.021.141.301.69不同钻孔直径与锚杆直径的锚固参数不同钻孔直径与锚杆直径的锚固参数 v过大的孔径差会引起以下问题：过大的孔径差会引起以下问题： v①①锚杆不能有效搅拌锚固剂，导致锚固剂搅拌不均匀，反应锚杆不能有效搅拌锚固剂，导致锚固剂搅拌不均匀，反应不充分，甚至出现锚固剂包装薄膜没有搅破，出现所谓的不充分，甚至出现锚固剂包装薄膜没有搅破，出现所谓的“手套效应手套效应”，严重影响锚固力。

严重影响锚固力v②②锚固剂环形厚度过大，不利于锚固力的提高试验表明，锚固剂环形厚度过大，不利于锚固力的提高试验表明，锚杆锚固力与锚固剂环形厚度有很大关系，锚杆锚固力与锚固剂环形厚度有很大关系，当锚固剂环形厚当锚固剂环形厚度在度在3～～4mm时，黏结力最强，锚杆锚固力最大时，黏结力最强，锚杆锚固力最大随着环形随着环形厚度增大，锚杆锚固力反而显著降低厚度增大，锚杆锚固力反而显著降低v③③在锚固剂长度相同的条件下，孔径差越大，锚固长度越小在锚固剂长度相同的条件下，孔径差越大，锚固长度越小为了达到同样的锚固长度，需用更多的锚固剂，浪费材料为了达到同样的锚固长度，需用更多的锚固剂，浪费材料v④④钻孔直径过大，会导致钻孔钻进速度低，时间长，影响支钻孔直径过大，会导致钻孔钻进速度低，时间长，影响支护速度此外，钻孔直径大，需要的锚固剂直径也大，材料护速度此外，钻孔直径大，需要的锚固剂直径也大，材料成本增加成本增加v孔径差过小，锚固剂环形圈太薄，同样影响锚杆锚固力而孔径差过小，锚固剂环形圈太薄，同样影响锚杆锚固力而且，引起锚杆插入钻孔比较困难，影响施工速度，甚至导致且，引起锚杆插入钻孔比较困难，影响施工速度，甚至导致锚杆安装失败。

锚杆安装失败 v2）锚固长度）锚固长度v锚杆锚固长度主要分为端部锚固、加长锚固和全长锚杆锚固长度主要分为端部锚固、加长锚固和全长锚固端部锚固：锚杆锚固长度不大于锚固端部锚固：锚杆锚固长度不大于500mm或不或不大于钻孔长度的大于钻孔长度的1/3；全长锚固：锚杆锚固长度不小；全长锚固：锚杆锚固长度不小于钻孔长度的于钻孔长度的90%；加长锚固：锚杆锚固长度介于；加长锚固：锚杆锚固长度介于端部锚固和全长锚固之间端部锚固和全长锚固之间v①①对于对于端部锚固端部锚固锚杆，锚杆拉力除锚固端外，沿长锚杆，锚杆拉力除锚固端外，沿长度方向是均匀分布的在锚固范围内，任何部位岩度方向是均匀分布的在锚固范围内，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，导致杆体受力对围岩变形和离层不敏感由于锚杆与钻杆体受力对围岩变形和离层不敏感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为了提高端部锚固锚生较大错动后才能发挥出来为了提高端部锚固锚杆的刚度，应施加较大的预紧力总之，杆的刚度，应施加较大的预紧力。

总之，端部锚固端部锚固成本相对较低，易于安装，施工速度快，适用于围成本相对较低，易于安装，施工速度快，适用于围岩比较完整、稳定，压力小的巷道岩比较完整、稳定，压力小的巷道v②②对于对于全长锚固全长锚固锚杆，锚固剂将锚杆杆体与钻孔孔锚杆，锚固剂将锚杆杆体与钻孔孔壁豁结在一起，使锚杆随着岩层移动承受拉力当壁豁结在一起，使锚杆随着岩层移动承受拉力当岩层发生错动时，与杆体共同起抗剪作用，阻止岩岩层发生错动时，与杆体共同起抗剪作用，阻止岩层发生滑动全长瞄固锚杆应力、应变沿锚杆长度层发生滑动全长瞄固锚杆应力、应变沿锚杆长度方向分布极不均匀，离层和滑动大的部位锚杆受力方向分布极不均匀，离层和滑动大的部位锚杆受力很大，杆体受力对围岩变形和离层很敏感，能及时很大，杆体受力对围岩变形和离层很敏感，能及时抑制围岩离层与滑动全长锚固成本较高，安装速抑制围岩离层与滑动全长锚固成本较高，安装速度相对较慢，比较适合围岩破碎、结构面发育、压度相对较慢，比较适合围岩破碎、结构面发育、压力大的巷道力大的巷道v③③加长锚固加长锚固锚杆兼有端锚与全锚的特点，已得到广锚杆兼有端锚与全锚的特点，已得到广泛应用支护成本和安装速度介于端锚和全锚之间。

泛应用支护成本和安装速度介于端锚和全锚之间一般条件下应优先选用这种锚固方式一般条件下应优先选用这种锚固方式 v4）锚杆布置参数）锚杆布置参数v锚杆布置参数主要包括锚杆支护密度（间距、排距）和安装锚杆布置参数主要包括锚杆支护密度（间距、排距）和安装角度v（（1）锚杆密度）锚杆密度v锚杆密度涉及两个参数：锚杆间距与排距研究表明：锚杆密度涉及两个参数：锚杆间距与排距研究表明：v①①在一定预应力条件下，锚杆间距过大，单根锚杆形成的压在一定预应力条件下，锚杆间距过大，单根锚杆形成的压应力区彼此独立，锚杆之间出现较大范围的近零应力区，不应力区彼此独立，锚杆之间出现较大范围的近零应力区，不能形成整体支护结构，主动支护效果较差能形成整体支护结构，主动支护效果较差v②②随着锚杆间距缩小，单根锚杆形成的压应力区逐渐靠近、随着锚杆间距缩小，单根锚杆形成的压应力区逐渐靠近、相互叠加，锚杆之间的有效压应力区扩大，并连成一体，形相互叠加，锚杆之间的有效压应力区扩大，并连成一体，形成整体支护结构，锚杆预紧力扩散到大部分锚固区域成整体支护结构，锚杆预紧力扩散到大部分锚固区域v③③当锚杆密度增加到一定程度，再增加支护密度，对有效压当锚杆密度增加到一定程度，再增加支护密度，对有效压应力区扩大、锚杆预紧力的扩散作用变得不明显，支护密度应力区扩大、锚杆预紧力的扩散作用变得不明显，支护密度有一合理的值。

有一合理的值 v（（2）锚杆角度）锚杆角度v锚杆角度主要指顶板靠近两帮倾斜锚杆的角度传锚杆角度主要指顶板靠近两帮倾斜锚杆的角度传统的锚杆布置方式是将倾斜锚杆布置成与垂线呈统的锚杆布置方式是将倾斜锚杆布置成与垂线呈20°～～30°角（图角（图3.11c），使倾斜锚杆能够深人到巷帮），使倾斜锚杆能够深人到巷帮上方的顶板中一般认为，这样布置一方面倾斜锚上方的顶板中一般认为，这样布置一方面倾斜锚杆可以阻止顶板整体切落；另一方面，倾斜锚杆与杆可以阻止顶板整体切落；另一方面，倾斜锚杆与钢带组成一个兜状结构，防止顶板冒落对已发生钢带组成一个兜状结构，防止顶板冒落对已发生的冒顶事故分析表明，倾斜锚杆的上述两种作用都的冒顶事故分析表明，倾斜锚杆的上述两种作用都比较小，不能阻止顶板垮落，相反，过大的角度削比较小，不能阻止顶板垮落，相反，过大的角度削弱了锚杆对顶板的支护作用弱了锚杆对顶板的支护作用v顶板角锚杆不同角度时的锚杆预应力场分布如图所顶板角锚杆不同角度时的锚杆预应力场分布如图所示从图上可看出以下几点：示从图上可看出以下几点：v①①当顶板角锚杆垂直布置时，角锚杆与中部锚杆形当顶板角锚杆垂直布置时，角锚杆与中部锚杆形成的有效压应力区相互连接与叠加，在顶板形成厚成的有效压应力区相互连接与叠加，在顶板形成厚度较大、分布比较均匀的压应力区，覆盖了锚固区度较大、分布比较均匀的压应力区，覆盖了锚固区的大多数面积，锚杆预紧力扩散与叠加效果最好。

的大多数面积，锚杆预紧力扩散与叠加效果最好 （（a））锚锚杆垂直布置杆垂直布置 　　（（b））锚锚杆杆倾倾斜斜10° 　　（（c））锚锚杆杆倾倾斜斜30 ° v②②随着顶板角锚杆角度增加，角锚杆形成的有效压随着顶板角锚杆角度增加，角锚杆形成的有效压应力区与中部锚杆形成的有效压应力区逐步分离，应力区与中部锚杆形成的有效压应力区逐步分离，叠加区域越来越小当顶板角锚杆角度达到叠加区域越来越小当顶板角锚杆角度达到10°，两，两个压应力区明显分离继续加大角锚杆角度，角锚个压应力区明显分离继续加大角锚杆角度，角锚杆与中部锚杆的压应力区分开的更远，成为彼此独杆与中部锚杆的压应力区分开的更远，成为彼此独立的支护单元，锚杆支护的整体作用受到严重影响立的支护单元，锚杆支护的整体作用受到严重影响v③③顶板角锚杆角度越大，锚杆预紧力形成的有效压顶板角锚杆角度越大，锚杆预紧力形成的有效压应力区越小而且，较高的压应力主要集中在锚杆应力区越小而且，较高的压应力主要集中在锚杆尾部附近，在锚杆中部与端部压应力则较小，这不尾部附近，在锚杆中部与端部压应力则较小，这不利于锚杆支护作用的充分发挥利于锚杆支护作用的充分发挥v由此可见，对于预应力支护系统，在近水平煤层巷由此可见，对于预应力支护系统，在近水平煤层巷道中，顶板角锚杆最好垂直布置。

如考虑施工需要道中，顶板角锚杆最好垂直布置如考虑施工需要一定的角度，最大角度不应超过一定的角度，最大角度不应超过10° 钢钢    带带vW形钢带主要优点：形钢带主要优点：1.护表面积大，护表作用强，有利于锚杆预紧护表面积大，护表作用强，有利于锚杆预紧力扩散和锚杆作用范围扩大力扩散和锚杆作用范围扩大2.强度比较高，组合作用强强度比较高，组合作用强3.刚度大，抗弯性能好，控制围岩变形的能力刚度大，抗弯性能好，控制围岩变形的能力强W形钢带主要缺点：形钢带主要缺点：　　当钢带较薄、巷道压力大时，与平钢带类　　当钢带较薄、巷道压力大时，与平钢带类似，易出现托板压力或压穿钢带，导致钢带似，易出现托板压力或压穿钢带，导致钢带发生剪切和撕裂破坏发生剪切和撕裂破坏2)2)平钢带平钢带 平平钢钢带带是是一一种种直直接接轧轧制制的的普普通通钢钢带带，，截截面面形形状为矩形，技术指标如下表，其特点是：状为矩形，技术指标如下表，其特点是： (1)(1)能能起起到到一一定定的的防防护护顶顶板板的的作作用用，，护护顶顶面面积积较大平钢带的重量较小，加工简单；较大平钢带的重量较小，加工简单； (2)(2)由由于于厚厚度度较较小小，，平平钢钢带带与与ＷＷ型型钢钢带带一一样样在在压压力力大大时时容容易易撕撕裂裂，，使使其其强强度度大大的的特特点点无无法法发发挥出来；挥出来； (3)(3)平平钢钢带带的的截截面面利利用用率率非非常常低低，，平平钢钢带带的的刚刚度度很很小小，，对对顶顶板板的的支支护护效效果果较较差差，，仅仅适适合合于于顶顶板压力较小的情况。

板压力较小的情况vM形钢带主要优点：形钢带主要优点：1.钢带强度大，抗弯刚度大，钢材利用率高钢带强度大，抗弯刚度大，钢材利用率高2.M形钢带向下截面模量远大于向上的模量形钢带向下截面模量远大于向上的模量顶板安装钢带时，向上截面模量小，钢带容顶板安装钢带时，向上截面模量小，钢带容易与顶板紧贴；钢带承受压力时，向下抗弯易与顶板紧贴；钢带承受压力时，向下抗弯截面模量大，控制围岩变形能力强截面模量大，控制围岩变形能力强3.M形钢带由于翼缘比较高，抗撕裂性能好形钢带由于翼缘比较高，抗撕裂性能好vM形钢带主要缺点：形钢带主要缺点：　　　护顶面积比较小　　　护顶面积比较小等强度组合构件的几何尺寸等强度组合构件的几何尺寸W形钢带形钢带平　钢　带平　钢　带钢筋托钢筋托梁直径梁直径/mm宽度宽度/mm厚度厚度/mm截面截面积积/mm2宽度宽度/mm厚度厚度/mm截面积截面积/mm22202.5530283.82.5609.519.72502.756603162.75759222803.0810350.53.0931.524.4等刚度组合构件的几何尺寸等刚度组合构件的几何尺寸W形钢带形钢带平　钢　带平　钢　带钢筋托钢筋托梁直径梁直径/mm宽度宽度/mm厚度厚度/mm截面截面积积/mm2宽度宽度/mm厚度厚度/mm截面积截面积/mm22202.553022012.9232223.92502.7566025012.8268824.72803.081028012.7304825.4v4.锚杆托板锚杆托板v锚杆托板是锚杆的重要构件，对锚杆支护作锚杆托板是锚杆的重要构件，对锚杆支护作用的发挥影响很大。

托板的作用可分为两个用的发挥影响很大托板的作用可分为两个方面：一是通过给螺母施加一定的扭矩使托方面：一是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体中，从而改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、及动和节理裂隙的张开，实现锚杆的主动、及时支护作用；其二是围岩变形使载荷作用于时支护作用；其二是围岩变形使载荷作用于托板上，通过将载荷传递到锚杆杆体，增大托板上，通过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变锚杆的工作阻力，充分发挥锚杆控制围岩变形的作用形的作用v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，剪力在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围岩轴力最大处为零；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表面通过托板作用在锚杆杆体上的力，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，更处达到一定值，而且使锚杆轴力最大的位置向孔口移动，更接近巷道表面。

接近巷道表面托板对全长锚固锚杆受力分布的影响托板对全长锚固锚杆受力分布的影响 v5.网的作用网的作用 v一般认为，网可以用来维护锚杆间的围岩，防止松一般认为，网可以用来维护锚杆间的围岩，防止松动小岩块掉落其实，网的作用远不止这一个，特动小岩块掉落其实，网的作用远不止这一个，特别是在高地应力、破碎围岩条件下，网是锚杆支护别是在高地应力、破碎围岩条件下，网是锚杆支护系统中不可或缺的重要部件系统中不可或缺的重要部件v网的作用主要表现在以下网的作用主要表现在以下3方面：方面：v（（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v（（2）紧贴巷道表面，提供一定的支护力（已有的研）紧贴巷道表面，提供一定的支护力（已有的研究成果表明，我国现用菱形金属网，在保证施工质究成果表明，我国现用菱形金属网，在保证施工质量的条件下，可提供量的条件下，可提供0.01MPa的支护力），一定程的支护力），一定程度上改善巷道表面岩层受力状况同时，将锚杆之度上改善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，形成整体支护系统间岩层的载荷传递给锚杆，形成整体支护系统v（（3）网不仅能有效控制巷道浅部围岩的变形与破坏，）网不仅能有效控制巷道浅部围岩的变形与破坏，而且对深部围岩也有良好的支护作用。

而且对深部围岩也有良好的支护作用 v有网的情况下，虽然巷道表面围岩已破坏，但没有有网的情况下，虽然巷道表面围岩已破坏，但没有松散、垮落，可作为传力介质，使巷道深部围岩仍松散、垮落，可作为传力介质，使巷道深部围岩仍处于三向应力状态，提高岩体的残余强度，显著减处于三向应力状态，提高岩体的残余强度，显著减小围岩松散、破碎区范围，同时也保证了锚杆的小围岩松散、破碎区范围，同时也保证了锚杆的（（a）金属网有效支护，　　（）金属网有效支护，　　（b）金属网失效、围）金属网失效、围围岩变形小、稳定　　　　岩变形大冒落围岩变形小、稳定　　　　岩变形大冒落金属网作用示意图金属网作用示意图锚固效果如果没有锚固效果如果没有金属网或金属网失效，金属网或金属网失效，围岩破坏会从表面发围岩破坏会从表面发展到深部，逐渐破碎、展到深部，逐渐破碎、松散，失去强度，导松散，失去强度，导致围岩垮落，锚杆失致围岩垮落，锚杆失效锚索和桁架的使用大大拓宽了锚杆的作用和使用范锚索和桁架的使用大大拓宽了锚杆的作用和使用范围使用范围由岩巷发展到半煤岩巷、全煤巷；由使用范围由岩巷发展到半煤岩巷、全煤巷；由坚硬顶板发展到软弱、破碎、极破碎顶板；由采深坚硬顶板发展到软弱、破碎、极破碎顶板；由采深浅的巷道发展到采深超千米，有冲击地压的煤巷；浅的巷道发展到采深超千米，有冲击地压的煤巷；由普通煤巷发展到小煤柱或沿空留巷：由巷道发展由普通煤巷发展到小煤柱或沿空留巷：由巷道发展到工作面的开切眼和收作线。

到工作面的开切眼和收作线图图  钢绞线桁架支护系统钢绞线桁架支护系统钢绞线桁架连接器钢绞线桁架连接器  第五节第五节    锚杆支护施工机具锚杆支护施工机具             在在锚锚杆杆支支护护技技术术中中，，施施工工机机具具起起着着非非常常重重要要的的作作用，它直接影响着锚杆支护施工质量和施工速度用，它直接影响着锚杆支护施工质量和施工速度             我我国国使使用用最最早早的的FB一一1型型锚锚杆杆钻钻机机，，是是20世世纪纪50年年代代末末在在引引进进英英国国锚锚杆杆钻钻机机的的基基础础上上研研制制的的，，是是一一种种单单体体自自动动锚锚杆杆钻钻机机，，为为我我国国在在煤煤、、煤煤一一岩岩巷巷中中使使用用锚锚杆杆支支护护起起到到了了积积极极的的推推动动作作用用之之后后，，国国内内外外在在锚锚杆杆钻钻机机方方面面做做了了大大量量研研究究工工作作，，推推出出了了一一大大批批各各种种型型号号的的锚锚杆杆机机具具目目前前，，单单体体锚锚杆杆钻钻机机是是我我国国煤煤矿矿的的主主要要施施工工机机具具按按钻钻机机工工作作原原理理可可分分为为旋旋转转式式、、冲冲击击式式和和冲冲击击旋旋转转式式；；按按锚锚杆杆钻钻机机所所用用动动力力可可分分为为液液压压、、电电动动和和风风动动式式。

在在煤煤巷中应用比较广泛的是旋转式锚杆钻机巷中应用比较广泛的是旋转式锚杆钻机 一、风动式锚杆钻机一、风动式锚杆钻机         国国内内外外常常用用的的风风动动旋旋转转式式单单体体锚锚杆杆钻钻机机如如表表6所所列列，，主主要要用用在在煤煤及及煤煤一一岩岩巷巷钻钻凿凿顶顶板板锚锚杆杆孔孔和和安安装装树树脂脂锚锚杆杆澳澳大大利利亚亚克克莱莱姆姆(CRAM)、、阿阿明明克克(ALMINCO)、、法法福福莱莱(FIREFLY)及及眼眼镜镜王王蛇蛇(KINGC()BR／／LK)等等4家家公公司司的的产产品品，，以以及及石石家家庄庄、、江江阴阴、、济济南南等等地地生生产产的的同同类类型型锚锚杆杆机机，，除除气气马马达达不不同同外外(分分别别使使用用齿齿轮轮气气马马达达、、叶叶片片气气马马达达、、柱柱塞塞气气马马达达)，，其其他他结结构构和和外外形形基基本本相相似似风风动动锚锚杆杆钻钻机机的的主主要要优优点点是是动动力力单单一一、、结结构构简简单单、、操操作作方方便便、、重重量量轻轻、、便便于于移移动动；；缺缺点点是是效效率低，需要压风管路率低，需要压风管路. 二、液压式锚杆钻机二、液压式锚杆钻机                                 国国国国内内内内外外外外有有有有多多多多种种种种液液液液压压压压锚锚锚锚杆杆杆杆钻钻钻钻机机机机。

英英英英国国国国、、、、美美美美国国国国和和和和澳澳澳澳大大大大利利利利亚亚亚亚是是是是生生生生产产产产和和和和使使使使用用用用这这这这种种种种钻钻钻钻机机机机比比比比较较较较早早早早的的的的国国国国家家家家我我我我国国国国在在在在引引引引进进进进、、、、消消消消化化化化、、、、吸吸吸吸收收收收国国国国外外外外先先先先进进进进技技技技术术术术的的的的基基基基础础础础上上上上，，，，也也也也开开开开发发发发研研研研制制制制了了了了多多多多种种种种液液液液压压压压锚锚锚锚杆杆杆杆钻钻钻钻机机机机如如如如苏苏苏苏州州州州煤煤煤煤矿矿矿矿机机机机械械械械厂厂厂厂生生生生产产产产的的的的MZMZ系系系系列列列列钻钻钻钻机机机机，，，，泰泰泰泰县县县县矿矿矿矿山山山山机机机机械械械械厂厂厂厂生生生生产产产产的的的的QYMQYM系系系系列列列列钻钻钻钻机机机机，，，，正正正正定定定定煤煤煤煤矿矿矿矿机机机机械械械械厂厂厂厂和和和和石石石石家家家家庄庄庄庄煤煤煤煤矿矿矿矿机机机机械械械械有有有有限限限限责责责责任任任任公公公公司司司司生生生生产产产产的的的的MYTMYT系系系系列列列列钻钻钻钻机机机机等等等等。

液液液液压压压压锚锚锚锚杆杆杆杆钻钻钻钻机机机机具具具具有有有有动动动动力力力力源源源源集集集集中中中中、、、、施施施施工工工工地地地地点点点点随随随随意意意意性性性性大大大大等等等等特特特特点点点点，，，，但但但但国国国国产产产产钻钻钻钻机机机机不不不不同同同同程程程程度度度度地地地地存存存存在在在在一一一一些些些些设设设设计计计计和和和和质质质质量量量量问问问问题题题题，，，，需需需需要要要要进进进进一一一一步步步步完善与提高完善与提高完善与提高完善与提高 三、电动式锚杆钻机三、电动式锚杆钻机            电电动动锚锚杆杆钻钻机机以以电电为为动动力力，，不不需需要要二二次次能能量量转转换换，，设设备备效效率率高高，，这这是是该该种种锚锚杆杆钻钻机机的的最最大大优优点点但但是是目目前前的的电电动动锚锚杆杆机机还还存存在在一一些些问问题题，，有有待待进进一一步步改改进进和和完善            江江阴阴市市矿矿山山器器材材厂厂生生产产的的MDS3型型电电动动锚锚杆杆钻钻机机是是采采用用电电动动旋旋转转湿湿式式钻钻孔孔，，以以井井下下压压力力水水作作为为双双级级缸缸推推进进动动力力的的新新型型锚锚杆杆钻钻机机，，主主要要用用于于煤煤巷巷、、煤煤一一岩岩巷巷钻钻顶顶板板锚锚杆杆孔孔及及安安装装树树脂脂锚锚杆杆。

其其主主要要技技术术参参数数为为：：钻钻孔孔直直径径27mm一一43mm；；输输出出转转速速444r／／min；；输输出出转转矩矩66N·m；；推推力力4166N～～8332N(水水压压在在0.5MPa～～1MPa时时)；；电电机机功功率率3kW；；主主机机高高度度：：收收缩缩状状态态时时1080mm，，伸伸长长状状态态时时2540mm；；主主机机质质量量48kg适适用用条条件件：：围围岩岩抗抗压压强强度度小小于于等等于于80MPa；；巷巷道道高高度度1.9m～～2.8m第六节第六节 锚杆支护监测技术锚杆支护监测技术             矿矿压压监监测测是是锚锚杆杆支支护护成成套套技技术术的的一一项项重重要要内内容容锚锚杆杆支支护护实实施施于于井井下下后后，，应应对对围围岩岩变变形形状状况况、、锚锚杆杆(索索)受受力力分分布布和和大大小小进进行行全全方方位位监监测测，，以以获获得得支支护护体体和和围围岩岩的的位位移移和和应应力力信信息息，，从从而而判判断断锚锚杆杆支支护护初初始始设设计计的的合合理理性性和和可可靠靠性性、、巷巷道道围围岩岩的的稳稳定定程程度度和和安安全全性性进进而而根根据据监监测测信信息息修修改改初初始始设设计计，，使使其其逐逐步步趋趋于于合合理理。

井井下下监监测测一一般般分分为为综综合合监监测测和和日日常常监监测测，，前前者者用用于于验验证证和和修修改改初初始始设设计计，，后后者者保保证证巷巷道道的的安安全全状状况况近近年年来来，，针针对对煤煤巷巷锚锚杆杆支支护护特特点点开开发发了了多多种种性性能能优优越越的的测测试试仪仪器器，，有有些些仪仪器器已已广广泛泛使使用用于于井井下下巷巷道道，，获获得得了了宝宝贵贵数数据据锚锚杆杆支支护护综综合合监监测测内容如表内容如表6所列 表表6 6 锚杆支护综合监测内容锚杆支护综合监测内容  一、巷道表面位移一、巷道表面位移        巷巷道道表表面面位位移移是是最最基基本本的的监监测测内内容容一一般般采采用用十十字字布布点点法法安安设设表表面面位位移移监监测测断断面面，，在顶底板中部垂在顶底板中部垂直直方方向向和和两两帮帮水水平平方方向向安安装装测测点点；；采采用用测测枪枪、、收收敛敛计计和和测测尺尺等等工工具具测测读读顶顶底底板板移移近近量量，，两帮移近量，顶两帮移近量，顶板下沉和帮位移量板下沉和帮位移量  二、顶板离层二、顶板离层                采采用用顶顶板板离离层层指指示示仪仪测测试试顶顶板板岩岩层层锚锚固固范范围围内内外外位位移移值值。

我我国国多多家家单单位位开开发发研研制制了了顶顶板板离离层层指指示示仪仪这这种种仪仪器器的的主主要要特特点点是是结结构构简简单单，，测测读读方方便便，，显显示示直直观观离离层层指指示示仪仪的的结结构构和和安安装装如如图图15所所示示，，主主要要由由基基点点锚锚头头、、测测绳绳、、套套管管、、外外测测筒筒与与内内测测筒筒组组成成其其主主要要技技术术特特征征是是：：测测量量方方式式，，反反光光彩彩色色显显示示与与测测尺尺读读数数；；测测量量点点数数2个个；；最大量程最大量程200mm；；读值精度读值精度1mm            井井下下安安装装时时，，深深基基点点锚锚头头应应固固定定在在稳稳定定岩岩层层内内，，浅浅基基点点固固定定在在锚锚杆杆端端部部位位置置当当锚锚杆杆锚锚固固范范围围内内有有离离层层时时，，顶顶板板(套套管管)沿沿外外侧侧筒筒向向下下移移动动，，移移动动量量由由测测筒筒标标尺尺指指示示；；当当锚锚固固范范围围外外顶顶板板离离层层时时，，外外测测筒筒与与顶顶板板相相对对位位置置不不变变，，但但沿沿内内测测筒筒向向下下滑滑动动，，表表明明顶顶板板有有离离层层，，离离层层量量由由内内测测筒筒标标尺尺指指示示；；当当锚锚杆杆锚锚固固范范围围内内、、外外都都有有离离层层时，内外测筒分别有离层显示，其示值之和为总离层值。

时，内外测筒分别有离层显示，其示值之和为总离层值图图15 LBY-3型顶板离层指示仪结构与安装型顶板离层指示仪结构与安装1一基点锚头；一基点锚头；2一测绳；一测绳；3一套筒；一套筒；4一外测筒；一外测筒；5一内测箱；一内测箱；6一顶板一顶板三、锚杆三、锚杆(索索)受力受力             锚锚杆杆受受力力监监测测有有两两种种形形式式，，一一种种是是测测量量端端部部锚锚固固锚锚杆杆(索索)工工作作阻阻力力的的锚锚杆杆测测力力计计，，如如KS型型锚锚杆杆测测力力计计、、CH 90A型型锚锚杆杆测测力力计计、、YGS200／／300型型锚锚杆杆测测力力计计等等另另一一种种是是测测量量加加长长锚锚固固、、全全长长锚锚固固锚锚杆杆受受力力分分布布的的测测力力锚锚杆杆我我国国科科研研院院所所和和大大专专院院校校已已经经研研制制出出数数种种测测力力锚锚杆杆，，该该仪仪器器主主要要包包括括测测力力锚锚杆杆、、静静态态电电阻阻应应变变仪仪与与转转换换开开关关在在井井下下使使用用时时，，它它同同普普遍遍锚锚杆杆一一样样，，安安设设在在需需要要测测量量的的普普通通锚锚杆杆的的设设计计位位置置上上(图图16)。

每每次次测测量量时时，，将将测测力力锚锚杆与防爆静态电阻应变仪连接，读出不同位置应变片的应变值杆与防爆静态电阻应变仪连接，读出不同位置应变片的应变值     锚锚杆杆支支护护正正常常施施工工后后，，还还要要进进行行日日常常监监测测，，确确保保巷巷道道的的安安全全状状态态顶顶板板离离层层指指示示仪仪除除作作综综合合监监测测外外，，还还用用作作日日常常监监测测巷巷道道每每隔隔25m～～30m，，安安设设一一个个顶顶板板离离层层指指示示仪仪在在距距掘掘进进工工作作面面30m内内，，观观测测离离层层值值30m以以外外，，除除非非离离层层松松动动仍仍有有明明显显增增长长的的趋趋势势，，一一般般可可停停止止测测读读具具体体数数据据，，改改为为观观察察两两个个刻刻度度坠坠的的颜颜色色应应随随时时注注意观察离层仪，以便及早发现异常现象，确保安全意观察离层仪，以便及早发现异常现象，确保安全图16 CM200型测力锚杆安装和测量示意图1-测力锚杆；2一普通锚杆；3一静态电阻应变仪；4一多通道转换开关；5一安装搅拌接头第七节第七节   特种锚杆与锚索支护技术特种锚杆与锚索支护技术                对对于于软软弱弱破破碎碎、、高高地地应应力力、、大大断断面面等等巷巷道道和和硐硐室室，，它它们们共共同同的的特特点点是是围围岩岩自自稳稳时时间间短短、、破破碎碎范范围围大大、、变变形形强强烈烈，，仅仅采采用用常常规规的的锚锚杆杆支支护护很很难难达达到到有有效效的的支支护护效效果果，，而而且且支支护护和和维维修修费费用用极极高高，，有有的的甚甚至至影影响响矿矿井井的的正正常常生生产产。

为为此此，，开开发发研研制制了了一一系系列列对对付付这这些些困困难难工工程程的的支护技术支护技术一、特种锚杆一、特种锚杆    1．注浆锚杆．注浆锚杆              锚锚杆杆与与注注浆浆都都是是地地下下巷巷道道工工程程围围岩岩加加固固的的基基本本形形式式如如果果利利用用锚锚杆杆兼兼作作注注浆浆管管对对巷巷道道围围岩岩进进行行注注浆浆，，一一方方面面可可加加固固巷巷道道周周边边的的破破裂裂岩岩体体，，提提高高围围岩岩的的自自承承能能力力；；另另一一方方面面，，可可改改善善破破裂裂岩岩体体的的结结构构及及其其力力学学性性能能，，为为锚锚杆杆提提供供可可锚锚的的物物质质基基础础，，最最大大限限度度地地发发挥挥锚锚杆杆的的锚锚固固作作用用所所以以，，如如何何把把锚锚杆杆支支护护与与注注浆浆加加固固有有机机地地结结合合起起来来，，取取得得巷巷道道围围岩岩加加固固的的最最佳佳效效果果，，一一直直是是人人们们所所努努力力的的目目标标前前苏苏联联、、德德国国等等在在20世世纪纪80年年代代就就采采用用空空心心圆圆管管作作为为锚锚杆对围岩实施注浆，国内有些单位也开发了注浆锚杆杆对围岩实施注浆，国内有些单位也开发了注浆锚杆。

    图图17是是一一种种内内锚锚外外注注式式锚锚杆杆该该锚锚杆杆分分为为三三个个部部分分，，每每段段有有一一挡挡环环隔隔开开：：①①锚锚固固段段，，可可增增大大端端头头锚锚固固力力；；②②注注浆浆段段，，布布有有出出浆浆孔孔若若干干，，作作为为注注浆浆时时出出浆浆用用；；③③封封孔孔段段，，锚锚杆杆的的注注浆浆封封孔孔采采用用橡橡胶胶圈圈(或软木塞、或快速凝结剂或软木塞、或快速凝结剂)配合喷射混凝土来实现配合喷射混凝土来实现 图17 内锚外注式注浆锚杆喷层；2一螺母；3一托板；4一环状塞；5一挡环6一杆体；7一出浆孔；8一锚固剂          在在支支护护初初期期，，该该锚锚杆杆为为端端锚锚(或或近近似似全全长长锚锚固固)锚锚杆杆，，可可作作为为普普通通锚锚杆杆使使用用锚锚杆杆锚锚固固以以后后，，在在锚锚杆杆端端头头套套上上楔楔形形环环状状软软木木塞塞或或橡橡胶胶圈圈，，再再上上托托盘盘，，最最后后拧拧紧紧螺螺母母，，软软木木塞塞或或橡橡胶胶圈圈在在挡挡环环和和托托盘盘的的挤挤压压下下与与钻钻孔孔孔孔壁壁压压紧紧，，起起到到封封孔孔作作用用，，最最后后喷喷射射混混凝凝土土，，增增加加封封孔孔的的效效果果及及支支护护效效果果，，使封孔问题变得非常简单。

使封孔问题变得非常简单         当当巷巷道道变变形形量量达达到到一一定定数数值值时时，，即即在在巷巷道道周周边边形形成成一一定定的的松松动动破破裂裂范范围围时时，，再再对对巷巷道道围围岩岩实实施施注注浆浆，，既既能能使使巷巷道道围围岩岩得得到到充充分分卸卸压压，，又又使使注注浆浆变变得得容容易易，，达达到到最最佳佳的的支支护护效效果果同同时时，，安安装装锚锚杆杆与与注注浆浆分分为为两两个个工工序序进进行行，，互互不不干干扰扰，，不不影影响巷道的掘进速度响巷道的掘进速度2．自钻注浆锚杆和接长锚杆．自钻注浆锚杆和接长锚杆                              在在在在德德德德国国国国和和和和英英英英国国国国等等等等国国国国家家家家，，，，开开开开发发发发了了了了自自自自钻钻钻钻注注注注浆浆浆浆锚锚锚锚杆杆杆杆，，，，它它它它将将将将钻钻钻钻孔孔孔孔、、、、注注注注浆浆浆浆和和和和锚锚锚锚固固固固三三三三个个个个功功功功能能能能集集集集于于于于一一一一体体体体在在在在井井井井下下下下使使使使用用用用时时时时，，，，第第第第一一一一步步步步，，，，该该该该锚锚锚锚杆杆杆杆用用用用作作作作钻钻钻钻杆杆杆杆，，，，锚锚锚锚杆杆杆杆杆杆杆杆体体体体头头头头部部部部配配配配一一一一钻钻钻钻头头头头，，，，尾尾尾尾部部部部用用用用连连连连接接接接器器器器与与与与钻钻钻钻机机机机连连连连接接接接；；；；第第第第二二二二步步步步，，，，锚锚锚锚杆杆杆杆用用用用作作作作注注注注浆浆浆浆管管管管，，，，钻钻钻钻机机机机连连连连接接接接套套套套由由由由注注注注浆浆浆浆连连连连接接接接套套套套代代代代替替替替，，，，锚锚锚锚杆杆杆杆就就就就像像像像传传传传统统统统的的的的注注注注浆浆浆浆管管管管一一一一样样样样，，，，将将将将树树树树脂脂脂脂、、、、水水水水泥泥泥泥浆浆浆浆等等等等送送送送入入入入钻钻钻钻孔中，实施全长或加长锚固。

孔中，实施全长或加长锚固孔中，实施全长或加长锚固孔中，实施全长或加长锚固                                    德德德德国国国国生生生生产产产产的的的的自自自自钻钻钻钻注注注注浆浆浆浆锚锚锚锚杆杆杆杆，，，，杆杆杆杆体体体体由由由由高高高高质质质质量量量量无无无无缝缝缝缝钢钢钢钢管管管管制制制制成成成成，，，，左左左左旋旋旋旋螺螺螺螺纹纹纹纹热热热热轧轧轧轧于于于于整整整整个个个个杆杆杆杆体体体体，，，，保保保保证证证证力力力力的的的的可可可可靠靠靠靠传传传传递递递递在在在在施施施施工工工工的的的的每每每每个个个个环环环环节节节节，，，，都都都都可可可可方方方方便便便便、、、、快快快快速速速速地地地地将将将将其其其其他他他他部部部部件件件件拧拧拧拧在在在在杆杆杆杆体体体体螺螺螺螺纹纹纹纹上上上上，，，，同同同同时时时时采采采采用用用用连连连连接接接接套套套套，，，，可可可可将将将将几几几几根根根根杆杆杆杆体体体体连连连连接接接接在在在在一一一一起起起起自自自自钻钻钻钻注注注注浆浆浆浆锚锚锚锚杆杆杆杆的的的的其其其其他他他他部部部部件件件件还还还还有有有有钻钻钻钻机机机机连连连连接接接接套套套套、、、、注注注注浆浆浆浆连连连连接接接接套套套套、、、、堵堵堵堵浆浆浆浆器器器器、、、、托托托托盘盘盘盘、、、、螺螺螺螺母母母母和硬质合金钻头等。

和硬质合金钻头等和硬质合金钻头等和硬质合金钻头等           该该种种锚锚杆杆的的应应用用范范围围为为：：在在没没有有固固结结的的岩岩石石中中，，或或在在岩岩石石异异常常破破碎碎的的断断层层泥泥中中，，打打稳稳定定的的钻钻孔孔非非常常困困难难在在这这种种条条件件下下，，先先钻钻孔孔后后安安装装锚锚杆杆是是不不可可能能的的一一旦旦钻钻杆杆抽抽出出，，钻钻孔孔就就会会塌塌落落采采用用这这种种锚锚杆杆，，由由于于锚锚杆杆即即为为钻钻杆杆，，所所以以没没有有必必要要先先钻钻一一稳稳定定的的钻钻孔孔这这种种锚锚杆杆也也非非常适合软岩巷道底鼓的治理常适合软岩巷道底鼓的治理          接接长长锚锚杆杆采采用用连连接接套套将将两两根根或或多多根根锚锚杆杆杆杆体体连连接接在在一一体体，，以以增增大大锚锚杆杆长长度度常常用用锚锚杆杆的的长长度度一一般般小小于于2．．5m单单根根锚锚杆杆太太长长，，加加工工、、运运输输和和井井下下施施工工都都很很不不方方便，在巷道断面比较小的情况下尤为突出便，在巷道断面比较小的情况下尤为突出            接接长长锚锚杆杆的的关关键键部部件件是是连连接接套套，，一一方方面面要要求求它它的的强强度度应应与与杆杆体体匹匹配配，，另另一一方方面面其其直直径径不不能能太太大大，，否否则则要要求求钻钻孔孔直直径径大大，，对对锚锚杆杆锚锚固固不不利利。

接接长长锚锚杆杆在在英英国国、、德德国国和和我我国国的的一一些些矿矿区区得得到到应应用用，，在在顶顶煤煤巷巷道道、、复复合合和和破破碎碎顶顶板板巷巷道道等等围围岩岩破破坏坏范范围围较较大大的的条条件件下下，，取取得得较较好好的的支护效果支护效果 二、小孔径树脂锚索二、小孔径树脂锚索           锚锚索索由由索索体体、、锚锚具具和和托托板板等等组组成成索索体体一一般般用用具具有有一一定定弯弯曲曲柔柔性性的的钢钢绞绞线线制制成成其其特特点点是是锚锚固固深深度度大大、、承承载载能能力力高高、、可可施施加加较较大大的的预预紧紧力力，，因因而而可可获获得得比比较较理理想想的的支支护护效效果果，，是是目目前前最最可可靠靠、、最最有有效效的的一一种种手手段段其其加加固固范范围围、、支支护护强强度度、、可可靠靠性性是是普普通通锚锚杆杆支支护护所所无无法法比比拟拟的           传传统统的的注注浆浆锚锚固固锚锚索索支支护护一一般般适适合合于于煤煤矿矿井井下下大大断断面面硐硐室室和和巷巷道道的的补补强强和和加加固固锚锚索索钻钻孔孔和和吨吨位位一一般般较较大大，，采采用用水水泥泥注注浆浆锚锚固固。

这这种种锚锚索索的的技技术术参参数数和和施施工工工工艺艺无无法法满满足足回回采采巷巷道道的要求                                  针针针针对对对对这这这这一一一一情情情情况况况况，，，，我我我我国国国国开开开开发发发发了了了了适适适适合合合合在在在在煤煤煤煤巷巷巷巷掘掘掘掘进进进进期期期期间间间间按按按按正正正正规规规规循循循循环环环环施施施施工工工工的的的的新新新新型型型型小小小小孔孔孔孔径径径径树树树树脂脂脂脂锚锚锚锚固固固固预预预预应应应应力力力力锚锚锚锚索索索索加加加加固固固固技技技技术术术术其其其其最最最最大大大大特特特特点点点点是是是是采采采采用用用用树树树树脂脂脂脂药药药药卷卷卷卷锚锚锚锚固固固固，，，，通通通通过过过过专专专专用用用用装装装装置置置置可可可可以以以以像像像像安安安安装装装装普普普普通通通通树树树树脂脂脂脂锚锚锚锚杆杆杆杆那那那那样样样样用用用用锚锚锚锚索索索索搅搅搅搅拌拌拌拌树树树树脂脂脂脂药药药药卷卷卷卷对对对对锚锚锚锚索索索索锚锚锚锚固固固固端端端端进进进进行行行行加加加加长长长长锚锚锚锚固固固固，，，，其其其其安安安安装装装装孔孔孔孔径径径径仅仅仅仅为为为为28mm28mm，，，，用用用用普普普普通通通通单单单单体体体体锚锚锚锚杆杆杆杆机机机机即即即即可可可可完完完完成成成成打打打打孔孔孔孔、、、、安安安安装装装装。

与与与与传传传传统统统统锚锚锚锚索索索索相比，小孔径树脂锚索有以下特点：相比，小孔径树脂锚索有以下特点：相比，小孔径树脂锚索有以下特点：相比，小孔径树脂锚索有以下特点：            (1)(1)直直直直接接接接用用用用锚锚锚锚索索索索搅搅搅搅拌拌拌拌树树树树脂脂脂脂药药药药卷卷卷卷进进进进行行行行锚锚锚锚固固固固，，，，安安安安装装装装工工工工序序序序十十十十分分分分简简简简单单单单，，，，而而而而且采用小孔径，因而施工速度大幅度提高且采用小孔径，因而施工速度大幅度提高且采用小孔径，因而施工速度大幅度提高且采用小孔径，因而施工速度大幅度提高            (2)(2)采采采采用用用用单单单单体体体体锚锚锚锚杆杆杆杆钻钻钻钻机机机机就就就就可可可可以以以以施施施施工工工工，，，，设设设设备备备备少少少少，，，，而而而而且且且且显显显显著著著著降降降降低低低低了了了了工工工工人的劳动强度人的劳动强度人的劳动强度人的劳动强度            (3)(3)树树树树脂脂脂脂锚锚锚锚固固固固剂剂剂剂固固固固化化化化速速速速度度度度快快快快，，，，由由由由水水水水泥泥泥泥浆浆浆浆锚锚锚锚固固固固时时时时的的的的3d3d～～～～7d7d降降降降低低低低到到到到仅仅仅仅为为为为10min10min，，，，因而锚索能及时、主动承载。

因而锚索能及时、主动承载因而锚索能及时、主动承载因而锚索能及时、主动承载            小小小小孔孔孔孔径径径径锚锚锚锚索索索索主主主主要要要要用用用用在在在在破破破破碎碎碎碎、、、、复复复复合合合合顶顶顶顶板板板板回回回回采采采采巷巷巷巷道道道道，，，，放放放放顶顶顶顶煤煤煤煤开开开开采采采采沿沿沿沿煤煤煤煤层层层层底底底底板板板板掘掘掘掘进进进进的的的的煤煤煤煤顶顶顶顶巷巷巷巷道道道道，，，，软软软软弱弱弱弱和和和和高高高高地地地地应应应应力力力力回回回回采采采采巷巷巷巷道道道道，，，，以以以以及及及及大大大大跨跨跨跨度度度度开开开开切切切切眼眼眼眼和和和和巷巷巷巷道道道道交交交交叉叉叉叉点点点点其其其其主主主主要要要要技技技技术术术术参参参参数数数数为为为为：：：：钻钻钻钻孔孔孔孔直直直直径径径径为为为为28mm28mm；；；；锚锚锚锚索索索索直直直直径径径径1515．．．．24mm24mm；；；；最最最最大大大大锚锚锚锚固固固固力力力力260kN260kN；；；；预预预预紧紧紧紧力力力力120kN120kN～～～～230kN230kN第八节第八节 煤巷锚杆支护技术的应用煤巷锚杆支护技术的应用一一、、邢邢台台东东庞庞煤煤矿矿2707工工作作面面回回风风巷巷锚锚杆杆支护支护(单一煤层，沿空掘巷单一煤层，沿空掘巷)图图18 巷道锚杆支护布置巷道锚杆支护布置(邢台东庞煤矿邢台东庞煤矿)二二、、铁铁法法晓晓南南煤煤矿矿西西三三403工工作作面面运运输输平平巷巷锚杆支护锚杆支护(单一煤层，实体煤单一煤层，实体煤)图图19 19 巷道锚杆支护布置巷道锚杆支护布置(铁法晓南煤矿铁法晓南煤矿)  三、阳泉一矿三、阳泉一矿8904工作面回风巷锚杆支护工作面回风巷锚杆支护(厚煤厚煤层放顶煤，实体煤层放顶煤，实体煤)图图20 巷道锚杆支护布置巷道锚杆支护布置(阳泉一矿阳泉一矿)  四、兖州东滩煤矿四、兖州东滩煤矿14308综放工作面轨道平巷锚综放工作面轨道平巷锚杆支护杆支护(沿空掘巷沿空掘巷)图图21 巷道锚杆支护布置巷道锚杆支护布置(兖州东滩煤矿兖州东滩煤矿) 五、潞安常村煤矿五、潞安常村煤矿S3—2胶带运输大巷锚胶带运输大巷锚杆支护杆支护(煤层大巷煤层大巷)图图22 22 巷道锚杆支护布置巷道锚杆支护布置(潞安常村潞安常村) 六、开滦唐山煤矿六、开滦唐山煤矿T2191工作面开切眼锚工作面开切眼锚杆支护杆支护(大断面开切眼大断面开切眼)图图23 23 开切眼锚杆支护布置开切眼锚杆支护布置(开滦唐山煤矿开滦唐山煤矿) 七、锚杆注浆加固技术在综采放顶煤工七、锚杆注浆加固技术在综采放顶煤工作面沿空巷道中的应用作面沿空巷道中的应用 图图24 24 巷道锚杆注浆加固布置巷道锚杆注浆加固布置(兖州鲍店煤矿兖州鲍店煤矿) 第九节第九节  改进与发展改进与发展             经经过过近近年年来来的的研研究究与与实实践践，，我我国国煤煤巷巷锚锚杆杆支支护护成成套套装装备备与与技技术术基基本本形形成成，，而而且且在在实实际际应应用用中中解解决决了了多多个个巷巷道道支支护护难难题题，，取取得得了了巨巨大大的的技技术术经经济济效效益益，，为为高高效效、、安安全全开开采采创创造造了了良良好好条条件件。

锚锚杆杆支支护护已已成成为为高高产产高高效效矿矿井井必必备备的的配配套套技技术术为为了了将将这这项项技技术术推推广广应应用用得得更更好好，，为为煤煤炭炭工工业业带带来来更更大大的的技技术术经经济济效效益益和和社社会会效效益益，，在在以以下下几方面还需做进一步的工作几方面还需做进一步的工作 1．积极开展巷道围岩地质力学测试．积极开展巷道围岩地质力学测试        巷巷道道围围岩岩地地质质力力学学参参数数，，包包括括地地应应力力、、围围岩岩强强度度和和结结构构是是锚锚杆杆支支护护设设计计的的重重要要基基础础参参数数，，是是保保证证锚锚杆杆支支护护合合理理、、有有效效、、可可靠靠、、安安全全的的前前提提条条件件目目前前我我国国仅仅有有少少数数矿矿区区进进行行了了比比较较全全面面、、系系统统的的测测试试工工作作今今后后，，应应该该把把巷巷道道围围岩岩地地质质力力学学测测试试放放在在十十分分重重要要的的位位置置，，并并把把它它列列为为锚锚杆杆支支护护技术必不可少的工作技术必不可少的工作 2．．煤煤巷巷锚锚杆杆支支护护设设计计方方法法的的研研究究与与推推广广         煤煤巷巷锚锚杆杆支支护护设设计计方方法法已已经经从从过过去去简简单单的的经经验验法法、、计计算算法法，，发发展展到到现现在在以以数数值值计计算算、、现现场场监监测测为为基基础础的的动动态态信信息息设设计计法法。

但但是是，，目目前前我我国国许许多多矿矿区区还还是是以以经经验验法法为为主主，，锚锚杆杆支支护护的的合合理理性性、、安安全全性性无无法法保保证证在在我我国国煤煤矿矿应应积积极极推推广广先先进进的的设设计计方方法法，，使使现现场场工工程程技技术术人人员员能能够掌握和实际应用够掌握和实际应用3．锚杆支护材料系列化与标准化．锚杆支护材料系列化与标准化             目目前前，，煤煤巷巷锚锚杆杆支支护护材材料料品品种种很很多多，，一一些些材材料料力力学学性性质质达达不不到到工工程程要要求求我我国国锚锚杆杆支支护护材材料料生生产产厂厂家家太太多多，，不不同同层层次次厂厂家家的的产产品品质质量量相相差差悬悬殊殊有有必必要要根根据据我我国国煤煤巷巷围围岩岩条条件件，，制制定定锚锚杆杆支支护护材材料料系系列列及及相相应应的的标标准准建建立立比比较较完完善善的的产产品品质质量量保保证证体体系系，，根根除伪劣产品除伪劣产品4．．完完善善与与提提高高锚锚杆杆支支护护施施工工机机具具，，开发新的产品开发新的产品         近近年年来来，，我我国国在在煤煤巷巷锚锚杆杆钻钻机机方方面面做做了了大大量量工工作作，，开开发发了了多多种种产产品品。

但但是是由由于于我我国国煤煤巷巷地地质质与与生生产产条条件件复复杂杂多多变变，，现现有有的的锚锚杆杆钻钻机机还还不不能能完完全全满满足足使使用用要要求求，，无无论论是是性性能能与与质质量量都都还需进行完善与提高还需进行完善与提高          随随着着锚锚索索支支护护技技术术的的推推广广应应用用，，有有必必要要开开发发研研制制专专用用锚锚索索钻钻机机，，提提高高锚锚索索施施工工速速度度掘掘锚锚联联合合机机组组在在国国外外已已经经应应用用，，为为巷巷道道掘掘进进和和锚锚杆杆施施工工创创造造了了极极为为有有利利的的条条件件我我国国也也应应根根据据国情开展掘锚联合机组方面的研究与开发工作国情开展掘锚联合机组方面的研究与开发工作5．．完完善善锚锚杆杆施施工工质质量量检检测测与与监监测测   技术技术          锚锚杆杆支支护护是是隐隐蔽蔽性性工工程程，，必必须须进进行行质质量量检检测测目目前前普普遍遍应应用用的的是是锚锚杆杆拉拉拔拔计计、、扭扭矩矩扳扳手手等等有有必必要要开开发发研研制制非非接接触触、、无无损损质质量量检检测测仪仪器器，，以以达达到到快快速速、、准准确确、、大大面面积积测测量量的的目目的的。

锚锚杆杆支支护护监监测测对对保保证证巷巷道道安安全全十十分分重重要要，，我我国国许许多多矿矿区区对对此此十十分分重重视视但但是是这这项项工工作作还还有有待待于于标标准准化化、、日日常化，纳入到正常生产中常化，纳入到正常生产中。