锚杆支护的发展现状

锚杆支护技术的应用现状及发展趋势

摘要

基于国内外大量而广泛的锚杆支护技术的应用与研究，锚杆支护的优越性越来越得到认可，本文阐述了锚杆支护技术及其分类，总结了锚杆支护技术的作用原理，并对国内外锚杆支护的现状做了初步分析。运用支护设计中常用理论及方法，对锚杆支护的优缺点进行了分析和评价，高效机械化掘进与支护技术是保证矿井实现高产高效的必要条件，也是巷道掘进技术的发展方向。同时对实际支护工程中的某些不足进行了具体讨论，并对未来的发展趋势进行了初步分析。

关键词：锚杆支护；支护原理；应用现状；发展趋势

摘要 ··································································································· I

一、概述 (1)

二、锚杆支护技术的概念及其分类 (1)

（一）锚杆支护技术 (1)

（二）锚杆的分类 (2)

（三）锚杆支护适用条件及优缺点 (6)

（四）锚杆支护的设计与施工 (6)

三、锚杆的支护原理 (7)

（一）目前，已经被广为接受的锚杆支护理论主要有如下几种： (7)

（二）近年来，又提出了新的支护理论，主要有以下几种: (9)

四、国内外锚杆支护技术的应用现状 (10)

（一）国外锚杆支护技术的现状 (10)

（二）国内锚杆支护的现状 (12)

（三）国内外锚杆支护技术的对比 (12)

五、锚杆支护技术发展趋势 (13)

（一）锚杆支护技术的改进 (13)

（二）锚杆支护技术的发展趋势 (15)

参考文献 (16)

一、概述

锚杆支护作为岩土工程加固的一种重要形式，由于其具有安全、高效、低成本等优点，在国际岩土工程领域得到了越来越多的应用。1872年，英国北威尔士的煤矿加固工程中首次采用钢筋加固页岩之后，1905年美国矿山中也出现了类似的加固工程。到了20世纪40年代，锚杆支护在地下工程中的应用在国外得到了迅猛发展。

目前，在澳大利亚和美国等国的地下工程支护中，锚杆支护已经占到了接近100％。我国于20世纪50年代开始试用锚杆支护技术，至70年代前期还处于探索阶段，直到1978年才开始重点推广，80年代开始向英国学习锚杆支护技术后推广到煤巷支护，90年代又向澳大利亚学习引进成套先进的锚杆支护技术，目前已得到较广泛的推广和应用。在一些矿区的锚杆支护巷道比例达到90%以上，有些矿井甚至达到了100%，取得了较好的技术与经济效益。国内现有楔缝、涨壳、倒楔锚杆、钢丝绳或钢筋砂浆锚杆、木锚杆、竹锚杆、内涨锚杆、管缝锚杆、树脂锚杆、水泥锚杆、爆扩锚杆、预应力注浆大锚索等十几个系列。

由于各种锚杆的构造不同，锚杆作用机理差异甚大，国内外大量工程实践证明，各种不同种类锚杆，在不同的地质条件下，有不同的“支护”效果。国内外锚杆支护成功的经验表明，合理的锚杆支护设计及详细的监测分析，不仅可保证回采巷道的安全可靠，而且可取得显著的技术经济效益和社会效益。

二、锚杆支护技术的概念及其分类

（一）锚杆支护技术

锚杆支护技术就是在土层或岩层中钻孔，埋入锚杆后灌注水泥(或水泥砂浆、锚固剂)，依靠锚固体与岩层之间的摩擦力、拉杆与锚固体的握裹力以及拉杆强度共同作用，来承受作用于支护结构上的荷载。通过锚杆的轴向作用力，将杆体周围围岩中一定范围岩体的应力状态由单向(或双向)受压转变为三向受压，从而提高其环向抗压强度，使压缩带既可承受其自身重量，又可承受一定的外部载荷，使其有效地控制围岩变形。

锚杆支护是在边坡、岩土深基坑等地表工程及隧道、采场等地下施工中均广

泛采用采用的一种既安全又经济的支护方式，是以锚杆为主体的支护结构的总称，包括锚杆、锚喷、锚喷网等支护形式。由于锚杆支护技术具有成本低、支护效果好、操作简便、使用灵活、占用施工净空少等优点，在一些矿区的锚杆支护巷道比例达到90％以上，有些矿井甚至达到了100％，取得了较好的技术与经济效益。

（二）锚杆的分类

锚杆支护实质上就是把锚杆安装在巷道的围岩中，使层状的、软质的岩体以不同的形态得到加固，形成完整的支护结构，提供一定主动的支护抗力，共同阻抗其外部围岩的位移和变形，目前，国内外岩土工程中常用的锚杆主要有：

(1)木锚杆。我国使用的木锚杆主要有普通木锚杆和压缩木锚杆两种。

(2)钢筋或螺纹钢砂浆锚杆,见图3-2-1。此类锚杆以水泥砂桨作为锚杆杆体与围岩的粘结剂。

图3-2-1 螺纹钢砂浆锚杆

(3)倒楔式金属锚杆。这种锚杆曾是使用最为广泛的锚杆支护形式之一。由于它加工简单，安装方便，具有一定的锚固力，因此这种锚杆至今还在使用。见图3-2-2

(4)管缝式锚杆。是一种全长摩擦锚固式锚杆。这种锚杆具有安装简单、锚固

(5)树脂锚杆。用树脂作为锚杆与围岩的粘结剂，这种锚杆支护成本较高。见图3-2-4

图3-2-4 等强螺纹钢式树脂锚杆

(6)快硬膨胀水泥锚杆。采用普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥加入外加剂而成，具有速凝、早强、减水、膨胀等特点。见图3-2-5

3-2-5 快硬膨胀水泥锚杆

(7)预应力锚杆。预应力锚杆是一种采用钢制涨壳锚头预先对锚杆施加预应力的一种中空锚杆可满足设计需要施加一定预应力的支护工程。它是由涨壳锚头、锚杆体、联接套、止浆塞、垫板、螺母组成的。预应力锚杆见图3-2-6

（8）中空注浆锚杆。空心锚杆的一种，多用于相对稳定完整的岩层，树脂、工程胶水、速凝水泥等锚固剂自锚杆中心注入，比普通锚杆锚固质量更好。由于自进式中空注浆锚杆的出现，松散岩土条件下的地层也可以使用中空注浆锚杆。

图3-2-7 中空注浆锚杆

（三）锚杆支护适用条件及优缺点

锚杆支护适用于不受采动影响或某些受采动影响的巷道，即可单独支护，又可以同其他支护形式相结合支护的各种巷道。

锚杆支护的优点如下：

（1）锚杆支护作为一种主动支护形式，在支护原理上符合现代岩石力学和围岩控制理论，锚杆安装以后在围岩内部对围岩进行加固，能够调动和利用围岩自身的稳定性，充分发挥围岩自身的承载能力。所以锚杆支护有利于保护巷道围岩的稳定，改善巷道维护状况；

（2）锚杆杆体质轻，省材料，与传统的棚式支护相比，易于安装，支护成本低；

（3）锚杆支护本身占用巷道断面与传统支护形式相比少得多，传统支护中巷道掘进断面超控量约占15-20%，锚杆支护超控量只需3%以下；

（4）锚杆支护可实现机械化作业，可有效提高掘进速度，提高成巷率；

（5）锚杆支护可有效减少巷道维修工作。

锚杆支护的缺点如下：

锚杆支护作用机理及适用条件的研究尚不充分，没有一套完整的支护理论被公认，支护参数不以准确确定。

（四）锚杆支护的设计与施工

目前用于煤矿巷道支护设计的主要的锚杆支护参数设计方法有下列几种：

（1）悬吊机制及其围岩条件

（2）组合梁机制及其围岩条件

（3）三铰拱（楔固、紧固）机制及其围岩条件

（4）组合拱（均匀压缩拱）机制及其围岩条件

锚杆支护的施工：

（1）锚杆的安装

锚杆的安装施工包括钻锚杆眼和安装锚杆两道主要工序。在锚杆安装施工之前，应该根据锚杆布置方式设计要求，用巷道中腰线标定出锚杆的眼位。打眼时，眼位、眼深、角度都必须符合要求。锚杆眼钻好后，就可以进行锚杆的安装工作。