3 岩石锚杆与喷射混凝土支护技术.ppt

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1、表表3-1 各种类型锚杆的主要优缺点各种类型锚杆的主要优缺点锚锚 杆杆 类类 型型优优 点点缺缺 点点集中（端头）集中（端头）锚固类锚固类机械锚固型机械锚固型安装迅速，及时承载安装迅速，及时承载对深部围岩强度要求高对深部围岩强度要求高粘结锚固型粘结锚固型易加工，制造简单易加工，制造简单 对深部围岩强度要求对深部围岩强度要求一般一般全长锚固类全长锚固类机械锚固型机械锚固型易安装，及时承载易安装，及时承载 易腐蚀，锚固强度易易腐蚀，锚固强度易衰减和丧失衰减和丧失粘结锚固型粘结锚固型 适用范围广，树脂适用范围广，树脂锚固剂承载速度快，锚固剂承载速度快，锚固力大锚固力大 树脂锚杆成本高，树树脂锚杆成本

2、高，树脂易燃有毒脂易燃有毒图图3-2 3-2 锚杆结构示意图锚杆结构示意图 n（2）锚固结构的特点）锚固结构的特点n锚固结构锚固结构方面的进步：方面的进步：机械式锚固机械式锚固摩擦式锚固摩擦式锚固粘结式锚固粘结式锚固全长粘结式锚固全长粘结式锚固n不同的锚杆结构各有不同的不同的锚杆结构各有不同的用途用途：如适用如适用煤层煤层的的竹、木锚杆竹、木锚杆，塑料锚杆塑料锚杆，玻璃钢锚杆玻璃钢锚杆和和可卸可卸式锚杆式锚杆；适应于煤矿巷道适应于煤矿巷道变形大变形大的特点，专门有的特点，专门有可伸长锚杆、让压可伸长锚杆、让压锚杆、大变形锚杆锚杆、大变形锚杆；自进（钻）式锚杆自进（钻）式锚杆则适用于破碎岩土层的

3、支护，免得因为则适用于破碎岩土层的支护，免得因为拔钻杆时塌孔而无法安装锚杆。拔钻杆时塌孔而无法安装锚杆。土钉土钉则是锚杆拓展到土工中后形成的专用名词。则是锚杆拓展到土工中后形成的专用名词。n材料：杆体、固结机构或粘结材料、托盘、螺帽等。材料：杆体、固结机构或粘结材料、托盘、螺帽等。n3.3.1 杆体材料杆体材料 常用的杆体材料主要是各种钢筋，包括常用的杆体材料主要是各种钢筋，包括圆钢圆钢、螺纹钢螺纹钢和和专专用钢材用钢材。n国内上世纪国内上世纪90年代前多用年代前多用1420 mm的的3号圆钢号圆钢（Q235）制作，抗断破坏力一般不超过）制作，抗断破坏力一般不超过100 kN；n近年来采用高强

4、度、高刚度锚杆或超高强的近年来采用高强度、高刚度锚杆或超高强的螺纹钢锚螺纹钢锚杆杆（屈服强度（屈服强度400500 MPa）；）；n专门研制了单向左旋无纵筋螺纹钢，用于制作螺纹钢专门研制了单向左旋无纵筋螺纹钢，用于制作螺纹钢锚杆，并采用专用螺母，形成锚杆，并采用专用螺母，形成等强锚杆等强锚杆。n国内煤矿还采用有经济的竹、木锚杆、塑料锚杆、玻国内煤矿还采用有经济的竹、木锚杆、塑料锚杆、玻璃钢锚杆等。璃钢锚杆等。n锚杆实现高强和超高强的方法锚杆实现高强和超高强的方法：首先是高强度材料的应用；首先是高强度材料的应用；其次是对螺纹钢筋进行整体强化热处理，使直径其次是对螺纹钢筋进行整体强化热处理，使直径

5、22mm的的螺纹钢锚杆破断力达到螺纹钢锚杆破断力达到300 kN以上，大大提高了锚杆的承以上，大大提高了锚杆的承载能力；载能力；再则通过对螺纹段采用整体滚丝方式加工螺纹，可保证螺再则通过对螺纹段采用整体滚丝方式加工螺纹，可保证螺纹段的极限承载力不低于杆体破断荷载的纹段的极限承载力不低于杆体破断荷载的90。n（1）锚固机构）锚固机构 机械式锚杆靠机械装置实现锚杆的锚固。包括改善缝管（机构）性能机械式锚杆靠机械装置实现锚杆的锚固。包括改善缝管（机构）性能来实现与孔壁间的固结；改善涨壳结构和锚固的可靠性等。来实现与孔壁间的固结；改善涨壳结构和锚固的可靠性等。目前锚杆的粘结材料主要有：水泥质粘结材料和

6、树脂类粘结材料。目前锚杆的粘结材料主要有：水泥质粘结材料和树脂类粘结材料。n（2）水泥质粘结材料）水泥质粘结材料n水泥砂浆和纯水泥浆液（与岩石及钢材水泥砂浆和纯水泥浆液（与岩石及钢材粘结强度粘结强度：1.85.0 MPa）n快硬水泥药卷（实心和中空结构）快硬水泥药卷（实心和中空结构）n（3）树脂类粘结材料）树脂类粘结材料n树脂粘结材料的发展树脂粘结材料的发展n树脂药卷结构与性能特点树脂药卷结构与性能特点树脂锚杆安装操作工艺树脂锚杆安装操作工艺:1.根据钻孔直径选择树脂锚固剂的规格、型号。根据钻孔直径选择树脂锚固剂的规格、型号。2.按设计要求的锚固剂规格和杆体长度，确定钻孔深度比杆体全长按设计要

7、求的锚固剂规格和杆体长度，确定钻孔深度比杆体全长短短6080 mm。3.用压风清扫眼孔浮尘。用压风清扫眼孔浮尘。4.根据设计锚固长度，用杆体将选用的锚固剂送入孔底，启动搅拌根据设计锚固长度，用杆体将选用的锚固剂送入孔底，启动搅拌器带动杆体旋转器带动杆体旋转305 s，匀速推进到孔底。，匀速推进到孔底。5.卸下搅拌器后，及时在孔口将杆体楔住，固化前不要使杆体移位卸下搅拌器后，及时在孔口将杆体楔住，固化前不要使杆体移位或晃动，安装顶眼时尤为重要。快速或晃动，安装顶眼时尤为重要。快速15min，中速，中速40min后测试锚固力后测试锚固力为宜。为宜。6.快速和中速分别为快速和中速分别为7min、15

8、min后上托板，旋紧螺母后即可承载。后上托板，旋紧螺母后即可承载。7.搅拌安装工具根据现场动力条件，可采用搅拌安装工具根据现场动力条件，可采用TJ-9风动锚杆搅拌机或风动锚杆搅拌机或电煤钻加连接头，紧螺母可采用电煤钻加连接头，紧螺母可采用QB-16风动板手或手动板手。风动板手或手动板手。8.若采用锚杆钻机作业，钻孔和安装锚杆同机操作更为方便。若采用锚杆钻机作业，钻孔和安装锚杆同机操作更为方便。n托盘（垫板）是锚杆支护系统中的一个重要部件。托盘（垫板）是锚杆支护系统中的一个重要部件。全长锚固锚杆：用螺帽压紧垫板，可防止垫板附近破碎岩块脱落，且全长锚固锚杆：用螺帽压紧垫板，可防止垫板附近破碎岩块脱

9、落，且在锚杆受作用时，其外端口附近的粘结材料将出现在锚杆受作用时，其外端口附近的粘结材料将出现最大剪应力最大剪应力。端头锚固或全长锚固锚杆，没有托盘都是不合理的。端头锚固或全长锚固锚杆，没有托盘都是不合理的。n托盘（垫板）形式：平板形托盘、专门的（异形）垫板托盘（垫板）形式：平板形托盘、专门的（异形）垫板 平板形托盘：一般用铸铁浇铸，或用钢板或废旧矿用工字钢翼缘切割平板形托盘：一般用铸铁浇铸，或用钢板或废旧矿用工字钢翼缘切割并钻孔而成。并钻孔而成。各种专门的（异形）垫板可以改善锚杆的锚固性能。各种专门的（异形）垫板可以改善锚杆的锚固性能。一般用高强度钢板制成，平板式垫板厚度一般用高强度钢板制成

10、，平板式垫板厚度6mm，截面一般不小于，截面一般不小于150l50mm2。也可用铸铁材料，但其力学性能较差，厚度应增大。也可用铸铁材料，但其力学性能较差，厚度应增大。斗形托板斗形托板 钟形托板钟形托板 三角形托板三角形托板 环形托板环形托板图图3-3 3-3 常用异形垫板结构形式常用异形垫板结构形式（a）BHTA型型 （b）BHTB型型图图3-4 钟形锚杆托盘结构示意图钟形锚杆托盘结构示意图n螺母是直接传递锚杆作用的受力元件。螺母是直接传递锚杆作用的受力元件。高强度锚杆高强度锚杆均配有高强螺帽和钟形托盘，螺母必须拧紧，均配有高强螺帽和钟形托盘，螺母必须拧紧，以实现对锚杆施加预紧力。以实现对锚杆

11、施加预紧力。采用锚杆钻机安装锚杆时可配套使用扭矩螺母，可以实现采用锚杆钻机安装锚杆时可配套使用扭矩螺母，可以实现低量级预应力（低量级预应力（150 N.m扭矩可以有扭矩可以有3050 kN预紧力），预紧力），实现锚杆的一次安装和锚固。实现锚杆的一次安装和锚固。（a）球形螺母）球形螺母 （b）塑料阻尼螺母）塑料阻尼螺母图图3-5 专用锚杆扭矩螺母结构示意图专用锚杆扭矩螺母结构示意图n配合锚杆使用的还有托梁、钢带、金属网等配件，常根据整体稳定的需配合锚杆使用的还有托梁、钢带、金属网等配件，常根据整体稳定的需要而进行各种不同的配置。要而进行各种不同的配置。n（1 1）托梁）托梁 托梁是用锚杆固定在岩

12、帮上的梁结构，同时梁也将若干锚杆连在一起，托梁是用锚杆固定在岩帮上的梁结构，同时梁也将若干锚杆连在一起，形成组合作用。托梁的一定刚度可使锚杆之间的松散岩土保持完整，形成组合作用。托梁的一定刚度可使锚杆之间的松散岩土保持完整，是使岩土体形成整体稳定的有效手段。是使岩土体形成整体稳定的有效手段。n目前常用的托梁有两种形式：目前常用的托梁有两种形式：钢筋梁钢筋梁和和W型钢带型钢带。n（2 2）网）网 网的网的作用作用是维护锚杆间比较破碎的岩石，防止岩块掉落，是维护锚杆间比较破碎的岩石，防止岩块掉落，同时对提高喷层的抗拉性能也有一定的作用。同时对提高喷层的抗拉性能也有一定的作用。目前支护用网的形式与品

13、质很多，主要有目前支护用网的形式与品质很多，主要有铁丝网铁丝网、钢筋网钢筋网与与塑料网塑料网等。等。n铁丝网铁丝网一般采用一般采用34 mm的镀锌铁丝编织而成。根据的镀锌铁丝编织而成。根据金属网网格的特征不同，可将金属网分为金属网网格的特征不同，可将金属网分为经纬网经纬网和和菱菱形网形网。n钢筋网钢筋网是由钢筋焊接而成的大网格金属网。它由受力是由钢筋焊接而成的大网格金属网。它由受力筋和分布筋构成。一般采用筋和分布筋构成。一般采用6 mm 的圆钢制作。的圆钢制作。n塑料网塑料网具有成本低、轻便、抗腐蚀等特点，但是强度具有成本低、轻便、抗腐蚀等特点，但是强度和刚度较低，可以与钢筋网配合使用。和刚度

14、较低，可以与钢筋网配合使用。钢筋直径（钢筋直径（mm）纵向钢筋间距（纵向钢筋间距（mm）横向钢筋间距（横向钢筋间距（mm）5-12100、125、150、175、20050-2500（任意）3.4.1 传统的锚杆支护原理传统的锚杆支护原理（a）悬吊软弱层状岩层）悬吊软弱层状岩层 （b）悬吊危岩）悬吊危岩图图3-8 锚杆悬吊理论示意图锚杆悬吊理论示意图3.4.1 传统的锚杆支护原理传统的锚杆支护原理n（2 2）组合梁理论）组合梁理论 组合梁理论认为：当顶板岩石是组合梁理论认为：当顶板岩石是层状分布层状分布时，顶板岩石就时，顶板岩石就象若干层梁一样。锚杆可以把分层的梁组合成为象若干层梁一样。锚杆可

15、以把分层的梁组合成为单根梁单根梁。根据根据材料力学材料力学的观点，同样的观点，同样 n 根（层）梁组合成单根梁的根（层）梁组合成单根梁的最大内应力，较一般迭合起来的梁的内应力小最大内应力，较一般迭合起来的梁的内应力小 1/n，而，而组组合梁合梁的扰度较通常为的扰度较通常为迭合梁迭合梁的扰度小的扰度小 1/n2。（a）叠合梁与组合梁的内力比较）叠合梁与组合梁的内力比较 （b）层状顶板锚杆组合梁）层状顶板锚杆组合梁图图3-9 锚杆组合梁作用示意图锚杆组合梁作用示意图3.4.1 传统的锚杆支护原理传统的锚杆支护原理n（3 3）减跨理论）减跨理论 减跨理论也是对减跨理论也是对层状顶板层状顶板而言的。而

16、言的。由于由于 n 根锚杆的作用，跨度为根锚杆的作用，跨度为 L 的顶板岩梁成为的顶板岩梁成为（n+1）跨的连续梁，既减小跨度，也优化了梁结构。按照岩梁的跨的连续梁，既减小跨度，也优化了梁结构。按照岩梁的承载能力就可以计算连续梁的承载力。承载能力就可以计算连续梁的承载力。图图 3-10 锚杆减跨作用示意图锚杆减跨作用示意图注意：顶板变形模式注意：顶板变形模式 3.4.1 传统的锚杆支护原理传统的锚杆支护原理n（4 4）组合拱理论）组合拱理论 组合拱理论认为：对于拱形巷道，通过锚杆的预紧力作用，组合拱理论认为：对于拱形巷道，通过锚杆的预紧力作用，在锚杆的两端将形成压缩的在锚杆的两端将形成压缩的锥形体锥形体。当锚杆布置在拱形巷。当锚杆布置在拱形巷道周围并且尺寸合适时，这些锥形体将相互重叠而形成道周围并且尺寸合适时，这些锥形体将相互重叠而形成拱拱形压缩带形压缩带（称为（称为压缩拱压缩拱）。此压缩拱可以承受外面传来的）。此压缩拱可以承受外面传来的载荷。即使是破碎岩石，这个压缩拱也是存在的。载荷。即使是破碎岩石，这个压缩拱也是存在的。组合拱理论的计算方法，采用了比较多的现代研究成果。组合拱理论的