让压锚杆支护试验小结

（五）让压锚杆支护系统井下施工工艺
1、锚杆、锚索施工工艺 锚杆安装步骤和质检标准
锚杆安装可以总结为：一推（推树脂至钻孔规定位置），二转 （旋转搅拌树脂），三等(等树脂充分凝固)，四紧(紧固螺母)。 在安装过程中要严格按安装步骤操作，避免出现“长尾 锚杆”或打不开阻尼现象，否则会大大影响锚杆支护效果甚至 失效。 （3）锚杆安装质量检查标准 合格的锚杆安装应该满足下列标准： ① 充填在螺母的树脂阻尼必须全部脱落，否则锚杆无法达到安 装载荷。 ② 塑料垫圈必须溶化掉。 ③ 锚杆外露长度30～50mm。 ④ 用扭矩扳手检验，扭矩不能低于设计值。
C区（围岩破坏区）：在此区域内，围岩破
坏，支护系统承受破碎岩石的静载荷。随着破坏 区域的增加，载荷增加。对锚杆支护，如果锚杆 系统的支护范围小于破坏范围，则锚杆系统受力 将急剧降低甚至变为0，彻底失去其支护作用， 锚杆支护系统和围岩一起移动。
• 根据围岩应力和变形特性曲线研究, 支护系统的工
• • •
合理锚杆支护系统的特性曲线设计—第四代锚杆 （让压锚杆）
围岩应力和变形特性曲线 500 450 400
支护强度(t/m)
350 300 250 200 150 100 50 0 0 A 50 B C 100 150 200 顶板位移(mm) 250 300
高强让压均压 普通高强
• 合理锚杆支护系统的特性曲线设计—第四代锚
•
捷马（济宁）矿山支护设备制造有限公司是 美国捷马公司在中国设立的一个分公司，公司主 要以生产支护材料为主。公司从05年投产以来， 先后在新汶矿务局、肥城矿务局、潞安矿务局、 平煤集团、北京鲁能、兖矿集团、枣庄矿务局、 临沂矿务局、开滦矿务局、华亭煤业集团等所属 的五十个左右的生产矿井进行了锚杆支护技术的 应用与推广，重点解决了深井高应力区井底车场 及主要开拓巷道的支护问题、厚煤层孤岛放顶煤 开采工作面顺槽支护问题及近距离煤层采空区下 巷道支护等问题。
（三）让压管设计的基本原则：
让压管的基本设计参数： （1）让压点：让压点既让压管设计的起始让压载荷； （2）让压载荷的稳定性： 一旦让压管开始让压，载荷 需基本保持稳定，过大的载荷下降会导致顶板支护效果 不佳；让压稳定性的标准可以用让压稳定系数衡量。 （3）最大让压距离：让压管从稳定让压开始到载荷开 始增加的距离。其大小根据巷道变形地压的具体情况定 。 一个有效合理的让压管必须尽可能的发挥锚杆的支护 效率，并在锚杆接近过载时象安全阀一样起到让压保护 锚杆杆体的作用。
第三代锚杆（超高强锚杆）：
围岩应力和变形特性曲线 500 450 400
支护强度(t/m)
锚杆支护系统的特性曲线
350 300 250 200 150 100 50 0 0 A 50 B C 100 150 200 顶板位移(mm) 250 300
• 第三代锚杆（超高强锚杆）：超高强锚杆是利用
Q500、Q600钢材制造的锚杆，其特点是强度大，
欢迎各位专家参加支护工艺改革交流会
阜新矿业集团有限责任公司 捷马（济宁）矿山支护设备制造有限公司
清河门煤矿让压锚杆 支护试验小结
目录
• 一、概况 • 二、捷马公司概况 • 三、让压锚杆支护设计基本理论 • 四、清河门煤矿343材料道让压锚杆支护试验小结
一、概况
•
清河门煤矿343区北翼集中材料道沿下层煤 的顶板掘进，距离上层放顶煤采空区平均11m， 为复合顶板。巷道开始为矩形，后改为拱形，试 验后又采用矩形。巷道开始段采用锚杆、锚索联 合支护，锚杆间排距为800×800mm，因巷道 压力比较大、变形比较严重，巷道掘进后很快就 需挑顶和卧底翻修处理；
但加工性能不好。成品锚杆在破坏时大多在丝部 脆断，延伸率极小，无塑性变形阶段。尽管其强 度高，但由于其与围岩变形不适应，锚杆破断率 极高，其特性曲线如图3。
• 图3中锚杆支护系统特性曲线的实线部分是锚杆在
丝部断裂时的特性曲线， 实线＋虚线是锚杆在杆 体破断时的特性曲线。可以看出，锚杆在丝部断 裂时的允许变形和围岩变形相差甚大，尽管锚杆 有较高的强度，但在大围岩变形条件下必然断裂。 锚杆在杆体断裂时，尽管锚杆的整体变形达到围 岩变形的要求，然而锚杆在处于塑性变形状态下 工作。由于巷道支护安全的需要，在设计锚杆时 应尽量设计锚杆的工况点在弹性范围内，否则变 形安全距离太小，微小的扰动和围岩变形变化也 会导致锚杆破断。
• 后来为改善此被动局面，在巷道的顶板采用全锚
索支护，即用短锚索代替顶板锚杆配合长锚索支 护，锚索间排距为800×800mm，取得了一定 效果，但仍无法满足生产需要，巷道掘进后仍出 现大量网兜、顶板下沉严重现象。之后，阜新矿 业集团公司、清河门煤矿与捷马公司合作计划对 其进行让压锚杆支护试验。
二、捷马公司概况
锚索安装步骤 锚索安装说明： ① 钻孔深度大于锚索有效长度（从托盘到锚索前端的 距离）30～50mm。 ② 钻孔打好后，轻轻将锚固剂推入钻孔，确保不使锚 固剂外壳破裂。 ③ 用安装好垫圈和托盘的锚索将锚固剂缓缓推入钻孔 ，直至推不动为止。 ④ 将预先安装在钻机上锚索搅拌器与锚索尾部连接， 快速搅拌锚固剂，搅拌锚固剂的同时钻机推力要最大。 锚固剂搅拌时间为20～25秒，搅拌锚固剂停止时要确保 锚索托盘靠近岩面。 ⑤ 锚固剂搅拌完毕后20～25分钟（现场试验确定）后 ，用锚索涨拉器拉紧锚索，锚索安装应力（预应力）不 小于8t。
•
第一、二 代锚杆 （普强全螺纹钢锚杆和普强滚丝锚杆）：
围岩应力和变形特性曲线 500 450 400
支护强度(t/m)
锚杆支护系统的特性曲线
350 300 250 200 150 100 50 0 0 A 50 B C 100 150 200 顶板位移(mm) 250 300
•
这两类锚杆除了预应力上稍有差别外， 特性曲线基本相同。这种类型的锚杆在浅部 地区效果较好，基本上解决了用锚网支护代 替棚子支护的问题。在深部和地压大的矿井， 其支护效果不理想，巷道变形量大，翻修量 大，其锚杆支护特性曲线如图2。可以看出， 第一代锚杆的设计支护强度过低（安装应力 几乎没有），在应力较大的条件下根本达不 到工况点的要求，导致松散破碎区变大，最 终超过锚固区，此时锚杆系统失效和围岩一 起移动。现场所表现就是锚杆不破断但围岩 位移大甚至冒顶。
• 问题分析及解决思路： • 由于开始试验区超前掘进应力没有赶过去，
同时受到变断面和断层的影响，出现顶板下沉和 压力显现明显的现象属于正常现象，今后在此条 件下可以从开始段适当增加锚网支护的强度、尽 量减少空顶时间方面来改善支护效果。对于第三 阶段出现顶板下沉量大，但部分锚杆的让压管未 发生明显变形的特点，今后类似条件时巷道掘进 时应进一步增加锚杆的预应力，把预应力提高到 6吨以上，同时增加锚杆、锚索支护的强度，尽 量减少迎头空顶时间。
况点确定如下: 最小支护强度：100t/m 巷道围岩位移：40mm 锚杆系统的最小允许变形：40mm。
• 确定了工况点就可以根据强度要求选择锚杆杆体
强度、材质、间排距等基本参数。
•
•
现简单分析普通锚杆支护系统的特性曲线及 存在的问题：
一个成功的锚杆支护系统不仅仅要求支护强 度达到要求，还要根据围岩应力和变形特性曲线 设计锚杆的特性曲线以适应围岩应力和变形的需 要。 首先回顾一下已经用过的三代锚杆的特性曲 线及存在的问题：
段是正常试验的免压区段，第三个阶段是受上层煤煤柱
影响的高应力区段、第四个阶段是不受任何影响的实体
煤掘进段。现场实践证明，采用让压锚杆支护试验段基
本达到了设计要求，在此不详述，现主要对试验中出现
的问题分析如下：
（一）问题分析及支护经验总结 通过一段时间的观测，发现试验区内让压锚杆支护主 要存在如下几个问题： （1）试验区的第一阶段和第三阶段，顶板下沉量大底 鼓量大，顶板变破碎，出现整体下沉和部分网兜。 （2）在高应力区域锚索出现破断现象，特别是受到“ 煤炮”的影响时，锚索发生突然崩断。 （3） 出现锚杆发生破断和螺母脱落的现象。 （4）个别钢带发生“撕裂”现象。
2、施工机具 采用扭矩放大器可以放大扭矩3.5倍，提高锚杆 的预应力，解决现今国内锚杆安装机具扭矩低的 难题。
四、清河门煤矿343材料道让压锚杆支护试验小结
清河门煤矿在343区北翼集中材料道进行让压锚杆支护
试验，试验区主要经历四个阶段，第一个阶段是受到断
层及变断面变支护工艺的影响的试验开始段，第二个阶
•
• （3）锚杆控制变形让压和均压性能：为
了尽量保证每根锚杆都均匀受力，防止锚杆承受过 度载荷而破断，锚杆必须有控制变形让压和均压性 能。然而，这种变形让压必须有“控制”的让压， 让压性能对顶板支护效果影响很大。合理的让压性 能应该做到锚杆在一定吨位上稳定让压以保证每根 锚杆受力均匀和减少或防止锚杆破断。
• • • • •
杆（让压锚杆） 锚杆特性曲线设计必须根据围岩应力变形的特 性曲线的特点，根据围岩应力—变形特性曲线， 锚杆支护系统应满足下列要求： 最小支护强度：100t/m 巷道围岩位移：40mm 锚杆系统的允许变形：40mm
锚杆工况点应在弹性范围内。
• 由于让压机构的作用，让压均压锚杆和普
通高强锚杆起到了下列作用： • （1）保证了工况点在弹性范围之内； • （2）锚杆强度安全系数比普通高强锚杆 大； • （3）锚杆变形让压安全系数比普通高强 锚杆大得多。
500 450 400 350
支护强度(t/m)
300 250 200 150 100 50 0 0 A 50 B 100 150 顶板位移(mm) C 200 250 300
百度文库
图1围岩应力-变形特性曲线
A区（围岩弹性变形区）：在此区域内，围岩
基本处于弹性变形阶段，围岩保持完好，围岩变形小 ，在此区域内增加支护强度不能明显改善围岩变形。 为了经济合理地进行巷道支护，支护体的工况点应设 在低位（100t/m），相应的锚杆支护系统应该具有最 小让压距离40mm。 B区（围岩弹塑性区）：在此区域内，围岩基本 处于弹塑性变形阶段，围岩基本保持稳定，弹塑性变 形区没有超过锚杆的支护范围，锚杆系统仍然起到支 护作用。在此区域内，支护强度的微变将引起变形的 剧烈增加。
（四）让压锚杆支护产品分析 （1）让压锚杆组装系统如下图所示：
锚杆杆体的加工要求： 一般情况下，由于滚圆和滚丝工艺破坏锚杆的局部 强度，锚杆将在加工部位破断，造成锚杆的不等强性 。
（2）“鸟窝”锚索组装系统如下图所示 ：
（3）W钢带
W钢带可以把锚杆联结成为一个整体， 并具有很好的表面控制效果。
• （一）让压锚杆支护设计原则 • （1）锚杆的安装应力（预应力）：锚杆的
安装应力是控制围岩早期变形的重要参数。安 装应力过小会使围岩发生过大的早期变形，松 散破碎圈增大，引起顶板破碎，锚杆受力增加， 无法实现锚杆的主动支护目标。 （2）支护强度：在大采深，高地应力的条 件下，支护强度必须提高。这就要求单根锚杆 的强度加大，使其与高地应力相适应。
•
捷马公司的巷道支护设计理念是安全、经济、 快速。捷马公司的工作思路是依据各个矿井所需设 计的巷道地质采矿条件，通过数值计算，结合巷道 支护经验，提供巷道支护的基本参数。然后采用先 进的矿压观测仪器对实验巷道进行动态观测，进一 步优化巷道支护参数，实现巷道支护的安全、经济、 快速掘进目标。
三、让压锚杆支护设计基本理论
24 22
y = -2E-05x 6 + 0.0014x 5 - 0.0482x 4 + 0.8327x 3 7.9113x 2 + 39.374x - 63.569 R 2 = 0.9765
20 18 16
让压点
14
载荷（吨）
12 10
D
8 6 4
2 最大让压距离 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 变形（MM）
• （4）辅助支护：合理有效的辅助支护可以与锚
杆支护系统形成一个整体，保障巷道支护的长期有 效性和稳定性，适应地质和采矿条件的变化，其包 括金属网、W钢带、锚索等。
（二）让压锚杆支护设计的基本依据：
•
•
作锚杆设计首先应确定围岩应力和围 岩变形关系与支护系统的合理工况点： 巷道开挖后围岩将发生变形甚至破坏。 围岩的变形大小和破坏程度存在着一定的关 系，巷道支护的目的是为了在保证围岩不破 坏的条件下控制部分的围岩变形而允许有一 定的变形产生，这样才能经济有效地设计支 护系统和支护巷道围岩。因此，为了设计锚 杆支护系统，必须对围岩应力和变形特性曲 线进行研究。