锚杆支护理论和支护失效原因
锚杆支护失效原因分析以及防范措施
锚索悬 吊来支撑 ，长期使用就造成顶板 的整体塌落 而发 生严 重 的 冒顶 事故 。
３ 防范措 施
３ ． １ 强化技术保障
３ ． １ ． １ 强化地质工作 煤矿企业应该成立专门的地质勘测部 门，并指 定一二名专业技术人员负责地质工作 ，负责监测矿 区 内地 质变 化 情况 ，同时 编制 全 矿井 的地 质 变化 分 布图等地质资料 ；同时地质勘测部门要利用这些资
收稿 日期 ： ２ ０ １ ６ — １ ２ —１ ２
具体巷道进行综合分析 ，及时向施工单位和技术部 门传递准确 的地质基础资料信息 ；生产技术部门在 收到这些资料之后 ， 制定出相应的措施 ， 及 时调整支 护参 数 ， 针对 性选 择 支护 型号 ， 确保 支护 有效 。 ３ ． １ ． ２ 科学设计锚杆 锚 杆支 护 往往 根 据实 践经 验 进行 ，且 井 下பைடு நூலகம்的工
总第 １ ６ ７期 ２ ０ １ ７年 第３期
机械管理开 发
ＭＥＣ ＨＡＮＩ Ｃ ＡＬ ＭＡＮ ＡＧ ＥＭＥ ＮＴ ＡＮＤ ＤＥ ＶＥ ＬＯ Ｐ ＭＥＮ Ｔ
Ｔ ｏ ｔ ａ ｌ １ ６ ７
Ｎｏ ． ３， ２ ０１ ７
ＤＯ Ｉ ： １ ０ ． １ ６ ５ ２ ５ ￣ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． ｃ ｎ １ ４ － Ｕ３ ４ ／ ｔ ｈ ． ２ ０ １ ７ ． ０ ３ ． ７ ６
３ ） 地质资料显示 １ ０ １ ０ ５运输 顺 槽 段 １ ０号 煤 层 与 ９号煤 层 相距 ２ ． ５ ５ ～ ６ ． ６ ７ Ｉ ｌ ｌ ， 而实 际 上事 故段 处 １ Ｏ 号 煤 层 与 ９号 煤 层 相 距 ２ ． ２ ０ ０ １ Ｔ Ｉ 左 右 ，锚 杆 ２ ６ ０ ０
某基坑锚杆失效事故的原区分析与经验教训
２） ｌ ０ ５
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一ｌ ８ １ ３６ ２ ４ ．０
３ Ｉ２ ３７ ７７ ～８ ．３
图 ３ 内力计算结果
１４ 锚杆 设计 ．
根据 内 力计算 结果 ，单 元计 算宽 度 内的 弹性 支点 水 平 反 力 Ｆ为 ９ ． Ｎｍ 桩 身最 大位 移 ３ ． ｍ 整 体 稳 定 ｈ ７ ７ｋ／ ， ９ ４５ ｍ ， ０ 安全 系数 ｋ １ ７ 。 ＝ ． ７ ３ 锚杆 轴 向拉 力标准 值 Ｎ １１ ３ｋ／。 ｋ ０． Ｎ ＝ ４ ｍ 本 基坑 挖 土深 度 ７ ５ｍ 按 二级 基 坑 考 虑 ： ． ， ２ 锚杆 极 限 抗拔 承载 力标 准值 Ｒ ０．３ ． １２ ９ｋ／。 ≥１１ １ ＝ ６ ． Ｎ ４Ｘ ６ ２ ｍ 本设 计 采 用 西２０ｍ ５ ｍ加筋 水泥 搅 拌 土锚 杆 ，其 长 度 为 １．０ｍ 水平 间距 １ ０ｍ 锚 固段按 １． ８０ ， ． ， ０ ５ ０ｍ计算 。因锚 ０
特 点 、 质 条 件 ， 采 用 两级 放 坡 ＋排 桩 ＋拉 锚 方 案 的支 地 拟
作者简介 ： ￣ （ ７ 一） ， １ ２ ， 本科 ， ９ 男 高级工程师 、 注册岩土工程师 。 作者地址 ：宁波市江北区槐树路 ４ ０号 （ １０ ０ 。 ３５ ２ ）
收 稿 日期 ：２ １ — ５ １ ０ ２０— ５
层含 粉质 黏 土粉砂 ， 厚度 ２６ 。 坑位 于② 一层 深厚 的淤 ．０ ｍ 基
７ 上５
＼
③
｜ 。 ．
泥质土中， 对开 挖很 不利 。 １ ． 单 元计 算模 型及 内力计 算 结果 ３
由于 冷冻 机房 计 算挖 土深 度 达 ７２ ０ ｍ 根 据 周边 环境 ．５ ，
锚杆支护技术失效与防范
锚杆支护技术失效与防范姚海全(龙煤集团双鸭山分公司集贤煤矿，黑龙江双鸭山155100)哺要】本文对巷道锚杆支扩的作用进行了分析，研究了铸杆支护技术失效的原因，提出了有效的防范技术措施．。
【关键阃锚杆；支护技术；失效锚杆支护作为一种积极主动的支护技术，具有简便快捷的施工方法，良好的支护效果。
随着锚杆支护技术的发展，在井工采矿实践中，使其得到了广泛的应用。
经过多年的实践与研究，巷道锚杆支护率岩巷已达到90％，煤巷也超过800／'o。
但在现场的实践中，由于多方面的原因导致锚杆支护失效，甚至引起安全事故。
因此，必须采取有效的防范措施。
锚杆支护效果的好坏取决于多方面的因素，无论哪一个环节出现问题，都有可能造成锚杆支护失效。
因此，必须综合考虑多方面的因素对锚杆支护的影响，保证有效的支护。
1巷道锚杆支护的作用分析1)锚杆可不同程度地提高锚固区煤岩体强度、弹性模量、凝聚力和内摩擦角等力学参数。
对于中等强度以E岩石，锚杆对岩石破坏前的强度和变形影响不大：对于强度较低的煤体，锚杆在煤体破坏前对其强度有较明显的影响。
锚仟的主要作用是改善发生塑性变形和破碎煤岩的力学性质，显着提高其刷最强度，改变屈朋后煤岩变形特，EEo2)锚杆对节理、层理、裂隙等不连续面的本质作用在于：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，阻止不连续面产生离层与滑动。
通过提高结构面的强度，提高节理煤岩体的整体强度、完整性与稳定性。
3)通过锚杆给围岩施加一定的压应力，可以改善围岩应力状态。
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，通过压应力产生的摩擦力，提高围岩的抗剪能力。
4)在深部巷道中，锚杆支护主要作用在于控制锚固区围岩的离层、滑动、张开裂隙等扩容变形与破坏，在锚固区内形成次生承载层，最大限度地保持锚固区围岩的完整性，避免围岩有害变形的出现，提高锚固区围岩的整体强度和稳定性。
5)在冲击矿压巷道中，锱杆支护可葛殳善锚固区煤岩体的冲击倾向性指标：通过保持锚固区围岩的完整性，提高围岩承载能力，使巷道围岩应力分布趋于均匀化，同时提高了对深部围岩的约束能力。
锚杆支护原理讲解
锚杆支护理论及施工工艺讲解讲课目的：通过本次讲课，带动管理人员及锚杆支护工认真钻研锚杆支护理论，与实践相结合，提升掘面锚杆支护规范化操作，达到安全、经济支护巷道顶板的目的。
讲课内容：分三大部分：（1）锚杆支护原理；（2）锚杆施工工艺;（3）锚杆施工管理及质量要求。
一、锚杆支护原理1、悬吊理论：悬吊理论认为：锚杆支护的作用就是将巷道顶板较软弱岩层吊在上部稳定岩层上，以增强较软弱岩层的稳定性。
对于回采巷道经常遇到的层状岩体，当巷道开挖后，直接顶因弯曲、变形与老顶分离，如果锚杆及时将直接顶挤压并悬吊在老顶上，就能减小和限制直接顶的下沉和离层，以达到支护的目的。
巷道浅部围岩松软破碎，或者开掘巷道后应力重新分布，顶板出现松动破裂区，这时锚杆的悬吊作用就是将这部分易落岩体悬吊在深部未松动岩层上。
这是悬吊理论的进一步发展。
根据悬吊岩层的质量就可以进行锚杆支护设计。
悬吊理论直观地揭示了锚杆的悬吊作用，在分析过程中不考虑围岩的自承能力，而且将被锚固体与原岩体分开，与实际情况有一定差距，计算数据存在误差。
悬吊理论只适用于巷道顶板，不适用于巷道帮、底。
如果顶板中没有坚硬稳定岩层或顶板较软弱岩层较厚，围岩破碎区范围较大，无法将锚杆锚固到上面坚硬岩层或者未松动岩层上，悬吊理论就不适用。
2、组合梁理论：组合梁理论认为：在层状岩体中开挖巷道，当顶板在一定范围内不存在坚硬稳定岩层时，锚杆的悬吊作用居次要地位。
如果顶板岩层中存在若干分层，顶板锚杆的作用，一方面是依靠锚杆的锚固力增加各岩层间的摩擦力，防止岩石沿层面滑动，避免各岩层出现离层现象；另一方面，锚杆杆体可增加岩层间的抗剪刚度，阻止岩层间的水平错动，从而将巷道顶板锚固范围内的几个薄岩层锁紧成一个较厚的岩层（组合梁）。
这种组合厚岩层在上覆岩层荷载的作用下，其最大弯曲应变和应力都将大大减小，组合梁的挠度也减小，而且组合梁越厚，梁内的最大应力、应变和梁的挠度也就减小。
根据组合梁的强度大小，可以确定锚杆支护参数。
锚杆支护原理
锚杆支护一、锚杆支护原理1、锚杆的悬吊作用悬吊作用是指用锚杆将软弱的直接顶板吊挂在其上的坚固老顶之上。
如图1所示，或者是用锚杆将因巷道开挖而引起松动的岩块连接在松动区外的完整坚固岩石上，使松动岩块不至冒落。
锚杆的悬吊作用2、锚杆的组合梁理论利用锚杆的拉力将层状岩层组合起来形成组合梁结构进行支护，这就是锚杆组合梁作用。
组合梁作用的本质在于通过锚杆的预拉应力将原视为叠合梁的岩层挤紧，增大岩层间的摩擦力；同时，锚杆本身也提供一定的抗剪能力，阻止其层间错动。
锚杆把数层薄的岩层组合成类似铆钉加固的组合梁，这时被锚固的岩层便可看成组合梁，全部锚固层能保持同步变形，顶板岩层抗弯刚度得以大大提高。
锚杆的组合作用3、锚杆锲固作用是指在围岩中存在一组或多组不同产状的不连续面的情况下，由于锚杆穿过这些不连续面，防止或减少了围岩沿不连续面的移动。
如图3。
锚杆的楔固作用p бb p 锚杆的楔固作用-б p (бbp4、挤压加固拱作用形成以锚杆头和紧固端为顶点的锥形体压缩区。
如将锚杆沿拱形巷道周边按一定间距径向排列，在预应力作用下，每根锚杆周围形成的锥形体压缩区彼此重叠联结，在围岩中形成一连续压缩带。
它不仅能保持自身的稳定，而且能承受地压，组织上部围岩的松动和变形。
显然，对锚杆施加预紧力是形成加固拱的前提。
5、锚杆的减跨作用如果把不稳定的顶板岩层看成是支撑在两帮的叠合梁，由于可视悬吊在老顶上的锚杆为支点，安设了锚杆就相当于在该处打了点柱增加了支点而减少了顶板的跨度，从而降低了顶板岩层的弯曲应力和挠度，维持了顶板与岩石的稳定性，使岩石不易变形和破坏。
这就是锚杆的“减跨”作用，它实际上来源于锚杆的悬吊作用。
上述几种锚杆支护作用并非是孤立存在的，实际上是相互补充的综合作用，只不过在不同地质条件下，某种支护作用占的地位不同而已。
二、锚杆支护作用机理分析巷道开掘以后，由于受掘进工作面迎头及两帮的支撑，顶板下沉和变形很小。
此时安装锚杆，其主要作用是控制顶板浅部岩层的离层、滑动。
浅谈煤矿巷道锚杆-锚索联合支护失效的原因
时， 锚 杆与预 应力 锚索 对 围岩起 到相 同的加 固作 用 ， 增强 了锚岩 支护 体 的承载 能力， 避免 围岩 发生破 坏 。 软岩 和破 碎顶 板巷道 中， 围岩 的变 形量 很大 ， 在巷 道 开 挖初期 进行 支护 时 ， 主要 靠锚杆 的 柔性支 护 ， 后期 则是 发挥 了锚索 的悬 吊作
２锚杆— 锚索联合支护机理
锚 杆— 锚 索联 合支护 ， 主要是 以锚杆 支护作 为及 时支护 和加 固巷道周 围浅 部 围岩 ， 从而提 高 围岩的整体 承载 能力和 自身稳定 性。 同时 ， 通过预 应力锚 索作 用， 一是 提高锚杆 支护体 的支 护强度 ， 使 围岩变 形破坏得 到控 制 ， 二 是围岩 的破 坏 范围超 过锚 杆 的锚 固长度 时 ， 通过 预应力 锚索 的悬 吊作 用 ， 将 顶板 松动 的岩
１引 言
２ ． ０ ％ 。 根据以上分析 ， 煤巷支护条件下预应力锚索的锚固性能需要满足下列两
项要 求 ： Ｆ ≥２ ２ １ ＫＮ， ￡ ≥１ ． ８ ％。
煤矿巷 道的锚 杆支护 ， 具有 劳动 强度低 、 支护效 果好和成 本低 的特点 ， 因此 被 广泛使 用 。 但是 ， 当前仍有 不 少人 对锚 杆 索联 合 支护 作用 机理 的认 识不 清， 尤 其 是煤巷 施 工 ， 锚杆 — 锚 索联 合支 护的 设计 思想 与支 护方 法存 在着 不协 调 的矛盾 。 多数 人认 为 ， 锚 杆与锚 索的 “ 悬 吊理论 ” ， 将 顶板松 动区岩 石通过 锚索 悬 吊于深 部 稳定岩 层上 ， 从 而达 到支 护效果 。 实 际 中并非 如此 ， 顶 板离层 过大 ，
在设计时考虑延伸量在锚索适应围岩变形情况。 一般安装锚索时预紧力越小 。 其工程延伸量就越大。 因为钢绞线的松弛特性， 预紧后有一定的载荷松弛， 预紧
(完整版)锚杆支护理论
锚杆支护理论锚杆支护理论研究的目的是弄清楚锚杆、锚索与围岩之间的相互作用关系，从而为锚杆支护设计提供理论基础。
第一节锚杆支护构件的作用锚杆支护由锚杆杆体、托板和螺母、锚固剂、钢带及金属网等构件组成，锚杆支护的作用是由这些构件共同完成的。
一、锚杆杆体的作用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.这种构件主要可以提供两方面的作用，一是抗拉，二是抗剪。
至于杆体的抗弯能力和抗压能力是非常小，可忽略不计。
1、锚杆的抗拉作用锚杆杆体所能承受的拉断载荷计算：式中P—锚杆拉断载荷,N；d—锚杆直径，mm；—锚杆钢材抗拉强度.2、锚杆的抗剪作用锚杆杆体所能承受的剪切载荷计算：式中Q-锚杆剪切载荷,N；d-锚杆直径，mm；—锚杆钢材剪切强度。
二、锚杆托板的作用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、结构面滑动和节理裂隙的张开，实现锚杆的主动、及时支护作用；二是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变形的作用。
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.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的构件，通过托板给锚杆施加预紧力,传递围岩载荷至锚杆杆体，托板本身失效，以及托板下方的围岩松散脱落,导致托板与表面不紧贴,都会使锚杆失去支护作用.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。
三、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。
锚杆支护破坏形式及对策
全隐患——锚杆倾向不合理问题。案例一 中的锚杆 倾 向不合理是造成严重 冒顶事故的主要 因素。 在半圆拱形巷道 （ 图 ２ ， 见 ） 由于施工 空间限制 或习惯等因素 ， 顶部锚杆眼施工 大多数 不是垂 直巷
巷道的初期破坏是 由于顶板在上覆岩层压力作
用下， 首先出现顶板塑变下沉 ， 围岩松动 ， 崩掉混凝
１ １ 巷 道初 期破 坏导 致大 范 围顶 板整体 垮 落 ．
（ ）特征。在巷顶局部有 明显初期破坏 ， １ 最终 导致全断面顶板垮 落， 冒落宽度 常常 是接 近巷道全
宽， 长度 可达 几米 至几 十米 或更 长 ， 安全 威 胁大 。
面有倾角 Ｏ时 ， ｔ 其有效 长度 为锚杆嵌入岩体 的长度 在垂直巷道轮廓面方 向上的投 影 ｈ 即 ｈ＝ ｉ Ｏ。 ， ｓｃ ｎＬ 只有锚杆垂直岩面布置 时（ ： ０ ） 成拱厚度才能 ９。 ，
形成的空 白条带更大。 １ １３ 锚杆支护机理及垮落机理分析 ．． 承载结构的形成是锚杆以适 当的间排距排列 ，
使相邻锚杆在其作用范围内形成“ 锥形体压缩 带相
重 迭， 形成 连续 的压 缩带 ” 见 图 ３ 。 （ ）
图 ３ 锚 杆 倾 向不 合 理 形 成 的 空 白条 带
分析 ： 以本文所列举巷道断面为例 ， 我们假设锚
有 重要 意义 。 以下就 锚杆 支护 出 现 的具 有 代表性 的 几种 主要破 坏形 式 进行 分析 ， 锚 杆 安 全支 护 提 供 为
参考。
（ 图 １ 。单根锚杆所 固定 的岩石 因失去侧压力而 见 ） 滑落 ， 造成锚杆悬吊的部分被孤立起来 ， 严重处锚杆 尾部裸 露 出来 。随着 裂 隙 向 上 发展 ， 板 岩 块 不 断 顶
锚杆支护失效原因与支护策略研究分析
锚杆支护在具体应用期间会受到水文、地质、安装等各项因素影响，这会导致默锚杆支护会出现失效情况，会引起片帮、冒顶等问题。
因此，要采取合理防范措施，避免锚杆支护出现失效情况。
1 锚杆支护在应用期间失效主要原因（1）未严格依据具体情况的具体情况，对采用的锚杆进行选择，对锚杆的具体参数进行设计。
若设计的锚杆的强度较低时，支护体系，以及相应的围岩都无法形成一个相对稳定的承载结构，这会导致巷道发生变形情况无法得到控制，这会对矿井生产作业造成较大影响。
但是，若过于注重锚杆安全性，盲目的提高安全系数，这样最终建设的锚杆虽然在应用过程中不会出现安全问题，这会提高支护成本，降低经济效益。
（2）锚固无法达到期望效果。
如果覆岩层存在大量结构弱面，会导致顶板上端围岩部分出现损伤情况，这会使锚固力随着时间推移不断降低，最终会导致锚固失去原有效果，会发生大区域冒顶情况。
（3）粘结失去效果。
锚杆可以通过对锚固剂和围岩进行应用，进而形成以一个合理的整体，若锚杆杆体与粘结材料间出现了的滑移错位问题，这会导致围岩无法得到合理加固，这会使粘结遭受破坏。
采用锚杆的锚固力大小主要受锚杆与粘结材料两者间粘锚力影响，不同类型围岩与不同类型的锚杆间的锚固大小也会存在一定差异，可见，在设计巷道支护中各项参数时，要充分考虑围岩力学性质，在全面分析基础上，最终选择一种有效的锚杆，提升和控制锚固力，进而使支护水平能够得到进一步提升，满足应用需求。
（4）托盘失效效果。
在进行锚杆安装时要利用托盘提升预应力，锚杆中常用的托盘如图1所示。
在锚杆安装时对托盘进行应用可以提升预应力，而且能够使岩体受力状态发生积极转变，进而形成一个完整的承载体，进而使锚杆在具体应用过程中的作用能够得到全面发挥。
若采用的托盘安装存在问题，这将会使锚杆支护效果造成一定的不良影响。
锚杆支护失效原因与支护策略研究分析□ 陈晓杰 挖金湾煤业公司技术科 山西大同 037000锚杆支护是巷道支护中常用的一项主动支护技术，其应用范围不断扩大，在实际应用期间具有支护效果好、施工简单、施工快捷等多项特点，因此，得到了广泛应用，也缺取得了不错的应用效果。
对煤巷锚杆支护技术理论的探讨
１ 困难 复 杂 条件 下 的 四 五 类 巷 道 围 岩 一 般 比较 松软 破 碎 、 ． ４ 地 应 力较 大 、 受采 动 影 响 ， 易 因而 巷道 变形 速 度 比较 快 ， 变形 量 比较 大 ， ０ 引 言 所 以对 于 维 护 来 说相 对 比较 困 难 。 锚 杆具 有 主 动 支 护 、 效 强化 围岩 强 度 和 保持 围岩 稳 定 、 工 简 有 施 １５ 锚 固 与注 浆 联 合 加 固技 术 ． 单 、 本 较 低 、 全 可 靠 、 善作 业 环 境 等 优 点 ， 已成 为世 界 各 国 巷 成 安 改 现 如 果 巷 道掘 进 在 松 散 破碎 的煤 岩 体 中 ，而且 如 果 只 是单 独 的 采 道 支 护 的一 种 主 要 形 式 。 煤矿 生 产 过 程 中 ， 护 是 其 不 可缺 少 的 ～ 在 支 用锚杆支护 ， 那么可能锚 固效果不会太理想 ， 致使锚杆的优 良的性能 部分 ， 冒顶片帮等有非常重要的作用。 对 发生 冒顶片帮的原 因主要表 不能充分发挥 出来。此外 ， 对于 已经破坏 了的巷道 ， 对其进行维修或 现为以下两个方面 ： 支护设计方面常由于只注重考虑顶板支护 ， ① 顶 翻 修 ， 若 单 独 只 是 采用 锚 杆 支 护 ， 么其 支护 效 果 也 不会 达 到 很 好 假 那 班 支 护 的足 够 好 ， 不考 虑 巷 帮 支 护 的研 究 ， 么如 果 巷 道 帮 支 护 的 而 那 的效 果 。 以如 果 对 于锚 固技 术 和 注 浆加 固技 术 ， 两 种 技术 如 果 能 所 这 强度 太小 ， 固 力 低 ， 么 支 护 效 果 就 会 很 差 ， 会 造 成 煤 壁 极 其 松 锚 那 就 够 有机 的结 合 在 一 起 的话 ，将 来 肯 定 会成 为解 决破 碎 围岩 巷 道 支 护 软 。要 是 发 生 片 帮 以后 ， 道 变 得 越 来越 宽 ， 能就 会 引 起 应 力 的重 巷 可 的最 重 要 的且 最 有 效 的 方 法。 根据 现代 煤 矿 的 巷道 特 点 ， 发 出 了不 开 新 分布 ， 致 冒顶 面 积逐 渐 变得 越 来 越 大 ， 后 顶板 靠 近 煤 帮 侧 发生 导 最 同 形 式 的注 浆锚 杆 。 对于 单纯 用 锚 杆 支 护 不足 以保 持 巷道 围岩 的 稳 破 断， 导致 大面积的矸 石冒落。 生产 管理 方面表现为技术管理和质 ② 定 时 ，可 辅 以 两 种 加 强 支 护 ： 一 是 小 孔 径 预 应 力 锚 索 ，孑 径 仅 Ｌ 量 管 理 不 到位 ， 顶板 岩 石 性 质 发 生 改 变 时 ， 作 人 员 未及 时将 信 息 在 工 ２ ｍｍ ， 工 简 单 、 格 低 廉 、 且 安 全 可 靠 ： 是 巷 道 围 岩 注 浆 加 ８ 施 价 而 二 反 映到 技 术部 门 ， 终 可 能 导 致 顶板 事故 的发 生 。 们 书 本 上所 介 绍 最 我 固， 当巷道 围岩 特 别 破 碎 。 掘 随 冒 ， 采 取超 前 注 浆 ， 般 条 件 采取 随 可 一 的锚 杆 支 护 理 论 有 好 几种 ，Ｌ ｎ 合 梁 、 固 拱 、 大 水 平 地 应 力 等 ｌ￣ 组 ： 加 最 滞 后 注 浆 。 复杂 围岩 的支 护 技 术应 用 广 泛 。 理 论 ， 些理 论 在 煤 矿 生 产 过 程 中 ， 别 是 矿 压 观 测 中 ， 有 非 常 重 这 特 具 １６ 锚 杆 支 护 的可 靠 性 ． 要 的意 义 ， 是 它们 也 具 有 一定 的欠 缺 。 但 提高锚杆支护有 以下六种途径 ： ①支护要及时。 ②支护设计和监 １煤 巷锚 杆 支 护成 套 技 术 测管理 到位。 ③定期进行拉拔试验。 ④加强班 组质量检查。 ⑤把握锚 煤巷锚杆支护成套技术包括 以下几个部分 ： 巷道围岩力学测试、 固质 量 关 。⑥ 抓 好 预 紧 力质 量 关。
浅谈锚杆支护理论和支护失效原因
续性受到破坏时 ， 组合梁也就不存在 了。
（） ３ 组合拱 理论 在一定 程度上 揭露 了锚 杆支 护原 理 ， 在分析过程 中没 有深 入考 虑 围岩—— 支护 的相 但 互作用 ， 只是将各支护结构的最大支护力简 单相加 ， 从 而得到复合支护结 构总 的最 大支护 力 ， 乏对加 固岩 缺
（ ｈ ｖｌ ｒ Ｓ ａｄｎ ｏｌ ｏ ， ｔ． Ｓ ａｄｎ ｅｇｈｕ２ ７ ２ ） Ｃ ｅａｅ ， ｈ ｎｏ ｇＣ ａ Ｃ ． Ｌｄ ， ｈ ｎｏ ｇＴｎ ｚｏ ７ ５ １ ｉ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｂｏｔｉ ｔ ｈ ｕ ｒ ｕ ｄ ｎ ｏ ｋ ｍａ ｎ ｙ ｔ ｒ ｕ ｈ ｐ ａ ｔ ｓ ｐ ｏ ｔｎ ｏ ｅ ｓｒ ｃ ｌ ｎ ｏ ｔ ｅ ｓ ｒｏ ｎ ｉ ｇ ｒ ｃ ｉｌ ｈ ｏ ｇ ｌｙ ｉ ｕ ｐ ｒｉ ｇ ｒ ｌ ．Ｗ ｉ ｈ ｉ ｅ ｅ ｔｓａｅ ｒ ａ ｗａ ｓ ｔ ｔ ｅ ｄ ｆ ｒ ｎ ｔ ｔ ｏ ｄ ｙ ｂ ｌ ｎ ｈ ａ ｅ ａｓ ａ ｉ ｅ ｅ ｔ ｈ ｆ ｏ ｔ ｇｔ ｅ ｂ ｓ ｌｏ ｈ ｓ ａ ｄ ｆ ｒ ｎ ｉ
压， 阻止危岩 的松动 和变形 ， 这就是组合 （ 挤压 ） 。 拱
（） ４ 最大 水平 应 力理 论 认 为 ： 井 岩层 的水 平 应 矿 力通常大于垂直应力 ， 水平 应力具有 明显 的方 向性 ， 巷
（） ２ 组合 梁理论 很好 的解释 了层 状岩体 的支 护作
用 ， 在分析 中， 但 将锚 杆 的 自稳 作用分 开 ， 实际情 况 与 有一定差距 。并且随 围岩条件的变化 ， 在顶板 破碎 、 连
基理 。传统 的 锚 杆支 护 理论 有 ： 吊理 论 、 合 梁 理 悬 组 论、 组合拱 （ 缩 拱 ） 压 理论 ， 期 又发 展 了最 大水 平应 近
煤巷锚杆支护失效影响因素分析及解决
【 关键词］ 锚 杆支护 原因分析
１ ． 锚 杆失效的原因及其分析
１ ． １ 锚 杆支护参数设计不合理的影响 锚杆支护参数设计包 括 ： 锚杆种类 、 锚杆几何参数 、 锚杆力学参数 、
锚杆密度伟 菡 杆间、 排距 ） 、 锚杆安装角度 、 钻孔直径 、 孔深 、 锚 固方式 和锚 固长度 、 锚杆预 紧扭矩 、 锚 杆锚固力拉拔试验结果 。支护参数设计 的合 理性直接影响到锚杆支护 的效果 。 锚杆 的选择应根据 巷道 的服务时间和 承载的基本要 求确定 ， 在 采 煤工作 面施 工开切 眼时 ， 采煤 帮的支护 ， 在 煤层稳定 的情 况下 ， 可 以选 择强度较低 的锚杆 （ 例如竹制或玻璃钢锚杆） 。对 于服务 时间较 长的上 、 下顺槽 ， 就 不能选择强度较低 的锚杆 ， 否则 ， 在 围岩来压 时 ， 锚杆很容易 损坏失效 。对 于岩性较不稳定 ， 围岩压力较大 的地方 ， 要求锚 杆的强度 要更大些 ， 如果强度达不 到 ， 会导致锚杆 断裂失效 。 在 同等材 质情 况下 ， 锚杆的几何参数对支护效果影 响也非 常大 ， 当 巷道顶板 岩层的稳定程度 、 稳定岩层 的厚度 、 稳 定岩层 距巷顶的距离不 同时 ， 要求锚杆 的长度和直径也不 同。当顶板岩性 和完 整性较 差时 ， 要 求锚 杆的长度 和直径相应 地要大些 ， 当顶板岩 的稳 定性完整性都 很好 时， 锚杆 的长度 和直径 可以相应地缩小 。如果锚杆 的长度和直径 选择 不合理 ， 很 容易造 成锚杆 失效 。 锚杆 的力 学性质也直接影响到锚杆支护 的效果 。锚杆支护要求锚 杆有 足够 的强度 、 适 当的延 展性及大 的承载力 ， 锚 杆本身不能有 弱面 ， 使锚杆 整个杆体都均匀受力 。因为 ， 不 同的岩层 的胶结 度不同 ， 岩层 的 离层量也 不一样 ， 所以， 不 同的地质 条件 ， 要 求锚杆 的延展 率不一 样 。 如果 延展率过大 ， 锚杆克服不 了岩层 的离层 ， 只有在离层达到一定程度 的时候 ， 锚杆才能对岩层的继续离层起作用 ， 这 时， 岩层 的组合 梁（ 拱） 的
锚杆失效原因分析及其控制
锚杆失效原因分析及其控制【摘要】随着锚杆支护已被煤矿掘巷广泛应用，在发挥锚杆支护技术众多优点的同时，这种支护在实际过程中也存在着一些问题，如在选择支护理论方式的确定，锚杆材质、长度、间排距、地质条件、爆破方法，施工质量等锚杆失效几方面原因进行分析，得出合理确定锚杆参数，合理匹配锚固剂及杆体直径之间的尺寸，确定锚固力，是控制锚杆失效的几个途径。
【关键词】锚杆长度；锚杆间排距；锚固力；失效0.引言巷道支护是煤矿生产的基础，是生产、运输、通风、安全的根本保障，锚杆支护是经历了多次改革而得到科学认证的控制围岩有效的支护方式，并得到广泛应用和发展，但在锚杆支护的实际应用中，在发挥锚杆支护技术众多优点的同时，也存在需要解决的问题，以杏花煤矿东采区中部层施工的30#左四下巷采用螺纹钢树脂锚杆支护，在回采期间出现巷道变形严重，出现锚杆体被拉断，出现巷道顶板开裂，两帮片帮严重均是巷道失稳的结果，而产生巷道失稳的重要原因是失效锚杆的存在，其表现形式为杆体拉断，托盘失效，粘接破坏，锚杆失效，局部围岩破坏造成的锚空失效等。
下面结合煤层巷道支护状况分析失效锚杆产生的原因和降低锚杆失效的几点办法。
1.地质概况东采区可采煤层28#、30#，现开采深度-740米，其煤层顶底板岩性较稳定。
2.锚杆失效的原因及分析2.1锚杆失效的原因（1）锚杆支护参数设计不合理。
（2）地质条件因素的影响。
（3）巷道开掘方式（即爆破）的影响。
（4）支护材质。
（5）施工工艺中的人为因素的影响2.2分析原因2.2.1支护材质及长度、间、排距的确定锚杆支护的作用机现有悬吊作用，组全梁作用、加固拱作用和围岩补强、减少跨度作用，但在巷道帮支护机理为围岩补强。
依据岩石分类及支护形式对应关系，该巷道支护机现为锚杆悬吊理论。
以东采30#左四下巷为例，顶板支护依据悬吊理论计算锚杆各支护参数：该巷道宽3.8米，高3.0米，采用?28×350mm树脂药卷端锚，打眼机具为锚杆长度的确定，通常有两种方法，一是确定巷道顶板松动圈的高度，另一方法是当顶板一定范围内坚固稳定岩层的位置易于确定，有效长度大于或等于被悬吊岩层的厚度。
锚杆支护失效的分析与研究
效 。对钢材 的质量也有严格的要求 ， 例如 ： 含碳 量过 高 的钢材性脆 、 度低 、 强 韧性 差 ， 能用于加 工锚 杆 及其 不 螺母 、 托板 等配 件。在加工锚杆之前 对钢材 的材质 、 规 杆 劣质达不到支护强度而支护失效 。 （） ２ 表土 、 沙层 、 砾岩、 流 角 充填物 、 软煤层 、 软泥 岩 和断层 面、 破碎 带这 些特殊 围岩及地段结构 不稳定 ， 极 容易发生范 围大、 冒高超过锚杆长度 的 冒落 空间 ， 这些 特殊构 造的围岩硬度低 、 强度低 、 层理不发育 、 破碎 、 机 械强度低 ， 从而 导致 锚 固范 围的 围岩容易 冒落。在这 些特殊 围岩中 ， 锚杆 的悬 吊作 用、 组合作 用 、 减垮 作用 都会减弱或失 去 ， 如果 这些软弱 围岩发生高 冒 ， 冒落高
｝收 稿 日期 ：００一 ９—１ ２１ ｏ ９
效 。更严重 时锚 固体依 附生 根 的围岩也 下 移或 冒落 ， 造成锚 杆整体 随破碎 掉落而失去支护作用 。 （） ７ 泥岩 遇 水容 易 发 生 膨胀 造 成底 鼓 帮鼓 等 现 象， 当膨胀岩层厚度大 时 ， 出现锚杆 整体都安 装在膨 会 胀 岩层 中 ， 随着 岩层膨 胀鼓 出将锚 杆整 体往 外移 出 而 形成锚 杆支护失效。 （ ） 杆 支 护 的角 度 有 普 通 角 度 和 特殊 角 度 两 ８锚 种 。普 通角度 就是平 常要求 垂直 井巷 轮廓 线 的角度 ， 特殊角 度为井巷 围岩 为特殊构造形 态时采取 特殊安装 锚杆 的角度。例如 ， 层倾角 ７ 岩 ０～９ 。 ０ 的条 件下 ， 井巷 拱部 的岩层处 于接 近竖直悬 空状 态 ， 将锚 杆 垂直井 巷 轮廓线安设 ， 锚杆整体处于某一单个 岩层 中 ， 多层岩 对 层不具 串联效果 而失 去锚杆基本功 能之一 的组合 作用
锚索支护存在问题及改进措施
锚索支护存在问题及改进措施锚索支护作为一种常见的地下工程支护方式，在挖掘大型隧道、地铁等工程中得到广泛应用。
虽然锚索支护具有施工方便、适应性强等优点，但同时也存在一些问题，例如：1.锚索杆贯入不足锚索杆的贯入深度是保证锚杆支护稳定性的重要因素之一。
但有时由于破碎带、软弱夹带等地质因素，可能导致锚索杆贯入深度不够，从而影响了支护稳定性。
改进措施1.引入地质雷达等探测技术及先进的空间位移监测系统，深入研究地质环境，提前评估问题地段的情况，增加钻孔密度，减少不必要的主观判断，以免出现锚杆钻孔贯入深度不足的情况。
2.对于在施工过程中发现的环境变化，需要及时响应和调整，根据地质条件调整锚杆的间距和埋置深度，并在管理上加强对该地段的监控。
2.锚索杆施工质量不高锚索杆的施工质量直接关系到支护稳定性以及杆锚的承载能力。
而在实际施工中，存在锚索杆深度不到位、灌浆不充实、钢筋连接不够牢固等情况。
改进措施1.提高施工质量检查的严格程度。
增加不同层次的检查人员及丝杠位移传感器等技术手段的应用，确保对施工实际情况的真实反映，及时发现并纠正施工中的问题。
2.建议开展专门的培训班，加强对铁路、公路等领域锚索支护的施工质量要求、施工工艺等知识的普及和培训，提高施工人员的水平和素质，避免施工人员沉迷于半机械锚索施工方式，而缺乏对技术要求及精度的充分认识。
3.锚杆受力断裂由于施工过程中存在钢筋接头连接不够牢固、混凝土浇灌质量不佳等问题，或者是由于锚索支护产生的一定的相对位移，不当的设计以及选材等原因，可能导致锚杆受力部位出现断裂现象。
改进措施1.在锚杆的采用方面，多考虑高强度锚杆、双金属锚杆等高强度、高耐久锚杆的应用，以及合适的预应力水平，保证锚杆具有足够的强度和韧性。
2.在施工过程中严格控制各环节，做到招投标的实名制，明确工程质量验收及其标准，确保在施工质量监管方面达到相对完善的管理措施，并完善相对应的质量考评和激励机制，促进锚索支护的工作质量水平的提升。
锚杆、锚索支护存在的问题
本矿从2000年开始大力推广锚杆、锚索支护,锚杆、锚索支护便作为主要支护方式被推广应用：岩巷、半煤岩巷以锚网喷支护为主，煤巷以锚网带（梁）支护为主，特殊地点（如顶板破碎、交叉点等跨度较大断面）加打锚索，架棚仅作为一种补强手段。
锚杆、锚索支护效果好、成本低的优点得到较好体现，对新峪煤矿高产高效建设产生了巨大影响和作用。
然而，从目前看，所揭露的巷道围岩赋存条件复杂，具有不确定性，地质预报手段落后，不能完全满足锚杆、锚索支护设计的需要，加上施工过程中控制及锚杆、锚索支护的隐蔽性，锚杆、锚索支护的安全质量必须有足够的保证。
一、影响锚杆、锚索支护的质量的主要因素：1、锚杆、锚索支护设计不够科学。
锚杆、锚索支护设计时绝大多数采用工程类比法，支护形式和参数不尽合理，有可能支护强度太高，造成支护强度过剩，浪费了材料；再者在松、散、软等特殊地质条件下支护强度可能不足，出现片帮、冒顶事故。
2、锚杆、锚索支护材料的质量不能完全达到要求。
如钢材质量、加工的螺纹质量、树脂药卷质量均直接影响支护质量。
3、锚杆、锚索支护监测仪器与技术不能满足现场施工需要。
常用仪器的精确度、实用性不尽完善，不能完全真实反映锚杆、锚索支护效果。
4、现有技术条件下，施工因素是直接影响锚杆、锚索支护质量的关键环节。
施工人员对锚杆、锚索支护理论的系统认识不够，对锚杆安装质量不到位，不能完全按设计施工。
施工中常见的巷道成型差，锚杆托板不切岩面，造成锚杆失效；安装过程采用的机具、工艺不同，导致临近锚杆安装后预紧力不同，支护阻力增长不同均影响了支护效果。
5、由于高强预应力锚索和全螺纹锚杆的延伸率的不同，致使迎头在施工完锚杆后，补强锚索支护，造成局部锚杆被压出，托盘松动，预紧力丧失，作为锚杆、锚索支护的效果较差。
而锚索成为主要支护，造成锚索的破坏。
6、现场顶板锚索施工过程中，顶板多为倾斜方向，不平整，水平度较差，而锚索的安装方向多为铅直方向，造成锚索托梁安装方向与锚索的安装方向不一致，致使分解了锚索的承载力，并受剪切而破坏。
锚杆失效原因分析及其控制
锚杆失效原因分析及其控制摘要：建筑工程中，为了保证建筑物的稳定性，通常采用锚杆进行支护。
利用锚固段注浆体与岩土体之间的有效摩阻力实现一定的承载力，锚杆在各种地质条件及基础形式上运用广泛。
关键词：锚杆；锚杆失效；控制措施引言锚杆支护是一种先进的支护方式，目前在工程中大量推广使用，但锚杆支护在受现场地质条件、水文条件、设计、施工以及现场使用、管理不到位等因素影响下，都会造成锚杆支护失效。
这就需要在施工过程中对支护方式作出针对施工现场实际情况的调整和加强管理，以防止支护失效。
发挥锚杆支护先进性的同时需要解决其不足之处，在此与大家对锚杆支护作共同探讨，以找出其不足之处，探讨改进办法，不断创新和改进锚杆支护方式为目的。
一、锚杆失效的机理及分析1、锚杆质地因素锚杆质地的好坏直接影响到支护质量的优劣。
锚杆包括很多组成部分，其中锚杆杆体、锚固段、托板、螺母等是比较重要的几项，它们的规格、性能、强度与整个结构的协调匹配至关重要。
锚杆质地引起锚杆失效的情况主要有以下几种：（1）杆体断裂失锚。
锚杆杆体强度不够，不能承受围岩应力而断裂；采用车丝法加工丝扣时，破坏了杆体的结构，导致丝扣段产生应力集中而断裂。
（2）锚固段粘结失效失锚。
锚固段粘结失效主要是因为现场注浆操作时搅拌不充分或工序不当，造成粘结力下降；钻孔深度、直径与锚固段直径不匹配，杆体凝结面积小；钻孔内岩尘、水等杂质未清理干净，使锚固段粘结性能降低；注浆体质量差，粘结性能低。
（3）托板（托盘）失效失锚。
常见的锚杆托板（托盘）的失效有3种情况：托板（托盘）质地较差，碎裂失效；托板（托盘）尺寸、厚度达不到设计要求，强度降低变形失效；托板（托盘）与杆体脱离失锚。
（4）螺母失效失锚。
锚杆螺母失效主要表现为：螺母扭力太小、扭矩不够，托板不能紧贴岩面失锚。
2、施工质量因素的影响锚杆支护的施工工艺比较繁琐，人为因素很多，如钻孔、锚固段、锚杆直径得合理搭配，锚杆孔内粉末的处理程度，树脂药卷的搅拌时间，锚杆孔的设计角度，锚杆预应力的大小及初锚力的大小等。
锚杆支护失效原因分析及防范措施
２ 事故 原 因分析
（ ）６ ２ 顺 槽 垮 顶 处 有 一 个 断 层 ， 杆 支 护 设 计 在 地 １ １３ ７下 锚 质条件发生变化 时 ， 有及时变更 ， 段 施工仍采用 常规锚杆 没 此 支护参数进行 ， 锚杆强度偏小 ， 此段顶 板破碎 ， 压力大 ， 锚索 易
面， 均与科研 院校合作 ， 行锚杆 支护设计 ， 它工作 面采用 进 其 工程类 比方法进行 。锚 杆支护设计 以经验 为主， 而井下围岩 条
件 复 杂 多 变 、 杆 施 工 质 量 存 在 隐 蔽 眭 ， 得 锚 杆 支 护 参 数 不 锚 使
顶板整体 冒落事故 ， 垮落长度 ８ 宽度 ５０ ｍ， ． ｍ。 三起事故特点 均是 顶板整体 冒落 ，冒落宽度 基本上是 巷 道全 宽 ， 冒落长度从 几米 到几 十米 ， 落高度 达 ５—６ 冒落 垮 ｍ，
后、 清理时发生顶板整体 冒落事故 ， 落长度 ２ ｍ， 垮 ５ 宽度 ６ 垮 ｍ， 落地点距上顺槽 ２ ｍ。巷道基本垮实 ， ０ 只在煤壁漏风。
（ ）０ ９年 ２月 ８ 日，８ ２ ３２０ １ １ ７工 作 面 综 采 设 备 已安 装 好 ， 正在 做投产前 准备 工作 ， 下顺 槽 开门位 向里 ４ ｍ， 生一 起 ０ 发
潘二煤矿位于淮南 煤 田的中偏 北部 ， 田走 向 １ ．ｋ 倾 井 ０１ｍ，
斜宽 度 １ ４～３ ｋ ， 田面 积 １． １ｋ ． ０ ．ｉ井 ４ｎ ９７ ９ ｉ 。 ４ ｎ
靠几根 锚索悬 吊 ， 控制顶板 离层能力 差 ， 顶板渐 渐离层 ， 终 最 导致顶板整体 冒落。
矿井 １ ８ ９ ９年投产 ，投产到 ２０ 年 回采 巷道支护形式 以 ０１ 架棚 为主，０ ２年开始 ， 回采 巷道推广应用高预应力锚 网支 ２０ 在 护， 随着锚杆支 护技 术逐渐成 熟 ， Ｂ 、 ７ Ｂ 、 ５ Ｂ 在 ８ Ｂ 、 ６ Ｂ 、 ４等煤 层 得 到推广 ， 锚杆 支护率逐年 提高 ， 矿井 支护成 本大 大降低 ， 获 得 了很好 的经济效益 。但我矿采用锚杆支护后 ， 发生三次锚 杆 支护 失效 、 造成顶 板整体 冒落事故 ， 没有造成 人员 伤亡 ， 虽 仍 威胁矿井安全生产 。
浅析锚杆支护的破坏规律
发， 提出了减少 和规避破坏 的必要措施 ， 确保锚杆支护 的安全生产。
关键 词 ： 杆 ； 护 ； 坏 规律 锚 支 破
中图分类号 ：Ｄ ５ ． Ｔ ３３ ６
文献标识码 ： Ｂ
文章编号 ：０５ ２９ （０７ ０ — ０ ９ ０ １０ — ７ ８ ２ ０ ）５ ０ ３ — ２
１ 概
述
应 不低 于 杆 体 屈 服 载 荷 ” 。因此 ， 锚 杆受 到 的 载 在 荷超过 锚杆 的屈服 载 荷 时 ， 锚杆 才 刚 刚充 分 发 挥其 作 用 ， 尾部 螺纹 的 断裂 使 锚杆 完 全 丧 失支 护 加 固 但
图 １ 锚杆杆尾螺纹脆性断裂
杆体破 坏 、 盘破 坏 、 固材 料破 坏 、 托 锚 金属 网破 坏 和
钢带 （ 托梁 ） 坏等几 种形式 ， 述如下 。 破 分
３ 锚 杆 锚 固端 的破 坏 。在 煤 矿 巷道 锚 杆支 ）
护 中也 经 常遇到 锚杆整 体被拉 出 的现象 。造成这种 现象 的主要 原 因有 ： 锚 固剂 质 量 问题 。 由于 锚 固 ①
除 了受 较大 的拉伸作 用外 ， 还要 受较强 的剪 切作用 ， 致 使锚 杆还没 有充 分发挥 其支 护作用就 发 生 了剪切 破 坏而 断裂 ， 具体 表现为 锚杆 的端 口无 明显 的径缩 ，
见 图 １ 。
世界各国矿井巷道支护的一种主要形式 ， 代表了煤 矿巷道 支护 的主要方 向。 但 由于某 些原 因 ， 国煤 矿 巷 道锚 杆 支 护 在理 我 论 和设计 上仍 然存 在一 些 问题 ， 部分 基 层 生 产单 大 位 处在 经验支 护状 态 中 ， 设计 、 用 、 工 存 在一 定 使 施 随意性 。 由于 对 锚 杆 支 护 材 料 的破 坏 规 律 缺 乏 了
锚杆失效机理及其控制研究
的冲击 ， 部锚杆 出现 “ 墩” 局 塔 现象或 出现锚杆 失效 ， 最终 导致 锚杆失效 。因此层 、 节理发育不能实现光爆及煤层风化脱落是 锚杆失效 的原 因之一。
（ ） 四 施工质量因素的影响 锚 杆支护 的施工工艺 比较 繁琐 ， 为因素很 多 ， 人 如钻孔 直
径 、 固剂直径 、 锚 锚杆直径得合理搭配 ， 帮锚杆孑 内粉末的处理 Ｌ
文章编号 ：０ ９ ２ ７ （０ ０ ０ － １ １０ １０ — ３ ４ ２ １ ）１０ ７ － ２
锚杆 密度 （ 杆问 、 铺 排距 ）锚杆安装 角度 、 直径 、 、 钻孔 孔 锚杆支护是一 种兼有支架和 加固 围岩 （ 煤壁 ） 作用 的控制 学参数 、 铺 铺杆预紧力矩或预 紧力 、 锚杆锚 固力 技术 ， 它技术含量高 、 施工成本低 、 支护效果好 、 操作方便快捷 ， 深 、 固方式和铺 固长度 、
顶板淋水增 大 、 应力集 巾等情 况 ， 板多数较 为破碎 ， 顶 致 锚杆材 质选 择不 当、 杆支护设计参 数 的不合 理 、 质条件 的 刷带 、 锚 地
ｌ Ｉ 当顶板 不断变化 、施工质量不能 满足设计 要求 等直接导致锚杆失效 ， 使锚杆在岩体 『的锚同距离 内不能形成有效 的锚 固力。 受压后 ， 巷锚杆失效造成顶板离层 ， 煤 导致顶板事故。 若岩（ ） 煤 造成顶板破坏 ， 甚至引发事故。
２ １年 第 ｌ ００ 期 （ 第 １６ ） 总 ３期
巾 国 高新 技 术企 业
Ｃｈ ｎ － ｅ ｈ Ｅｎ ｅ ｏ ｉ ｉ ａＨｉ Ｔ ｃ ｔｒ ｒｓ
Ｎｏ．． ０ １２０１
（ ｕ ｌ ｉｅ ＮＯ． ６ Ｃ ｍｕ ｔ ｔ ａｖ ｙ １ ） ３
锚杆失效机理及其控制研究
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浅谈锚杆支护理论和支护失效原因
王宜廷，梁瑶，孟凡成
（山东省滕州曹庄煤炭有限责任公司，山东滕州277521）
摘要锚杆主要是通过置入围岩内部发挥其支护作用。
随着巷道围岩状态不同，锚杆支护也具有不同的作用基理。
此篇文章介绍了锚杆支护基理，并对锚杆锚固失效因素进行了分析。
关键词锚杆支护理论
中图分类号TD353文献标识码B
On the theory and Bolt Failure Support
Wang Yi－ting，Liang Yao，Meng Fan－cheng
（Chevalier，Shandong Coal Co．，Ltd．，Shandong Tengzhou277521）
Abstract Bolt into the surrounding rock mainly through play its supporting role．With the different state roadway，bolting the base also has a different role management．This article introduces the basic rationale bolting，anchoring and failure factors are analyzed．
Key words Bolting theory
多年来国内外的实践经验证明，锚杆支护是煤矿经济、有效的支护技术，但是这种支护在实际过程中也面临着一些问题，如：不清楚是悬吊作用、组合梁、组合拱还是压缩拱作用，锚杆长度和锚固长度不够，导致锚杆失效。
锚杆承载过程中预应力损失导致锚杆失效。
1锚杆支护的理论
锚杆主要是通过置入围岩内部发挥其支护作用，随着巷道围岩状态不同，锚杆支护也具有不同的作用基理。
传统的锚杆支护理论有：悬吊理论、组合梁理论、组合拱（压缩拱）理论，近期又发展了最大水平应力理论。
（1）悬吊理论认为：锚杆支护的作用就是将巷道顶板较软弱岩层悬吊在上部稳定的岩层上，以增强较软弱岩层的稳定性，由于锚杆的抗拉作用，锚杆穿过破碎岩石，深入稳定层中，对不稳定岩层起悬吊作用。
（2）组合梁理论认为：顶板锚杆的作用，一方面体现在锚杆的锚固力增强了各岩层的接触压力，避免各岩层出现离层现象；另一方面增强了岩层间的抗剪刚度，阻止各岩层间的水平错动，进而将作用范围内的几个岩层固成一个较厚的组合梁。
（3）组合拱理论认为，锚杆在围岩中形成一个均匀的压缩带，它不仅能保持自身的稳定，而且能承受地压，阻止危岩的松动和变形，这就是组合（挤压）拱。
（4）最大水平应力理论认为：矿井岩层的水平应力通常大于垂直应力，水平应力具有明显的方向性，巷
*收稿日期：2011－05－11
作者简介：王宜廷，男，天原矿业管理公司安全生产技术部部长，国家注册安全工程师道顶、底板的稳定性主要受水平应力的影响。
2锚杆失效因素分析
（1）悬吊理论直观揭露了锚杆的悬吊作用，在分析过程中不考虑围岩的自承能力，而是将被锚固体与原岩体分开，只考虑了被动抗拉作用，与实际情况存在一定差距。
（2）组合梁理论很好的解释了层状岩体的支护作用，但在分析中，将锚杆的自稳作用分开，与实际情况有一定差距。
并且随围岩条件的变化，在顶板破碎、连续性受到破坏时，组合梁也就不存在了。
（3）组合拱理论在一定程度上揭露了锚杆支护原理，但在分析过程中没有深入考虑围岩———支护的相互作用，只是将各支护结构的最大支护力简单相加，从而得到复合支护结构总的最大支护力，缺乏对加固岩体本身力学行为的进一步分析探讨，一般只能作为锚杆设计和施工的重要参考。
（4）由于最大水平应力基本沿层理方向，岩层容易出现水平错动和离层，以及沿轴向的岩层膨胀，于是锚杆起到约束离层和阻止岩层膨胀的作用，因此锚杆的选材必须具备高强度、高刚度、高抗剪切能力。
（5）锚杆支护参数设计不合理。
锚杆支护参数设计包括：锚杆种类选择、锚杆几何参数、锚杆力学参数、锚杆密度（锚杆间、排距）、锚杆安装角度，钻孔直径、孔深、锚固方式和锚固长度、锚杆预紧扭矩等。
①锚杆长度根据普通的梁的理论，梁越厚，单层的梁越牢固。
那么，通过层与层之间完美粘接的，具有界面的，由多层组成复合梁的结论也是如此。
②在锚杆的支护密度方面，岩层稳定程度、完整程
度不同，支护密度也应该有所区别。
因为，锚杆在施工时，锚杆的锚固力还是有差别的，形成锚杆单个作用，在不同锚固力的锚杆的作用下，会使顶板受到剪切而损坏，不能形成完整的支护体。
在同等岩性的条件下，每根锚杆的支护半径不同，这就要求有合适的支护密度。
如果锚杆密度过大，不但不会加强锚杆的支护效果，还会对顶板造成破坏。
锚杆密度过小，则达不到应有的支护效果。
③锚杆间排距确定的原则主要包括：巷道断面维持原设计不变，保证正常通风、运输；控制支护成本，在现有支护材料不变的前提下仅改变支护参数，确保支护稳定的基础上降低支护成本，提高经济效益；保持现施工方法不变，适当增加间排距，提高单进水平和工效；支护设计必须保证理论成熟、安全可靠、结构合理；先进行方案、设计可行性研究，经研究同意后方可进行试验，分段进行；建立可靠的锚杆监测监控系统，观测锚杆支护体系的稳定性，以便及时修改锚杆支护系统。
④锚杆直径的选择要做到“三径匹配”，即锚杆直径、钻孔直径、钻头直径三者匹配。
三径不匹配，锚杆的锚固长度、锚杆和围岩的结合程度就会偏离设计值，降低锚杆的承载力，当围岩来压时，锚杆易造成失效。
由此看出，锚杆支护设计不合理，很难保证锚杆的支护效果，同时，煤矿井下的地质条件是随时变化的，所以，在施工过程中要根据实际情况，及时地修定锚杆支护设计参数。
3锚杆支护预应力导致锚杆失效的因素
（1）锚杆预应力小，预应力扩散效果差，支护刚度低，致使锚杆主动支护作用不能充分发挥，不能有效控制围岩离层与破坏，锚杆螺纹加工精度低。
（2）不同程度地出现锚杆被拉断、剪断和弯曲断裂的现象，表明锚杆强度偏低锚杆受力状态不佳；
（3）锚杆虽然实现了加长与全长锚固，不能实现全长预应力锚固，影响锚杆支护；
（4）组合构件强度、刚度不足而发现被拉断、剪断、压穿等现象。
4锚固失效因素分析
锚固剂又称作胶泥，由不饱和高分子聚脂树脂、固化剂、填充材料等配比组成，可分为油基锚固剂和水基锚固剂2种。
有很多因素导致锚固失效，本文只对油基树脂锚固剂和预应力锚杆在使用过程中造成锚固失效因素做分析。
锚固剂通常包装成圆柱状，内用聚脂薄膜分隔为两部分，只有充分搅拌后才能迅速固化，生成锚固力。
4．1油基树脂锚固剂失效因素
（1）搅拌时间控制。
树脂锚固剂充分搅拌均匀后产生化学反应，并逐渐固化，体积有微量收缩，伴随有放热现象。
当开始固化瞬间，锚固剂不能受外力搅拌，否则会彻底破坏锚固剂的力学性能，形成碎砾状固化颗粒，没有粘结力，造成锚固失效。
（2）水对锚固剂的影响。
树脂锚固剂是一种不溶于水的化学物质，当锚固剂中混入水后，在固化过程中，水因重力作用从胶泥中渗出，固化体中形成很多大小不等的细小气孔，这种气孔减少了锚固剂抗拉强度、抗弯强度、弹性模量和粘结力，长时间经水浸泡，锚固剂逐步老化，造成失效。
因此井下巷道遇含水破碎带时不宜采用树脂锚杆支护。
4．2预应力锚杆的锚固失效因素
预应力锚杆由杆体、托盘、螺纹圈组成，预应力锚杆用于巷道支护，除具有一般锚杆悬吊、加拱、围岩加固作用，主要作用是通过锚杆给围岩增加预应力。
（1）油脂对锚固剂影响：树脂锚固剂不溶于油脂，锚杆杆体表面由于制造过程中被油脂污染，降低锚固剂的粘结强度，造成锚固失效。
因此，应该严格控制杆体中油脂含量。
（2）合理的安排锚杆间距、排距、材质、直径对锚杆支护效果起着决定性作用。
（3）钻孔直径的影响：钻孔大，搅拌锚固剂时从钻孔中流出，造成锚固剂固化疏松，减少粘结强度，减小锚固力。
钻孔小，锚杆对锚固剂搅拌困难，难以推进药卷至钻孔底，甚至途中固化。
（4）“手套效应”：锚固剂直径大于杆体直径，杆体插入药卷中，没能搅破外包膜而固化，药膜将孔壁与固化剂完全分开造成失效。
（5）安装后应从杆体尾部螺纹施加不小于100N？m的预应力，保证顶板有足够承载能力，随着地质变化，螺母松弛，造成预应力损失，导致失效。
因此应定期紧固螺母保持设计预应力。
5结论
由于锚杆支护受多种因素影响，为达到锚杆对周围岩体的有效支护目的，设计时不仅要考虑地质构造，还要考虑外在因素影响。
锚固设计中基本采用经验、半经验方法，锚杆与围岩体等的相互作用理论等，各种锚杆的应力传递规律，锚杆与其他构件的相互作用等方面依然存在大量的不确定性。
应参照实际成功的经验，综合评价，进一步夯实基础，以使锚杆锚固支护达到完美，实现安全终极目标。