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1、2019/6/6,1,不稳定地层巷道施工与安全,学术讲座,ACADEMIC COURSE,第二节,2019/6/6,2,主要内容,第四章：不稳定围岩巷道支护技术 一、岩石锚杆与喷射混凝土支护技术 二、锚索支护技术 三、软岩巷道锚注支护技术 四、超前锚杆预支护技术 五、高应力大地压巷道中的联合支护,2019/6/6,3,第二节 锚索支护技术 预应力锚杆就是施加有预应力的锚杆。如采用钢绞线、钢丝等线材作锚杆材料，并施加预应力，则被称为锚索。也可以将预应力锚杆和锚索统称为锚索。 一、 锚索结构与材料 （一）锚索与普通锚杆的区别 1、因为要施加预应力，所以锚索在全长范围内要区分锚固段和自由段。锚固段是
2、锚索受力的根基，同时也是能承受预应力的基本条件；自由段是预应力作用的工作段。 2、锚索承受的载荷（预应力）更大，因此锚索体通常采用高强高性能材料；同时对锚固力的要求也更大、更可靠，一般锚固段采用较长段（弱的岩 石中，要求2米以上）的固结，并且通常是全长灌浆。 3、为了向岩体内传递比较高的载荷作用，在锚头部位一般设有专门的墩座或大托盘。,第四章 不稳定围岩巷道支护技术,2019/6/6,4,锚索索体材料应根据材料自身的特点、载荷大小和特性、加固规模、施工场地等因素进行选择。常用的索体材料主要为高强预应力钢绞线，要求具有强度高、柔性好、延伸率低等特性。 预应力锚索常用钢铰线的规格有12.70mm、
3、15.24mm和17.78mm三种。 （三）其它构配件 1、锚具 包括夹具、锚锁（夹具见应用技术规程JGJ85-92）等。预应力锚索采用的锚夹具以夹片式为主，常用的锚具为OVM型、QM型、XM型等。因锚具规格要按钢绞线来选取，因此，在使用中应按所用钢绞线规格选取相应的锚具，以保证锚具夹片与钢绞线之间有良好的匹配关系。 2、承压板 承压板通常由钢板或槽钢构成，承压板的表面应平整并与锚索垂直。承压板要求有足够的刚度。 锚索张拉和锁定前后应用油脂充填锚孔垫板上下部位（锚孔与防护帽的空隙），以起防止钢绞线等金属材料的锈蚀作用。,（二）索体材料与结构,2019/6/6,5,二、锚索的分类与基本结构,锚索
4、的分类方法较多，通常按锚固部分的受力状态来分类，普通锚索形式 分为无应力快装锚索（NTMS）、后应力快装锚索（PTMS）和快装预应力锚索（ITMS）三大系列。根据不同的地质采矿条件，每一系列中又有多种规格的锚索。 1、无应力快装锚索（Non-Tensioned Cables）-NTMS系列 本系列锚索的适应条件是：锚索施加高预应力，安装过程不施加预应力。此类锚索的最大特点是安装简单、快捷。锚索的作用是悬吊、让压。锚索结构形式如图416、图417。 图416 快装无应力锚索（NTMS） 图417 快装无应力防腐蚀锚索（NTMS）,2019/6/6,6,2、快装后应力锚索（Post-Tension
5、ed Cables）-PTMS系列,本系列锚索结构简单、安装快捷，锚索预应力可在锚固剂凝固后施加。锚索的作用可以是悬吊、让压，也可以施加安装预应力，优化组合梁。锚索结构形式如图418、图419 。 图418 快装后应力锚索（PTMS-） 图419 快装后应力防腐蚀锚索（PTMS-）,2019/6/6,7,本系列锚索是快装预应力锚索，在锚索安装的同时产生预应力。其特点是复合结构锚索，具有安装快捷结构合理等特点。锚索结构形式如图420、图421。 图420 快装预应力锚索（ITMS-） 图421 快装预应力防腐蚀锚索（ITMS-） 以上3种锚索是（捷马）济宁矿山支护设备制造公司生产。,3、快装预应
6、力锚索（INSTaL Tensioned Cables Bolts） -ITMS系列,2019/6/6,8,普通锚索锚固力、预应力靠段头锚固来实现，锚固效果差；灌浆锚索克服了这些问题，在锚索安装张拉后，再向锚索体内灌注水泥浆，实现全长锚固的目的。 华丰煤矿清大实业集团公司专门生产灌浆锚索。 三、锚索参数设计 （一）锚索破坏形式 （1）锚索体与注浆固结体之间的剪切或拉伸破坏 锚索与固结体之间因为粘结强度不够，或者粘结界面处应力过于集中而造成的破坏。 （2）注浆固结体与岩体界面之间的剪切破坏 在软弱岩层中由于其强度不够或者应力集中过于严重，使固结体与岩层界面发生脱离，并经常是伴随有岩体局部破碎和塌
7、落。 （3）岩层在预应力或岩层载荷作用下的剪切破坏 由于锚固深度不够，岩层的抗拉拔能力不足而形成的拔出漏斗式破坏。 （4）索体材料的断裂破坏 索体断裂情况比较复杂。大致可能分为两种情况，一种是锚索材料强度不足造成的。另一种可能是预应力过高造成的。,4、灌浆锚索,2019/6/6,9,（5）固结浆体在锚索的拉力或压力作用下破坏 因锚固段固结浆体的强度低，从而使固结浆体形成拉或压破裂。 （6）岩体的整体破坏 由于整体支护能力不够，出现锚索群的破坏，使岩体在较大范围内失稳。 由此可见，锚索支护在设计中要考虑的因素比较多。 （二）锚索设计 锚索设计包括：锚固力大小、固结长度和锚索整体长度（锚固深度与锚
8、索自由段长度）、索体材料的确定及其构成和相应的截面积、锚头设计等。 1、锚固力大小 锚索锚固力大小通常采用工程类比法确定。 2、锚固段长度 一般考虑两种情况破坏： （1）粘结体与孔壁的粘结力不够 其锚固长度计算公式为 式中:L锚固段长度:Tw锚索工作锚固力；D钻孔直径；Sf安全系数； 孔壁与浆液固结体的极限粘结强度。,2019/6/6,10,其锚固长度计算公式为 式中：:L锚固段长度:Tw锚索工作锚固力；d钢绞线直径；Sf安全系数 n钢绞线的根数； 极限剪应力 。 锚固力小于200kN时，锚固长度不宜小于1m；锚固力大于200kN时，不宜小于1.5m。 3、锚固段的深度（自由段长度）h 对于单
9、根锚索： 对于锚索群： 岩体抗剪切强度，kPa； 锚索间距。 4、锚索间排距 根据经验，锚索的间排距应大于1.5m。由于经常是锚索与锚杆联合使用，此时的锚索设计要根据荷载分摊的原则进行。且因为锚固段预应力荷载相对较大，如锚索周围有受力结构物，则应相距3米以上。 5、张拉预应力设计 预应力锚索的张拉预应力的大小需根据锚索材料的极限强度确定。矿山巷道锚索的张拉力一般为锚索材料强度的4060%。,（2）锚索体与粘结体粘结力不够,2019/6/6,11,四、锚索桁架支护 （一）锚索桁架支护原理,锚索桁架是利用拉杆通过张紧装置使桁架锚索处于拉伸状态，给围岩一个压应力，使顶板围岩与两帮围岩形成一瓶颈结构,
10、只要两帮稳定,巷道将保持稳定。 当张拉筋的压应力N0时，锚索垫木块不受力，破碎或裂隙岩石在重力G的作用下将下沉乃至断裂冒落。 当张拉筋的压应力逐渐增大，达到一定值时锚索受力C与垫木受力C将产生垂直分力T、T和水平压应力P、P。当P、P足够大时，原破碎、开裂的岩石的原张拉力转变为压应力而形成岩梁拱。这个拱除可以保持拱本身的稳定外，还可以承受拱上部围岩的应力。垂直分力也有利于提高岩梁拱的支撑能力。锚索桁架力图如图422所示。 图422 锚杆桁架力图,2019/6/6,12,（二）锚（杆）索桁架的分类及支护参数,锚（杆）索桁架按具体采矿地质条件，可分为全锚索桁架（JMS）、锚杆锚索桁架（JMM）和弯
11、曲锚杆锚索桁架（JMB）三大系列。 1、全锚索桁架（JMS系列桁架） JMS锚索桁架主要有JMS6和JMS7两大系列。这一桁架适应巷道宽度2500mm6000mm，侧帮倾斜锚索长度3000mm6000mm。此类锚索适合各种巷道高度，厚度大的煤顶及软弱顶板；可以施加大预应力，有效控制顶板下沉。 JMS系列锚索桁架结构如图423 图423 JMS系列全锚索桁架结构图,2019/6/6,13,2、锚杆锚索桁架（JMM系列桁架） 本系列桁架由倾斜锚杆和锚索拉杆组成，按锚索直径不同分为JMM6和JMM7两大系列。倾斜锚杆可以是快装预应力锚杆或全长锚固锚杆，锚杆长度1600mm2800mm，锚杆直径18m
12、m24mm；锚索直径15.24mm、17.78mm。这种锚杆锚索桁架对厚煤层顺槽具有更好的支护效果，可有效控制顶板下沉。锚索桁架支护结构如图424所示。 图424 JMM系列锚杆锚索桁架结构图,2019/6/6,14,3、弯曲锚杆锚索桁架（JMB系列桁架） 本系列桁架由倾斜锚杆和锚索拉杆组成，按锚索直径不同分为JMB6和JMB7两大系列。倾斜锚杆为全长预锚固锚杆，锚杆长度1600mm2800mm，锚杆直径18mm24mm；锚索直径15.24mm、17.78mm。这种锚杆锚索桁架与其它锚索桁架相比结构更简单，价格更便宜。弯曲锚杆锚索桁架支护结构如图425所示。 图425 JMB系列锚杆锚索桁架结构图,2019/6/6,15,欢迎与大家交流！,山东科技大学学术报告,电话：13605386950(泰安) 13105326980(青岛) Email: ,Thanks for you attention!,