煤巷锚杆支护
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3
1 锚杆支护理论
（1）悬吊理论
4
（1）悬吊理论
5
（2）组合梁理论
6
（3）组合拱理论
7
（4）最大水平应力理论
8
（5）锚杆支护围岩强度强化理论
σ
单位：MPa
ε
煤层
岩层 破碎区、塑性区
围岩与支护强度的关系
随支护强度增加，围岩的极限强度和残余强度提高， 围岩残余强度提高到一定程度就能保持巷道稳定。
✓ 钻孔直径比树脂药卷大6mm左右 ✓一般钻孔直径29mm，锚杆直径20、22mm，树脂 药卷直径23mm。
70
60
锚固力 /kN
50
40
30
锚固力与钻孔直径、 20
10
锚杆直径的关系
0
25
18mm无纵筋 20mm无纵筋 22mm无纵筋
30
35
钻孔直径 /mm
（4）网及钢带 ➢ 网：采用金属网、塑料网。严禁将最前排锚杆
4 锚杆支护施工
（1）保证锚杆高预紧力 ❖ 锚杆预紧力的作用 主动支护，拉应力转化为压应力或减小拉应力，有 效抑制巷道围岩破裂区向深部发展，发挥围岩的自 身承载能力，提高稳定性。
➢ 钻头：合金钢钻头、金刚石钻头
钻速（m/min）
钻头寿命(m/个)
普2.氏5 系数f 普通型 PDC型
1.5
2.1
2.1
23
1.8
1.8
4
1.2
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1.5 5 0.62
0.9
6 0.23 0.55
1 7 0.06 0.35 8 0.02 0.21
0.5 9
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10
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普通型 PDC型
0
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锚固方式： 加长锚固 全长锚固 端锚
➢全长锚固：锚杆中部受力最大；增阻速度快。具有 较大的抗剪切能力。增加岩层间的法向力，阻止层 间错动，防止离层。在锚固范围内锚杆伸长1mm， 可产生10～20kN的锚固力，支护刚度大。 ➢端头锚固：Ⅰ～Ⅱ类。全长或加长锚固：Ⅲ～Ⅴ类
（3）三径匹配
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
✓ 钻孔直径比锚杆直径大6～10mm
➢ 锚杆成套：杆体、托盘（钢板轧制，厚度根据矿 压确定）、球形垫圈（铸钢）、减摩垫圈（1个聚 氨酯、1个铝合金）、螺母（高强度、快速安装螺 帽）
（2）锚固剂及锚固方式 ➢ 锚固剂：树脂药卷，一般采用凝结速度为超快与中
速的树脂药卷配合，使用药卷长度一般350、600mm
螺母
煤体
锚杆 中速树脂药卷 快速树脂药卷
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普氏系数f
f
普通型 PDC型
700
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650
600
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4普70通型
500
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3P6D0C型
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32 235
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8 0.3 18.9
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9 0.1 12.4
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普氏系数f
在f<6时，使用两种钻头钻速基本一致，而普通型 钻头消耗费用低，因此应优先选用普通型钻头；在 6≤f ≤8时，使用金刚石钻头的钻速提高4倍以上， 而且费用接近，因此应优先选用金刚石钻头。
①桁架改变顶板的应力状态，拉应力将减小，甚 至出现压应力；②预紧力增加裂隙体间的摩擦作 用，提高顶板稳定性；③提高顶板两肩窝的抗剪 切能力，防止剪切冒落。
3 锚杆支护设计方法
可归纳为三大类，分别是工程类比法、理 论计算法、以计算机数值模拟为基础的动态 系统设计方法。
（1）工程类比法 是一种实用的方法，在我国锚杆支护设计中占主 导地位。 在已有的大量、成功实践的基础上，根据巷道的 生产地质条件确定支护参数。 主要有以回采巷道围岩稳定性分类为基础的工程 类比法；巷道围岩松动圈分类为基础的工程类比法。 以回采巷道围岩稳定性分类为基础的工程类比法
➢美国、澳大利亚接近100%，英国80%，美国锚杆 支护为巷道顶板的唯一支护方式。 ➢我国1995年时约15.15%，目前约30%。
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锚杆支护使用范围 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类全面推广，Ⅳ、Ⅴ类试验成功
➢综放沿空掘巷锚杆支护试验成功 ➢软弱、破碎煤巷锚杆支护试验成功 ➢三软煤巷锚杆支护试验成功 ➢深井煤巷锚杆支护试验成功
1.5
2.1
1.5
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0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
硬度系数/f
MQT钻速 7665钻速
当f<8，优先选用锚杆机；当f ≥8时，宜选用凿岩机。 锚杆安装：应采用锚杆机，严禁采用凿岩机。
（2）理论计算法 根据悬吊理论、组合梁理论、组合拱理论计算锚 杆长度、间排距、破断载荷等。 （3）动态系统设计方法 首先进行地质力学评估（含地应力测试），将地 质力学参数、锚杆参数等输入计算机数值模拟软件， 以围岩强度强化理论为依据，按控制围岩变形效果和 经济合理的原则选择最优方案，组织施工，并对巷道 围岩稳定状况和锚杆载荷监测，根据监测反馈信息确 定是否调整锚杆支护参数，经反复实践，在动态中修 改完善设计。
主要内容
0 锚杆支护发展 1 锚杆支护理论 2 锚杆支护体系 3 设计方法 4 施工 5 监测 6 困难条件锚杆支护应用实例
0 锚杆支护发展
2个阶段：以1995年引进澳大利亚锚杆支护技术为 分界点。
锚杆支护理论、锚杆支护设计方法、施工机具、小 孔径预应力锚索加强支护、锚杆孔径、锚固剂及锚固 方式、监测技术等均发生了变化。
螺帽松开或等待后压网。 ➢ 钢带：钢筋梯子梁、M型钢带、W型钢带等。
要求钢筋梯子梁采用高强度焊条焊接，防止开 焊。钢带的厚度或钢筋直径根据矿压确定。
（5）施工机具 ➢ 顶板钻机：风动锚杆钻机、液压钻机、凿岩机
两帮钻机：强力煤电钻、帮锚杆钻机
钻速（m/min）
2.5 f
2 1.5
1 0.5
MQT钻速 7665钻速
➢ 钻杆：B19、B22六方中空合金钢钻杆 ➢ 安装器：快速安装器
销钉式安装器
快速安装螺母
（6）小孔径预应力锚索加强支护 ➢ 是一种主动加强支护 ➢ 以锚杆支护为主，以锚索为辅 ➢ 树脂锚固端加粗，钻孔与锚索直径不匹配 ➢ 锚固在稳定煤岩层中均可以 ➢ 高应力巷道可以采用直径18mm的锚索
（7）桁架支护
9
2 锚杆支护体系
（1）锚杆
➢ 高强度、大直径。破断载荷一般在200~ 300kN以 上，近年研究破断载荷400kN以上的锚杆。
➢ 延伸率均大于15% ➢ 锚杆直径20~22mm ➢ 稳定性较高、维护要求低、服务时间短的巷道可
以采用Q235圆钢制造
➢ 采用左旋、无纵筋高强度螺纹钢锚杆，等强（锚 杆尾部螺纹部分采用墩粗或热处理、滚丝）
1 锚杆支护理论
（1）悬吊理论
4
（1）悬吊理论
5
（2）组合梁理论
6
（3）组合拱理论
7
（4）最大水平应力理论
8
（5）锚杆支护围岩强度强化理论
σ
单位：MPa
ε
煤层
岩层 破碎区、塑性区
围岩与支护强度的关系
随支护强度增加，围岩的极限强度和残余强度提高， 围岩残余强度提高到一定程度就能保持巷道稳定。
✓ 钻孔直径比树脂药卷大6mm左右 ✓一般钻孔直径29mm，锚杆直径20、22mm，树脂 药卷直径23mm。
70
60
锚固力 /kN
50
40
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锚固力与钻孔直径、 20
10
锚杆直径的关系
0
25
18mm无纵筋 20mm无纵筋 22mm无纵筋
30
35
钻孔直径 /mm
（4）网及钢带 ➢ 网：采用金属网、塑料网。严禁将最前排锚杆
4 锚杆支护施工
（1）保证锚杆高预紧力 ❖ 锚杆预紧力的作用 主动支护，拉应力转化为压应力或减小拉应力，有 效抑制巷道围岩破裂区向深部发展，发挥围岩的自 身承载能力，提高稳定性。
➢ 钻头：合金钢钻头、金刚石钻头
钻速（m/min）
钻头寿命(m/个)
普2.氏5 系数f 普通型 PDC型
1.5
2.1
2.1
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1.8
1.8
4
1.2
1.4
1.5 5 0.62
0.9
6 0.23 0.55
1 7 0.06 0.35 8 0.02 0.21
0.5 9
0.1
10
0.06
普通型 PDC型
0
0
锚固方式： 加长锚固 全长锚固 端锚
➢全长锚固：锚杆中部受力最大；增阻速度快。具有 较大的抗剪切能力。增加岩层间的法向力，阻止层 间错动，防止离层。在锚固范围内锚杆伸长1mm， 可产生10～20kN的锚固力，支护刚度大。 ➢端头锚固：Ⅰ～Ⅱ类。全长或加长锚固：Ⅲ～Ⅴ类
（3）三径匹配
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
✓ 钻孔直径比锚杆直径大6～10mm
➢ 锚杆成套：杆体、托盘（钢板轧制，厚度根据矿 压确定）、球形垫圈（铸钢）、减摩垫圈（1个聚 氨酯、1个铝合金）、螺母（高强度、快速安装螺 帽）
（2）锚固剂及锚固方式 ➢ 锚固剂：树脂药卷，一般采用凝结速度为超快与中
速的树脂药卷配合，使用药卷长度一般350、600mm
螺母
煤体
锚杆 中速树脂药卷 快速树脂药卷
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普氏系数f
f
普通型 PDC型
700
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4普70通型
500
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3P6D0C型
5
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8 0.3 18.9
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0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
普氏系数f
在f<6时，使用两种钻头钻速基本一致，而普通型 钻头消耗费用低，因此应优先选用普通型钻头；在 6≤f ≤8时，使用金刚石钻头的钻速提高4倍以上， 而且费用接近，因此应优先选用金刚石钻头。
①桁架改变顶板的应力状态，拉应力将减小，甚 至出现压应力；②预紧力增加裂隙体间的摩擦作 用，提高顶板稳定性；③提高顶板两肩窝的抗剪 切能力，防止剪切冒落。
3 锚杆支护设计方法
可归纳为三大类，分别是工程类比法、理 论计算法、以计算机数值模拟为基础的动态 系统设计方法。
（1）工程类比法 是一种实用的方法，在我国锚杆支护设计中占主 导地位。 在已有的大量、成功实践的基础上，根据巷道的 生产地质条件确定支护参数。 主要有以回采巷道围岩稳定性分类为基础的工程 类比法；巷道围岩松动圈分类为基础的工程类比法。 以回采巷道围岩稳定性分类为基础的工程类比法
➢美国、澳大利亚接近100%，英国80%，美国锚杆 支护为巷道顶板的唯一支护方式。 ➢我国1995年时约15.15%，目前约30%。
2
锚杆支护使用范围 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类全面推广，Ⅳ、Ⅴ类试验成功
➢综放沿空掘巷锚杆支护试验成功 ➢软弱、破碎煤巷锚杆支护试验成功 ➢三软煤巷锚杆支护试验成功 ➢深井煤巷锚杆支护试验成功
1.5
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硬度系数/f
MQT钻速 7665钻速
当f<8，优先选用锚杆机；当f ≥8时，宜选用凿岩机。 锚杆安装：应采用锚杆机，严禁采用凿岩机。
（2）理论计算法 根据悬吊理论、组合梁理论、组合拱理论计算锚 杆长度、间排距、破断载荷等。 （3）动态系统设计方法 首先进行地质力学评估（含地应力测试），将地 质力学参数、锚杆参数等输入计算机数值模拟软件， 以围岩强度强化理论为依据，按控制围岩变形效果和 经济合理的原则选择最优方案，组织施工，并对巷道 围岩稳定状况和锚杆载荷监测，根据监测反馈信息确 定是否调整锚杆支护参数，经反复实践，在动态中修 改完善设计。
主要内容
0 锚杆支护发展 1 锚杆支护理论 2 锚杆支护体系 3 设计方法 4 施工 5 监测 6 困难条件锚杆支护应用实例
0 锚杆支护发展
2个阶段：以1995年引进澳大利亚锚杆支护技术为 分界点。
锚杆支护理论、锚杆支护设计方法、施工机具、小 孔径预应力锚索加强支护、锚杆孔径、锚固剂及锚固 方式、监测技术等均发生了变化。
螺帽松开或等待后压网。 ➢ 钢带：钢筋梯子梁、M型钢带、W型钢带等。
要求钢筋梯子梁采用高强度焊条焊接，防止开 焊。钢带的厚度或钢筋直径根据矿压确定。
（5）施工机具 ➢ 顶板钻机：风动锚杆钻机、液压钻机、凿岩机
两帮钻机：强力煤电钻、帮锚杆钻机
钻速（m/min）
2.5 f
2 1.5
1 0.5
MQT钻速 7665钻速
➢ 钻杆：B19、B22六方中空合金钢钻杆 ➢ 安装器：快速安装器
销钉式安装器
快速安装螺母
（6）小孔径预应力锚索加强支护 ➢ 是一种主动加强支护 ➢ 以锚杆支护为主，以锚索为辅 ➢ 树脂锚固端加粗，钻孔与锚索直径不匹配 ➢ 锚固在稳定煤岩层中均可以 ➢ 高应力巷道可以采用直径18mm的锚索
（7）桁架支护
9
2 锚杆支护体系
（1）锚杆
➢ 高强度、大直径。破断载荷一般在200~ 300kN以 上，近年研究破断载荷400kN以上的锚杆。
➢ 延伸率均大于15% ➢ 锚杆直径20~22mm ➢ 稳定性较高、维护要求低、服务时间短的巷道可
以采用Q235圆钢制造
➢ 采用左旋、无纵筋高强度螺纹钢锚杆，等强（锚 杆尾部螺纹部分采用墩粗或热处理、滚丝）