煤矿巷道锚杆支护现状及存在的问题
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煤矿巷道锚杆支护现状及存在 的问题
一、煤矿锚杆支护技术现状
锚杆支护的本质作用与关键参数
围岩变形形式：不连续、 不协调变形；连续、整 体变形。锚杆主要对前 者起作用
锚杆预应力及扩散起关键作用： 大幅提高预应力，并实现有效 扩散，可抑制围岩不连续、不 协调变形
不连续、不协调变形
连续变形
一、煤矿锚杆支护技术现状
锚杆杆体破断部位
有4个部位易破断：2个在锚 杆尾部；2个在中部。
螺纹段与球垫接触部位。 杆尾与钻孔口接触部位。 锚固与非锚固的交界面。 杆体与结构面相交部位。
1
4
2
3
树脂锚固剂
金属网
钢带
托板 螺纹钢锚杆
减摩垫片 扭矩螺母
锚杆支护构件
二、锚杆支护存在的问题 杆尾螺纹破断
大部分从球形垫圈与托 板之间弯曲破断。
尾部螺纹断口形态
尾部螺纹断口宏观形貌
尾部螺纹断口A区低倍放大形貌
二、锚杆支护存在的问题
杆体破断原因––材料与加工
杆体材料缺陷。中心偏析，降 低杆体塑性，滚制螺纹易产生 裂纹；非金属夹杂物多，尤其 硅酸盐含量高，晶粒也较大， 严重降低材料机械性能，特别 是冲击韧性；一些钢材强度和 延伸率满足要求，但冲击韧性 —冲击吸收功低，易脆断。
托板破坏导致锚杆整体支护强度大 大降低甚至丧失。
二、锚杆支护存在的问题
托板受力
托板受力分布
100×100mm 150× 150mm 200× 200mm
不同尺寸托板扩散预应力效果
二、锚杆支护存在的问题
f
' 1
f
' 2
f2
N '2
大侧向力，引起螺纹受极大弯曲
N1'
θ N1 N2
f1
应力是尾部断裂主要原因。
Ft
F
中部断裂主要出现在锚固分界面，
受力状态复杂，弯、剪应力大。
二、锚杆支护存在的问题
锚杆杆体破断的原因––应力腐蚀：潮湿空气中的O与煤中 的 S引起应力腐蚀，且应力腐蚀极易在裂纹表面产生。
锚杆钢的金相照片
二、锚杆支护存在的问题
杆尾螺纹加工 粗糙、存在缺 陷，质量差
螺纹段外观
齿牙表面剥离
牙底裂纹与腐蚀
二、锚杆支护存在的问题
五、存在的问题
托板
托板破裂。原材料强度不够，托板 形状和几何尺寸不合理。
托板变形过大。托板承载力与锚杆 不匹配。托板材质和尺寸不合理。
托板和调心垫配合差，托板承受偏 载和集中载荷破坏，调心垫破裂。
对于围岩
巷道变形大，断面不能 满足生产要求；
发生冒顶、片帮，出现 安全事故。
对于支护体
巷道大变形
支护体受力很小，随围岩一起位移； 支护体破坏、失效。
二、锚杆支护存在的问题
巷道支护效果差的原因 对围岩地质条件及变化认识不清； 支护设计不合理； 支护材料质量不合格； 施工质量不满足设计要求； 矿压监测不及时，不能及早发现问题。
F=80kN，T=160N.m
二、锚杆支护存在的问题
螺纹受力–拉扭弯组合
1°
5°
10°
拉力=80kN、扭矩=160N.m
二、锚杆支护存在的问题
螺纹受力–拉扭弯剪组合
同 向
异 向
二、锚杆支护存在的问题
锚杆杆体破断的原因
托板与调心球垫尺寸不合理、加
工粗糙、配合性差，球垫不起调
心作用。球垫卡住螺纹，施加很
二、锚杆支护存在的问题 杆体破断
大部分从锚固与未锚段的分界面破断
二、锚杆支护存在的问题
锚杆杆体破断的原因
井下锚杆与巷道表面不垂直， 不是理想拉伸。杆体受拉、弯 、剪与扭复合应力。杆体承受 过高弯矩及弯曲应力易破断。
受拉、弯、扭、剪切
i 4dPt232dM 3 2768M dt32
二、锚杆支护存在的问题
事故起数366起，死亡人数459人，占47%、33.2%。
掘进工作面与巷道是顶板事故多发地点。
二、锚杆支护存在的问题
2、顶板冒落原因与分类
地质原因 煤岩体岩性 煤岩体结构 应力主导型 支护原因 支护设计不合理 支护材料不合格 施工质量不合格
顶板垮落
二、锚杆支护存在的问题
巷道支护效果差Baidu Nhomakorabea导致：
形成基于地质力学测试、以锚固与注浆加固为核心的煤
矿巷道支护成套技术。
巷道围岩地质力学 测试方法与仪器 1
基于地质力学测试 的动态信息设计法
2
高预力强力锚 杆支护系列材
料与构件
高预应力强力锚杆 高预应3 力支施护工系列材料与构件
机具与工
巷道矿压与 安全监测仪器 6
4
破碎煤岩体 系列注浆材料
5
高预应力施工 机具与工艺
二、锚杆支护存在的问题
3、锚杆支护构件 锚杆杆体
杆体破断。原材料力学性能不满足设计要求，屈服、拉 断强度低，冲击吸收功小，延伸率低。
杆尾螺纹破断。螺纹精度、强度、尺寸不满足要求，受 力状况差。
螺纹、螺母拉脱。螺纹、螺母强度、尺寸不合要求。 杆体剪断。杆体抗剪能力不够。
二、锚杆支护存在的问题
一些矿区达到90%，很多矿区达到70%； 破碎煤岩体注浆加固； 实现高产高效必不可少的关键技术。 但是，随着开采深度增加，地质条件的复杂化，采
动影响加剧，锚杆支护出现了一些问题。
二、锚杆支护存在的问题 1、煤矿顶板事故
近几年来，顶板事故成为煤矿第一大事故； 2012年煤矿死亡事故起数779起，死亡人数1384人，顶板
若锚杆仅受拉伸，屈服与拉断载荷294.5 kN、392.7 kN
二、锚杆支护存在的问题
杆体受力状态分析–数值模拟
杆体拉剪组合等效应力
杆体拉弯剪组合等效应力
二、锚杆支护存在的问题
杆体受力状态分析–数值模拟
杆体拉弯扭组合等效应力
杆体拉弯剪扭组合等效应力
二、锚杆支护存在的问题
螺纹受力–拉扭组合
锚杆破断的受力原因––尾部受力复杂
y
B
o
o2 o1
x1
Δx
x2
α x
tan bW W
yFKb S' y
锚杆尾部屈服与破断载荷
α/°
5
10
15
20
Fs/kN Fb/kN
160.9 214.5
109.9 146.6
82.9 110.5
65.9 87.9
25 54.1 72.1
30 45.3 60.4
一、煤矿锚杆支护技术现状
高强度锚杆
高强度、高延伸率、高冲击韧性锚杆。
强力锚杆杆体
一、煤矿锚杆支护技术现状
小孔径树脂锚固锚索
1×19结构，断面更加合理 拉断载荷显著提高，最大900kN 延伸率提高1倍
1×19结构锚索及断面
一、煤矿锚杆支护技术现状
应用情况
高强度锚杆支护技术得到推广应用，小孔径锚索支 护加固技术大面积应用；
一、煤矿锚杆支护技术现状
锚杆支护的本质作用与关键参数
围岩变形形式：不连续、 不协调变形；连续、整 体变形。锚杆主要对前 者起作用
锚杆预应力及扩散起关键作用： 大幅提高预应力，并实现有效 扩散，可抑制围岩不连续、不 协调变形
不连续、不协调变形
连续变形
一、煤矿锚杆支护技术现状
锚杆杆体破断部位
有4个部位易破断：2个在锚 杆尾部；2个在中部。
螺纹段与球垫接触部位。 杆尾与钻孔口接触部位。 锚固与非锚固的交界面。 杆体与结构面相交部位。
1
4
2
3
树脂锚固剂
金属网
钢带
托板 螺纹钢锚杆
减摩垫片 扭矩螺母
锚杆支护构件
二、锚杆支护存在的问题 杆尾螺纹破断
大部分从球形垫圈与托 板之间弯曲破断。
尾部螺纹断口形态
尾部螺纹断口宏观形貌
尾部螺纹断口A区低倍放大形貌
二、锚杆支护存在的问题
杆体破断原因––材料与加工
杆体材料缺陷。中心偏析，降 低杆体塑性，滚制螺纹易产生 裂纹；非金属夹杂物多，尤其 硅酸盐含量高，晶粒也较大， 严重降低材料机械性能，特别 是冲击韧性；一些钢材强度和 延伸率满足要求，但冲击韧性 —冲击吸收功低，易脆断。
托板破坏导致锚杆整体支护强度大 大降低甚至丧失。
二、锚杆支护存在的问题
托板受力
托板受力分布
100×100mm 150× 150mm 200× 200mm
不同尺寸托板扩散预应力效果
二、锚杆支护存在的问题
f
' 1
f
' 2
f2
N '2
大侧向力，引起螺纹受极大弯曲
N1'
θ N1 N2
f1
应力是尾部断裂主要原因。
Ft
F
中部断裂主要出现在锚固分界面，
受力状态复杂，弯、剪应力大。
二、锚杆支护存在的问题
锚杆杆体破断的原因––应力腐蚀：潮湿空气中的O与煤中 的 S引起应力腐蚀，且应力腐蚀极易在裂纹表面产生。
锚杆钢的金相照片
二、锚杆支护存在的问题
杆尾螺纹加工 粗糙、存在缺 陷，质量差
螺纹段外观
齿牙表面剥离
牙底裂纹与腐蚀
二、锚杆支护存在的问题
五、存在的问题
托板
托板破裂。原材料强度不够，托板 形状和几何尺寸不合理。
托板变形过大。托板承载力与锚杆 不匹配。托板材质和尺寸不合理。
托板和调心垫配合差，托板承受偏 载和集中载荷破坏，调心垫破裂。
对于围岩
巷道变形大，断面不能 满足生产要求；
发生冒顶、片帮，出现 安全事故。
对于支护体
巷道大变形
支护体受力很小，随围岩一起位移； 支护体破坏、失效。
二、锚杆支护存在的问题
巷道支护效果差的原因 对围岩地质条件及变化认识不清； 支护设计不合理； 支护材料质量不合格； 施工质量不满足设计要求； 矿压监测不及时，不能及早发现问题。
F=80kN，T=160N.m
二、锚杆支护存在的问题
螺纹受力–拉扭弯组合
1°
5°
10°
拉力=80kN、扭矩=160N.m
二、锚杆支护存在的问题
螺纹受力–拉扭弯剪组合
同 向
异 向
二、锚杆支护存在的问题
锚杆杆体破断的原因
托板与调心球垫尺寸不合理、加
工粗糙、配合性差，球垫不起调
心作用。球垫卡住螺纹，施加很
二、锚杆支护存在的问题 杆体破断
大部分从锚固与未锚段的分界面破断
二、锚杆支护存在的问题
锚杆杆体破断的原因
井下锚杆与巷道表面不垂直， 不是理想拉伸。杆体受拉、弯 、剪与扭复合应力。杆体承受 过高弯矩及弯曲应力易破断。
受拉、弯、扭、剪切
i 4dPt232dM 3 2768M dt32
二、锚杆支护存在的问题
事故起数366起，死亡人数459人，占47%、33.2%。
掘进工作面与巷道是顶板事故多发地点。
二、锚杆支护存在的问题
2、顶板冒落原因与分类
地质原因 煤岩体岩性 煤岩体结构 应力主导型 支护原因 支护设计不合理 支护材料不合格 施工质量不合格
顶板垮落
二、锚杆支护存在的问题
巷道支护效果差Baidu Nhomakorabea导致：
形成基于地质力学测试、以锚固与注浆加固为核心的煤
矿巷道支护成套技术。
巷道围岩地质力学 测试方法与仪器 1
基于地质力学测试 的动态信息设计法
2
高预力强力锚 杆支护系列材
料与构件
高预应力强力锚杆 高预应3 力支施护工系列材料与构件
机具与工
巷道矿压与 安全监测仪器 6
4
破碎煤岩体 系列注浆材料
5
高预应力施工 机具与工艺
二、锚杆支护存在的问题
3、锚杆支护构件 锚杆杆体
杆体破断。原材料力学性能不满足设计要求，屈服、拉 断强度低，冲击吸收功小，延伸率低。
杆尾螺纹破断。螺纹精度、强度、尺寸不满足要求，受 力状况差。
螺纹、螺母拉脱。螺纹、螺母强度、尺寸不合要求。 杆体剪断。杆体抗剪能力不够。
二、锚杆支护存在的问题
一些矿区达到90%，很多矿区达到70%； 破碎煤岩体注浆加固； 实现高产高效必不可少的关键技术。 但是，随着开采深度增加，地质条件的复杂化，采
动影响加剧，锚杆支护出现了一些问题。
二、锚杆支护存在的问题 1、煤矿顶板事故
近几年来，顶板事故成为煤矿第一大事故； 2012年煤矿死亡事故起数779起，死亡人数1384人，顶板
若锚杆仅受拉伸，屈服与拉断载荷294.5 kN、392.7 kN
二、锚杆支护存在的问题
杆体受力状态分析–数值模拟
杆体拉剪组合等效应力
杆体拉弯剪组合等效应力
二、锚杆支护存在的问题
杆体受力状态分析–数值模拟
杆体拉弯扭组合等效应力
杆体拉弯剪扭组合等效应力
二、锚杆支护存在的问题
螺纹受力–拉扭组合
锚杆破断的受力原因––尾部受力复杂
y
B
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锚杆尾部屈服与破断载荷
α/°
5
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Fs/kN Fb/kN
160.9 214.5
109.9 146.6
82.9 110.5
65.9 87.9
25 54.1 72.1
30 45.3 60.4
一、煤矿锚杆支护技术现状
高强度锚杆
高强度、高延伸率、高冲击韧性锚杆。
强力锚杆杆体
一、煤矿锚杆支护技术现状
小孔径树脂锚固锚索
1×19结构，断面更加合理 拉断载荷显著提高，最大900kN 延伸率提高1倍
1×19结构锚索及断面
一、煤矿锚杆支护技术现状
应用情况
高强度锚杆支护技术得到推广应用，小孔径锚索支 护加固技术大面积应用；