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小孔径锚索支护.pptx
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1、2024/8/9 周五1内内 容容一、概一、概 述述二、锚索复合支护形式二、锚索复合支护形式三、锚索作用原理三、锚索作用原理四、小孔径锚索的结构四、小孔径锚索的结构五、锚索支护参数的确定五、锚索支护参数的确定六、锚索施工机具六、锚索施工机具七、锚索安装工艺七、锚索安装工艺八、锚索施工质量检测八、锚索施工质量检测九、小孔径锚索支护的优点九、小孔径锚索支护的优点2024/8/9 周五2一、概一、概 述述小孔径锚索支护技术是小孔径锚索支护技术是19971997年煤炭科学研年煤炭科学研究总院北京建井研究所、北京开采研究所究总院北京建井研究所、北京开采研究所等科研机构研制成功。等科研机构研制成功。该技术
2、锚固方法是把长锚索锚入深部的稳该技术锚固方法是把长锚索锚入深部的稳定岩体上,然后对锚索施加预应力,预先定岩体上,然后对锚索施加预应力,预先对岩体或构件施加主动作用力。对岩体或构件施加主动作用力。该技术作用合理,施工简便,效果显著,该技术作用合理,施工简便,效果显著,引起了煤矿和其它部门的重视,应用范围引起了煤矿和其它部门的重视,应用范围越来越广泛。越来越广泛。2024/8/9 周五3小孔径锚索小孔径锚索 2024/8/9 周五4锚索制作车间锚索制作车间 2024/8/9 周五5二、锚索复合支护形式二、锚索复合支护形式 锚索具有承载能力强、长度大、成本高等特锚索具有承载能力强、长度大、成本高等特
3、点,锚索间距一般较大,均需和其它支护形式构点,锚索间距一般较大,均需和其它支护形式构成复合支护形式,不同的支护相互配合,取长补成复合支护形式,不同的支护相互配合,取长补短,可降低支护成本。改善支护效果。常用的支短,可降低支护成本。改善支护效果。常用的支护形式有:护形式有:锚索锚索锚杆锚杆即:双锚支护;即:双锚支护;锚索锚索锚杆锚杆喷射混凝土喷射混凝土即:双锚喷支护;即:双锚喷支护;锚索锚索锚杆锚杆金属网金属网喷射混凝土喷射混凝土即:双锚喷即:双锚喷网支护。网支护。等等等等2024/8/9 周五6三、锚索作用原理三、锚索作用原理 锚索和锚杆在巷道支护中的作用机理基本相同,都有自承锚索和锚杆在巷道
4、支护中的作用机理基本相同,都有自承拱作用、组合梁作用和悬吊作用。拱作用、组合梁作用和悬吊作用。1 1、自承拱作用。、自承拱作用。自承拱作用就是把受采掘影响和被节理、裂隙、断层切割自承拱作用就是把受采掘影响和被节理、裂隙、断层切割而破碎的岩体用预应力锚索加固成压力拱圈,提高岩体的整而破碎的岩体用预应力锚索加固成压力拱圈,提高岩体的整体性和自承能力,保持围岩的稳定。体性和自承能力,保持围岩的稳定。在预应力作用下,被锚索内外锚固段加固的岩体在一定范在预应力作用下,被锚索内外锚固段加固的岩体在一定范围内形成双向受压区,如果锚索长度和间距合理,锚索群形围内形成双向受压区,如果锚索长度和间距合理,锚索群形
5、成的受压区能重叠,从而形成一个压缩带,如下图所示。成的受压区能重叠,从而形成一个压缩带,如下图所示。锚索长度锚索长度L L与间距与间距S S之比之比(L/S)(L/S)越大,压缩圈的厚度就越大,越大,压缩圈的厚度就越大,但成本也越大,施工也越难,但成本也越大,施工也越难,L/SL/S越小,压缩圈厚度就越小,越小,压缩圈厚度就越小,甚至不能形成压缩圈而只能产生单个的不连续的压缩区。光甚至不能形成压缩圈而只能产生单个的不连续的压缩区。光弹试验表明,用预应力锚索加固受采掘影响的岩体,其经济弹试验表明,用预应力锚索加固受采掘影响的岩体,其经济合理的锚索长度和间距是:合理的锚索长度和间距是:L/S2L/
6、S2。2024/8/9 周五7锚索锚索锚杆支护自承拱作用原理锚杆支护自承拱作用原理1-1-锚索;锚索;2-2-锚杆;锚杆;3-3-锚杆压力圈;锚杆压力圈;4-4-锚索压力圈锚索压力圈2024/8/9 周五8三、锚索作用原理三、锚索作用原理2 2、组合梁作用。、组合梁作用。组合梁作用就是锚索穿过层状岩层,使岩层层面组合梁作用就是锚索穿过层状岩层,使岩层层面和层理之间的摩擦力增大,增强岩体和层理之间的摩擦力增大,增强岩体 的整体性,阻的整体性,阻止岩层间的分离、位移,提高岩层的抗弯强度。这就止岩层间的分离、位移,提高岩层的抗弯强度。这就比单纯的叠合梁具有更大的承载能力。垂直穿过岩层比单纯的叠合梁具
7、有更大的承载能力。垂直穿过岩层的锚索,其组合梁作用尤其明显。的锚索,其组合梁作用尤其明显。3 3、悬吊作用。、悬吊作用。悬吊作用就是锚索把不稳定岩块吊挂在稳定的岩悬吊作用就是锚索把不稳定岩块吊挂在稳定的岩体上,限制不稳定岩块的位移,防止其冒落。体上,限制不稳定岩块的位移,防止其冒落。上述几种作用常常不是单一存在的,而是综合在上述几种作用常常不是单一存在的,而是综合在一起的,而且在不同的情况下不同作用的地位有主次一起的,而且在不同的情况下不同作用的地位有主次之分,因此,在实际工作中应具体分析。之分,因此,在实际工作中应具体分析。2024/8/9 周五9三、锚索作用原理三、锚索作用原理 虽然锚索和
8、锚杆的支护作用原理基本相同,但在复虽然锚索和锚杆的支护作用原理基本相同,但在复合支护中两者的作用并不是简单的合支护中两者的作用并不是简单的 重复。重复。锚杆长度小,压力圈薄且离巷道壁较近,这个压锚杆长度小,压力圈薄且离巷道壁较近,这个压力圈的自承载能力较小,在巷道地压力圈的自承载能力较小,在巷道地压 大、围岩松动大、围岩松动圈厚度大时,锚杆的支护作用更难发挥。锚索长度远圈厚度大时,锚杆的支护作用更难发挥。锚索长度远大于锚杆,承载能力强,大于锚杆,承载能力强,在预应力作用下形成的围在预应力作用下形成的围岩压力圈厚度大而且离巷道壁较远,在围岩破碎、地岩压力圈厚度大而且离巷道壁较远,在围岩破碎、地压
9、较大情况压较大情况 下,锚索的压力圈恰好给锚杆提供一个下,锚索的压力圈恰好给锚杆提供一个可靠支护依托,形成大小两个围岩压力圈共同支护可靠支护依托,形成大小两个围岩压力圈共同支护 的状况。此时,大压力圈可承受巷道深部围岩的自重的状况。此时,大压力圈可承受巷道深部围岩的自重及压力,并将压力转移到深部围岩,大及压力,并将压力转移到深部围岩,大 大减轻小压大减轻小压力圈的压力,成为小压力圈的保护圈。力圈的压力,成为小压力圈的保护圈。2024/8/9 周五10三、锚索作用原理三、锚索作用原理 锚索长度大,间距也很大,一般锚索长度大,间距也很大,一般3 35m5m以上,以上,在预应力作用下形成压力区的同时
10、,两锚索之在预应力作用下形成压力区的同时,两锚索之间还有较大的拉应力区,这是锚索支护的弱点间还有较大的拉应力区,这是锚索支护的弱点所在。锚杆短而密,当锚杆的长度适当时,可所在。锚杆短而密,当锚杆的长度适当时,可基本消除锚索之间的拉应力区。锚索压力区和基本消除锚索之间的拉应力区。锚索压力区和锚杆压力区组合成厚度更大的压力圈。锚杆压力区组合成厚度更大的压力圈。在悬吊作用中,锚索可以对大块的松动岩在悬吊作用中,锚索可以对大块的松动岩石起作用,把它悬吊于深部岩层,而对小块危石起作用,把它悬吊于深部岩层,而对小块危岩往往无能为力。锚杆的悬吊作用恰好相反,岩往往无能为力。锚杆的悬吊作用恰好相反,把小块危岩
11、悬吊与锚索压力圈上。把小块危岩悬吊与锚索压力圈上。2024/8/9 周五11三、锚索作用原理三、锚索作用原理 在节理裂隙发育、围岩破碎的巷道中,锚杆和锚索在节理裂隙发育、围岩破碎的巷道中,锚杆和锚索很难防止岩体风化,在水的长时间软化、侵蚀以及风很难防止岩体风化,在水的长时间软化、侵蚀以及风化和岩石的蠕变作用下,岩体变得更加破碎,岩石内化和岩石的蠕变作用下,岩体变得更加破碎,岩石内摩擦角逐渐减小,锚杆和锚索作用下的压力区必然相摩擦角逐渐减小,锚杆和锚索作用下的压力区必然相应减小,最终连续的封闭的压缩带被破坏。因此在锚应减小,最终连续的封闭的压缩带被破坏。因此在锚索、锚杆支护体系中加上喷射混凝土是
12、十分必要的。索、锚杆支护体系中加上喷射混凝土是十分必要的。喷射混凝土可尽早封闭围岩,防止风化,保持围岩的喷射混凝土可尽早封闭围岩,防止风化,保持围岩的整体强度。其次,喷射混凝土颗粒可填实已有裂隙,整体强度。其次,喷射混凝土颗粒可填实已有裂隙,使破碎、松散的表层岩石成为连续的完整的岩体,再使破碎、松散的表层岩石成为连续的完整的岩体,再次,在锚杆作用下围岩表面仍有较小拉应力三角区,次,在锚杆作用下围岩表面仍有较小拉应力三角区,喷射混土可使巷道表面围岩改变受力状况,消除或减喷射混土可使巷道表面围岩改变受力状况,消除或减小拉应力。小拉应力。围岩严重破碎时,锚杆和喷射混凝往往不能保证围岩严重破碎时,锚杆
13、和喷射混凝往往不能保证松动圈的稳定,此时加上金属网,既可保护锚杆之间松动圈的稳定,此时加上金属网,既可保护锚杆之间的拉应力区中的围岩,又能大大提高喷射混凝土层的的拉应力区中的围岩,又能大大提高喷射混凝土层的抗拉强度。抗拉强度。2024/8/9 周五12四、小孔径锚索的结构四、小孔径锚索的结构 锚索由钢绞线、锚齿、挡箍、垫板和锚具等组锚索由钢绞线、锚齿、挡箍、垫板和锚具等组成,如下图所示:成,如下图所示:2024/8/9 周五13四、小孔径锚索的结构四、小孔径锚索的结构1、钢绞线、钢绞线 钢绞线是锚索承受、传递支护力的主体,采用单根钢绞线是锚索承受、传递支护力的主体,采用单根75mm冷轧钢绞线。
14、其力学性能指标见下表。钢绞线的冷轧钢绞线。其力学性能指标见下表。钢绞线的长度视孔深而定,一般比孔深大长度视孔深而定,一般比孔深大0.5m即可。通常长为即可。通常长为58m。公称直径公称直径/mm强度等级强度等级/MPa破坏负荷破坏负荷/kN屈服负荷屈服负荷/kN伸长率伸长率(%)15(普通钢绞(普通钢绞线)线)1470205.80174.933.5(L0600mm)1570219.52186.5915(低松弛钢绞(低松弛钢绞线)线)1725240.20204.201860260.702210502024/8/9 周五14四、小孔径锚索的结构四、小孔径锚索的结构2 2、锚齿、锚齿 锚齿的作用是打
15、烂、搅拌树脂卷。另外,也起锚齿的作用是打烂、搅拌树脂卷。另外,也起到使钢绞线居中定位作用,避免钢绞线偏靠孔壁而到使钢绞线居中定位作用,避免钢绞线偏靠孔壁而影响锚固质量,一般可用螺栓或点焊的方式固定在影响锚固质量,一般可用螺栓或点焊的方式固定在钢绞线上,沿钢绞线锚固段钢绞线上,沿钢绞线锚固段200300mm200300mm设一个锚齿。设一个锚齿。3 3、挡箍、挡箍 挡箍的作用是在搅拌树脂卷、推送钢绞线的过挡箍的作用是在搅拌树脂卷、推送钢绞线的过程中,挡住胶状树脂使之不能流出锚固端外。可选程中,挡住胶状树脂使之不能流出锚固端外。可选用橡胶或塑料,内径能箍紧在钢绞线上为准,外径用橡胶或塑料,内径能箍
16、紧在钢绞线上为准,外径应略小于孔径。应略小于孔径。4 4、垫板、锚具(索头)、垫板、锚具(索头)垫板和锚具是锚索的外锚固端的受力部件。垫垫板和锚具是锚索的外锚固端的受力部件。垫板一般采用槽钢加锚杆盘,锚具须选购标准件。索板一般采用槽钢加锚杆盘,锚具须选购标准件。索具如下图所示。具如下图所示。2024/8/9 周五15km系列矿用锚索锁头2024/8/9 周五16km15、km18型矿用锚索锚具 2024/8/9 周五17锚卡具适用直径适用直径15mm的高强度的高强度低松弛钢低松弛钢绞线,是绞线,是锚索的必锚索的必备卡具。备卡具。技术参数:技术参数:锚索规格锚索规格15.3mm锚卡具锚卡具202
17、4/8/9 周五18五、锚索支护参数的确定五、锚索支护参数的确定 其参数按悬吊理论进行设计,保证锚索有能力承担其承其参数按悬吊理论进行设计,保证锚索有能力承担其承载范围内潜在锚落岩层的重量。载范围内潜在锚落岩层的重量。1、巷道每米长度范围内潜在冒落岩石重量、巷道每米长度范围内潜在冒落岩石重量巷道潜在冒落拱高度为:巷道潜在冒落拱高度为:巷道潜在冒落拱面积为:巷道潜在冒落拱面积为:每米巷道潜在冒落煤岩重量为:每米巷道潜在冒落煤岩重量为:直接顶硬度系数直接顶硬度系数顶板岩性系数顶板岩性系数巷道跨度,巷道跨度,m直接顶煤岩容重,直接顶煤岩容重,t/m32024/8/9 周五19五、锚索支护参数的确定五
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