锚杆分类及性能

锚杆分类

目前用作支护的锚杆种类很多，按其与被支护体的锚固长度划分，可分为集中锚固类锚杆和全长锚固类锚杆。集中锚固类锚杆是指锚杆装置和杆体只有一部分和锚杆孔壁相接触的锚杆。包括端头锚固、点锚固和局部锚固等；全长锚固类锚杆是指锚固装置或锚杆杆体在全长范围内全部和锚杆孔壁接触的锚杆，包括各种摩擦式锚杆、全长砂浆锚杆、树脂锚杆和水泥锚杆等。

根据锚杆的锚固方式可分为机械式锚固型和黏结锚固型两类。锚固装置或锚杆杆体和孔壁接触，靠摩擦力起锚固作用的锚杆，属于机械锚固型锚杆；锚杆杆体部分或全长利用树脂、砂浆、快硬水泥等胶结材料将锚杆杆体和锚杆孔壁黏结固定在一起，靠粘结力起锚固作用的锚杆属于黏结型锚杆。

用于制作锚杆的材料种类较多，根据锚杆的材质不同，又可将锚杆分为钢丝绳锚杆、普通钢筋锚杆、螺纹钢锚杆、玻璃钢锚杆、木锚杆和竹锚杆等类型。

第一节金属锚杆

金属锚杆根据其锚固形式可分为机械式、管缝式和黏结式三大类。

一、机械式锚杆

机械式锚杆使用最早、结构多样、数量较大的锚杆。机械式锚杆的锚固机构本身是一个统一体，在安装锚杆时，锚固机构主要通过一个楔子系统在钻孔中进行轴向或径向相互错动而紧张在钻孔壁上。锚固机构通过摩擦连接将锚固力多数传递给岩层。机械式锚杆在安装时，多数产生预紧力。有时，甚至锚固机构必须直接依靠预紧力来固定。

机械式锚杆的优点有：安装迅速，可即时达到承载力，可二次张紧，某些结构的锚杆还可以回收。其缺点是：钻孔中的锚固段较短，在高应力区容易导致岩层破坏和锚固剂松动，锚固力一般偏低，只能适用于中等稳定以上的岩层条件。机械式锚杆又可分为楔缝式锚杆、倒楔式锚杆和账壳式锚杆。

1.楔缝式锚杆

楔缝式锚杆主要由杆体、楔子、垫板和螺母等组成，如1-1所示。杆体直径包括18mm、20mm、22mm、25mm等规格，长度1200—1800mm；楔缝长150—250mm，宽2—3mm;楔子长130—150mm，宽18—25mm，上厚22—25mm，下厚3mm。

1—杆体；2—楔缝；3—丝扣；4—楔子；5—垫板；6—螺母楔缝式锚杆的

特点是：结构简单，设计锚固力为40KN，在中硬岩层中使用时，锚固力在40KN 以上，加大锚头时锚固力为60—80KN。

楔缝式锚杆一般适用于中等以上的硬质围岩，由于煤层一般强度低、稳定性差，因此在煤巷支护中较少采用楔缝式锚杆。

2.倒楔式锚杆

倒楔式锚杆主要由金属锚杆、铸铁活楔、固定楔、垫板和螺母等组成，如图1-2所示。杆体直径一般为14—18mm，锚杆全长1200—2300mm；铸铁活楔全150mm，宽28mm；固定楔长150mm，宽30mm。

1—铸铁活楔（下楔）；2—固定楔（上楔）；3—杆体；4—垫板；5—螺母

倒楔式锚杆的构造简单，不用冲击和锤击，安装简便，易于回收，装上后能立即发挥支护作用，可对围岩产生预压应力。但孔内为灌浆的倒楔式锚杆抗震能力差，在软弱和破碎围岩中锚固力较差。倒楔式锚杆锚杆锚固力为30—50KN。根据经验，固定楔与活楔装严后，研锚头横向上的最大尺寸应比钻杆大5—8mm，锚杆可以回收复用。

带钩倒楔式锚杆比倒楔式锚杆性能好，安装容易，并能保证质量，设计锚固力为50—60KN，最大锚固力为90—120KN，对钻孔深度要求不严，可以回收复用，其结构如图1-3所示。

1—楔块；2—带钩倒楔；3—杆体；4—垫板；5—螺母 3.胀壳式锚杆

胀壳式锚杆主要由胀壳、锥形螺帽、杆体、垫板和螺母组成，如图1-4所示。胀壳式锚杆的工作原理与楔缝式锚杆、倒楔式锚杆不同，它是靠旋转杆体，使锥形螺帽向下滑动，迫使胀壳向左右张开，楔嵌入钻孔岩壁，并随着杆体的继续转动，越楔越牢，锚杆所穿越的围岩受到挤压，自稳能力增加，变现受到控制。

1—胀壳；2—杆体；3—垫板；4—锥形螺帽；5—钻孔；6—螺母7—连接片；8加焊尖角；9—三角阴螺纹；10—连接片槽

涨圈式锚杆结构形式较多，多数较复杂，加工费较高。两瓣涨圈式锚杆结构相对简单些，锚固性能较好，设计锚固力为50—60KN，最大锚固力可以在100KN 以上，对钻孔深度要求不严，可以收复用。对软硬岩层均能适应，可用在井下永久性工程。在回采巷道中也可以使用。两瓣涨圈式锚杆主要由杆体、楔形螺母、涨圈和垫板组成，如图1-5所示。杆体直径16—18mm，杆体一端加工螺纹，另

一端锻制成24mm³24mm的方头；楔形螺母长28mm，上宽28mm，下宽20mm，楔角16°，中间车制M18螺纹；涨圈的两瓣圈片高72mm，用Φ2mm钢丝焊接成涨圈，直径34mm，高99mm。

1—楔形螺母；2—涨圈；3—杆体；4—垫板

二、管缝式锚杆

管缝式锚杆的杆体由高强度、高弹性钢管制成或薄钢板卷成，沿管全长有一条开缝，管的上端是锥体，在管的下端焊有一个用钢筋制成的圆环。杆体壁厚为2—4mm，直径多为Φ35—Φ45mm（要求比钻孔直径大2—5mm），长度可根据需要加工，一般为1.6—2.0m，开缝宽度一般为10—15mm。当杆体被外力强压入钻孔后，开缝管被迫压缩，与孔壁之间产生径向挤压应力，使杆体牢固地胀撑在钻孔内。杆体与孔壁间的摩擦力便成为锚固力，并且是沿杆体全长分布的，其结构如图1-6所示。

管缝式锚杆的抗拉拔力一般为60—100KN，单位长度上的实际锚固力很低，200mm长锚固段的锚固力仅为5—10KN,尤其是当锚杆发生锈蚀后锚固力更低。这种锚杆应用于煤巷顶板支护的可靠性差，因此我国一些煤矿已停止生产和使用这种锚杆。

三、黏结式锚杆

黏结式锚杆的结构简单，使用方便，锚固力大，可以增加锚固长度或进行全长锚固，进一步大幅度地提高锚固力，是较为理想的顶板锚固形式。

1.钢筋、钢丝绳砂浆锚杆

该锚杆利用水泥砂浆与锚杆的黏结力和砂浆与岩层的黏结而达到锚固岩层的作用。钢筋、钢丝绳砂浆锚杆的锚固力为50KN。当钢筋直径小于10mm时，可用一眼双筋（竹筋也可用一眼双筋），结构如图1-所示。

（a）钢筋砂浆锚杆；（b）钢丝绳砂浆锚杆；（c）竹筋砂浆锚杆

2.圆钢麻花锚头锚杆该锚杆一般采用A3圆钢加工而成，如图1-8所示。由麻花锚头、挡圈、杆体和锚尾组成，麻花锚头由圆钢的一端压扁后扭紧形成，在圆钢的另一端加工成作为锚尾，圆钢未经任何加工的部分为杆体，挡圈采用焊接的方式与杆体连接。常用的圆钢麻花锚头锚杆的技术规格如表1-1所列。锚杆的锚头部分通过锚固剂黏结在锚杆钻孔底部，锚固力在60KN以上。