第八章巷道支護(hù)小孔徑錨索支護(hù)技術(shù)2內(nèi)容提要一、概述二、錨索復(fù)合支護(hù)形式三、錨索作用原理四、小孔徑錨索的結(jié)構(gòu)五、錨索支護(hù)參數(shù)的確定六、錨索施工機(jī)具七、錨索安裝工藝八、錨索施工質(zhì)量檢測(cè)九、小孔徑錨索支護(hù)的優(yōu)點(diǎn)3一、概述

小孔徑錨索支護(hù)技術(shù)是1997年煤炭科學(xué)研究總院北京建井研究所、北京開(kāi)采研究所等科研機(jī)構(gòu)研制成功。

該技術(shù)錨固方法是把長(zhǎng)錨索錨入深部的穩(wěn)定巖體上，然后對(duì)錨索施加預(yù)應(yīng)力，預(yù)先對(duì)巖體或構(gòu)件施加主動(dòng)作用力。

該技術(shù)作用合理，施工簡(jiǎn)便，效果顯著，引起了煤礦和其它部門(mén)的重視，應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛。小孔徑錨索如圖8-1所示，圖8-2為制作車間。圖8-1小孔徑錨索圖8-2小孔徑錨索制作車間錨索加工、自動(dòng)切斷機(jī)

6二、錨索復(fù)合支護(hù)形式錨索具有承載能力強(qiáng)、長(zhǎng)度大、成本高等特點(diǎn)，錨索間距一般較大，均需和其它支護(hù)形式構(gòu)成復(fù)合支護(hù)形式，不同的支護(hù)相互配合，取長(zhǎng)補(bǔ)短，可降低支護(hù)成本。改善支護(hù)效果。常用的支護(hù)形式有：錨索—錨桿→即：雙錨支護(hù)；錨索—錨桿—噴射混凝土→即：雙錨噴支護(hù)；錨索—錨桿—金屬網(wǎng)—噴射混凝土→即：雙錨噴網(wǎng)支護(hù)。7三、錨索作用原理錨索與錨桿在巷道支護(hù)中的作用機(jī)理基本相同，具有自承拱作用、組合梁作用和懸吊作用。

1.自承拱作用自承拱作用就是把受采掘影響和被節(jié)理、裂隙、斷層切割而破碎的巖體用預(yù)應(yīng)力錨索加固成壓力拱圈，提高巖體的整體性和自承能力，保持圍巖的穩(wěn)定。在預(yù)應(yīng)力作用下，被錨索內(nèi)外錨固段加固的巖體在一定范圍內(nèi)形成雙向受壓區(qū)，如果錨索長(zhǎng)度和8間距合理，錨索群形成的受壓區(qū)能重疊，從而形成一個(gè)壓縮帶，如圖8-3所示。錨索長(zhǎng)度L與間距S之比(L/S)越大，壓縮圈的厚度就越大，但成本也越大，施工也越難，L/S越小，壓縮圈厚度就越小，甚至不能形成壓縮圈而只能產(chǎn)生單個(gè)的不連續(xù)的壓縮區(qū)。光彈試驗(yàn)表明，用預(yù)應(yīng)力錨索加固受采掘影響的巖體，其經(jīng)濟(jì)合理的錨索長(zhǎng)度和間距是：L/S≥2。2.懸吊作用懸吊作用就是錨索把不穩(wěn)定巖塊吊掛在穩(wěn)定的圖8-3錨索—錨桿支護(hù)自承拱作用原理

1-錨索；2-錨桿；3-錨桿壓力圈；4-錨索壓力圈10巖體上，限制不穩(wěn)定巖塊的位移，防止其冒落。3.組合梁作用

組合梁作用就是錨索穿過(guò)層狀巖層，使巖層層面和層理之間的摩擦力增大，增強(qiáng)巖體的整體性，阻止巖層間的分離、位移，提高巖層的抗彎強(qiáng)度。這就比單純的疊合梁具有更大的承載能力。垂直穿過(guò)巖層的錨索，其組合梁作用尤其明顯。錨索支護(hù)的上述幾種作用，并非各自孤立存在，常常是同時(shí)并存、互為補(bǔ)充，只不過(guò)是在不同的條件下某種作用占主導(dǎo)地位而已。例如，在拱形11巷道中用錨索加固圍巖，自承拱的作用是主要的；而在支護(hù)平層狀的巷道中，就是組合梁的作用為主了。因此，在實(shí)際工作中應(yīng)根據(jù)圍巖情況具體分析，靈活應(yīng)用。雖然錨索和錨桿的支護(hù)作用原理基本相同，但在復(fù)合支護(hù)中兩者的作用并不是簡(jiǎn)單的重復(fù)，這是因?yàn)椋?/p>

（1）錨桿長(zhǎng)度小，壓力圈薄且離巷道壁較近，這個(gè)壓力圈的自承載能力較小，在巷道地壓大、圍巖松動(dòng)圈厚度大時(shí)，錨桿的支護(hù)作用更難發(fā)揮。錨12索長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于錨桿，承載能力強(qiáng)，在預(yù)應(yīng)力作用下形成的圍巖壓力圈厚度大而且離巷道壁較遠(yuǎn)，在圍巖破碎、地壓較大的情況下，錨索的壓力圈恰好給錨桿提供一個(gè)可靠支護(hù)依托，形成大小兩個(gè)圍巖壓力圈共同支護(hù)的狀況。此時(shí)，大壓力圈可承受巷道深部圍巖的自重及壓力，并將壓力轉(zhuǎn)移到深部圍巖，大大減輕小壓力圈的壓力，成為小壓力圈的保護(hù)圈。

（2）錨索長(zhǎng)度大，間距也很大，一般3～5m以上，在預(yù)應(yīng)力作用下形成壓力區(qū)的同時(shí)，兩錨索之13間還有較大的拉應(yīng)力區(qū)，這是錨索支護(hù)的弱點(diǎn)所在。錨桿短而密，當(dāng)錨桿的長(zhǎng)度適當(dāng)時(shí)，可基本消除錨索之間的拉應(yīng)力區(qū)。錨索壓力區(qū)和錨桿壓力區(qū)組合成厚度更大的壓力圈。

（3）在懸吊作用中，錨索可以對(duì)大塊的松動(dòng)巖石起作用，把它懸吊于深部巖層，而對(duì)小塊危巖往往無(wú)能為力。錨桿的懸吊作用恰好相反，把小塊危巖懸吊與錨索壓力圈上。

（4）在節(jié)理裂隙發(fā)育、圍巖破碎的巷道中，錨桿和錨索很難防止巖體風(fēng)化，在水的長(zhǎng)時(shí)間軟化、14侵蝕以及風(fēng)化和巖石的蠕變作用下，巖體變得更加破碎，巖石內(nèi)摩擦角逐漸減小，錨桿和錨索作用下的壓力區(qū)必然相應(yīng)減小，最終連續(xù)的封閉的壓縮帶被破壞。因此在錨索、錨桿支護(hù)體系中加上噴射混凝土是十分必要的。噴射混凝土可盡早封閉圍巖，防止風(fēng)化，保持圍巖的整體強(qiáng)度。其次，噴射混凝土顆粒可填實(shí)已有裂隙，使破碎、松散的表層巖石成為連續(xù)的完整的巖體，再次，在錨桿作用下圍巖表面仍有較小拉應(yīng)力三角區(qū)，噴射混土可使巷道表面圍巖改變受力狀況，消除或減小拉應(yīng)力。15（5）圍巖嚴(yán)重破碎時(shí)，錨桿和噴射混凝往往不能保證松動(dòng)圈的穩(wěn)定，此時(shí)加上金屬網(wǎng)，既可保護(hù)錨桿之間的拉應(yīng)力區(qū)中的圍巖，又能大大提高噴射混凝土層的抗拉強(qiáng)度。四、小孔徑錨索的結(jié)構(gòu)錨索由鋼絞線、錨齒（毛刺）、擋箍、墊板和錨具等組成，如圖8-4所示。

1.鋼絞線

鋼絞線是錨索承受、傳遞支護(hù)力的主體，采用單根7×φ5mm冷軋鋼絞線,如圖8-4所示。應(yīng)選擇預(yù)16圖8-4孔徑預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)1-毛刺；2-鋼絞線；3-鉆孔；4-巷道圍巖表面；5-槽鋼；6-鋼墊板；7-鎖具；L1-內(nèi)錨固段長(zhǎng)度；L2-錨索有效長(zhǎng)度；L3-錨索外露長(zhǎng)度公稱直徑/mm強(qiáng)度等級(jí)/MPa破壞負(fù)荷/kN屈服負(fù)荷/kN伸長(zhǎng)率（%）15（普通鋼絞線）1470205.80174.933.5(L0≥600mm)1570219.52186.5915（低松弛鋼絞線）1725240.20204.201860260.70221050應(yīng)力鋼絞線，具有強(qiáng)度高、韌性好、低松弛等特點(diǎn)，既有一定剛度又有一定柔性，可盤(pán)成卷便于運(yùn)輸，又能自身攪拌樹(shù)脂藥卷快速安裝，適合在空間尺寸較小的巷道中使用。常用鋼鉸線的力學(xué)性能指標(biāo)見(jiàn)表8-1。鋼絞線的長(zhǎng)度視孔深而定，一般比孔深大0.5m即可。通常長(zhǎng)為5～8m。表8-1鋼鉸線的力學(xué)參數(shù)182.錨齒錨齒的作用是打爛、攪拌樹(shù)脂卷。另外，也起到使鋼絞線居中定位作用，避免鋼絞線偏靠孔壁而影響錨固質(zhì)量，一般可用螺栓或點(diǎn)焊的方式固定在鋼絞線上，沿鋼絞線錨固段200～300mm設(shè)一個(gè)錨齒。3.擋箍擋箍的作用是在攪拌樹(shù)脂卷、推送鋼絞線的過(guò)程中，擋住膠狀樹(shù)脂使之不能流出錨固端外。可選用橡膠或塑料，內(nèi)徑能箍緊在鋼絞線上為準(zhǔn)，外徑應(yīng)略小于孔徑。194.墊板、錨具（索頭）墊板和錨具是錨索的外錨固端的受力部件。墊板一般采用槽鋼加錨桿盤(pán)，錨具須選購(gòu)標(biāo)準(zhǔn)件。索具如圖8-5所示。km系列礦用錨索鎖頭km15、km18型礦用錨索錨具圖8-5鎖頭、錨具圖8-6錨索專用錨卡具錨索專用錨卡具如圖8-6所示。適用直徑φ15mm的高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，是錨索的必備卡具。技術(shù)參數(shù)：錨索規(guī)格φ15.3mm錨卡具。21五、錨索支護(hù)參數(shù)的確定其參數(shù)按懸吊理論進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證錨索有能力承擔(dān)其承載范圍內(nèi)潛在錨落巖層的重量。1.巷道每米長(zhǎng)度范圍內(nèi)潛在冒落巖石重量巷道潛在冒落拱高度為：式中HM—巷道潛在冒落拱高度，m；

B—巷道跨度，m；

Kd—頂板巖性系數(shù)；22f—直接頂硬度系數(shù)。巷道潛在冒落拱面積為：式中SM—巷道潛在冒落拱面積,m2。每米巷道潛在冒落煤巖重量為：式中FZ—每米巷道潛在冒落煤巖重量,t/m;

γ1—直接頂煤巖容重，t/m3。

2.單根錨索所承擔(dān)的冒落長(zhǎng)度式中hs—單根錨索所承擔(dān)的冒落長(zhǎng)度，mm；

As—錨索截面積，mm2；

ηs—錨具效率系數(shù)，取值范圍0.9～0.95；

ptk—錨索強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，MPa；FZ—每米巷道潛在冒落煤巖重量,t/m。

3.錨索錨固長(zhǎng)度

錨索錨固長(zhǎng)度有理論錨固長(zhǎng)度和實(shí)際錨固長(zhǎng)度之分，實(shí)際錨固長(zhǎng)度必須大于理論錨固長(zhǎng)度。實(shí)際錨固長(zhǎng)度:式中Ls—實(shí)際錨固長(zhǎng)度，mm；—樹(shù)脂直徑，mm；

lj—樹(shù)脂長(zhǎng)度，mm；

φs—錨索鋼絞線直徑，mm。1Φ2理論上所需錨固長(zhǎng)度:式中La—理論上所需錨固長(zhǎng)度，mm；Ka—安全系數(shù)，取1.5；

φs—錨索鋼絞線直徑，mm。

ptk—錨索強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，MPa；

fcs—錨索與錨固劑設(shè)計(jì)粘結(jié)強(qiáng)度，取10t/m2。4.確定錨索長(zhǎng)度式中L—錨索長(zhǎng)度，mm；Kb—安全系數(shù)，取2左右；

B—巷道跨度，mm；

n—每排錨索根數(shù)，根；Ls—實(shí)際錨固長(zhǎng)度，mm；

Lw—錨索的外露長(zhǎng)度，取300mm。

5.實(shí)例

實(shí)例一：某煤礦運(yùn)輸順槽錨網(wǎng)索支護(hù)斷面如圖8-7、8所示。圖8-7煤礦運(yùn)輸順槽錨網(wǎng)索支護(hù)方式圖8-8煤礦運(yùn)輸順槽錨網(wǎng)索支護(hù)方式

六、錨索施工機(jī)具

1.錨索鉆機(jī)

mqt－85j氣動(dòng)錨桿錨索鉆機(jī)如圖8-9所示。圖8-9mqt－85j氣動(dòng)錨桿錨索鉆機(jī)

mty系列液壓錨桿錨索鉆機(jī)如圖8-10所示。

圖8-10mty系列液壓錨桿錨索鉆機(jī)2.鉆桿錨索鉆桿——鉆桿間的連接用連接套，如圖8-11所示。

圖8-11錨索鉆桿

3.鉆頭錨索鉆頭如圖8-12所示。

圖8-12錨索鉆頭

4.錨索攪拌器錨索攪拌器如圖8-13所示。圖8-13

錨索攪拌器

5.錨索張拉機(jī)具錨索張拉機(jī)具如圖8-14、15所示。圖8-14

錨索張拉機(jī)具mqy120、mq18-200/50錨索張拉機(jī)具圖8-15sm系列手動(dòng)錨索安裝機(jī)具sm系列手動(dòng)錨索安裝機(jī)具如圖8-15所示。

6.錨索切斷器

錨索切斷器如圖8-16所示。

圖8-16錨索切斷器37

七、錨索安裝工藝

錨索施工可分為地面準(zhǔn)備、鉆孔、安裝(錨固）、張拉4個(gè)主要工序。1.地面準(zhǔn)備

首先檢查鋼絞線，截去松絲、嚴(yán)重銹蝕和死彎部分，按設(shè)計(jì)長(zhǎng)度截?cái)噤摻g線，除去鐵銹和污泥，在錨固頭安裝毛齒和擋圈，最后盤(pán)成圈。2.鉆孔

⑴按設(shè)計(jì)的孔位、孔深和角度等，用錨桿鉆機(jī)鉆孔。38

⑵鉆到設(shè)計(jì)孔深后，鉆桿帶著鉆頭在孔中鏜幾次，將孔壁上的滋翹的石渣除掉，使孔壁光滑，孔徑不小于設(shè)計(jì)尺寸。

⑶成孔要直，45°角以下的孔要進(jìn)行吹孔清理。

⑷當(dāng)鋼絞線在孔中推送、拔出順暢自如時(shí)，視該孔為成孔；否則為不合格孔，應(yīng)按“⑵”條進(jìn)行清孔。如若此孔實(shí)在達(dá)不到要求，應(yīng)錯(cuò)開(kāi)原孔位另打新孔。3.安裝(錨固)

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(1)檢查錨索錨固段結(jié)構(gòu)是否完好無(wú)損，破壞、松動(dòng)的部位要修整，沾染的污垢要沖洗干凈，禁用折彎等不合格的錨索。

(2)送錨索前用錨索探孔，錨索在孔中推送、拔出自如后方可進(jìn)行下一步驟，否則要處理鉆孔。向孔內(nèi)送入樹(shù)脂卷和錨索。先將樹(shù)脂卷送入孔內(nèi)，(按快慢性能順序送入)，后用錨索推送樹(shù)脂卷至孔底。按圖8-17所示連接好安裝系統(tǒng)，開(kāi)動(dòng)錨桿鉆機(jī)進(jìn)行攪拌，錨固錨索。

(3)安裝、攪拌要求圖8-17樹(shù)脂藥卷快速錨固錨索安裝系統(tǒng)

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①一人手扶錨索，使其盡量不打彎減少震動(dòng)。錨索鉆機(jī)推力要適中，使其既能轉(zhuǎn)動(dòng)推進(jìn)錨索，又不使錨索太彎而影響轉(zhuǎn)動(dòng)。

②剛開(kāi)始攪拌的5s內(nèi)轉(zhuǎn)速要慢，每秒1～2轉(zhuǎn)為宜，然后逐漸提高轉(zhuǎn)速至鉆機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。這一過(guò)程3～5s內(nèi)完成，之后一直平穩(wěn)攪拌完畢。

③攪拌推進(jìn)的平均速度為50～60mm/s，整個(gè)攪拌過(guò)程在20～30s內(nèi)完成。

④攪拌推進(jìn)過(guò)程不允許間歇停頓，在攪拌推進(jìn)整個(gè)過(guò)程結(jié)束后，拆除系統(tǒng)過(guò)程中不能拉動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)42錨索，否則將破壞錨固劑的初凝、導(dǎo)致錨固失敗。攪拌停止拆卸系統(tǒng)前，穩(wěn)住錨索不動(dòng)，停頓30s左右，以保證錨固劑初凝、固定住錨索、不因自重而下滑。4.張拉

當(dāng)攪拌安裝達(dá)到凝固時(shí)間后(一般凝固時(shí)間設(shè)計(jì)為30min，若工程狀況允許可延長(zhǎng)些)，就可進(jìn)行張拉。

張拉過(guò)程如下：

(1)按圖8-18所示將機(jī)具等安裝連接好。圖8-18錨索張拉系統(tǒng)圖44

(2)墊實(shí)墊板，墊板平面要垂直于鉆孔軸線，保證錨索受力在一條直線上。

(3)1人加壓(操作手動(dòng)或電動(dòng)加壓泵)、1人觀看壓力表、1人觀察千斤頂及其周圍情況，達(dá)到設(shè)計(jì)的預(yù)應(yīng)力便停止加壓，當(dāng)出現(xiàn)其它異常情況(如系統(tǒng)漏油、壓力突增突減、異常聲音、墊板底部結(jié)構(gòu)壓壞等)暫停加壓，回缸卸壓、處理情況。

(4)加壓過(guò)程要平穩(wěn)，不能忽快忽慢，使得壓力表指針平穩(wěn)上升或千斤頂油缸均勻伸縮。

(5)一次出缸張拉或重復(fù)出缸完成張拉過(guò)程情45況都有。若在設(shè)計(jì)的預(yù)應(yīng)力值范圍之內(nèi)(或進(jìn)行破壞性張拉試驗(yàn))達(dá)到某一應(yīng)力值時(shí)，只出缸而壓力值不升(甚至下降)，則可判定此時(shí)拉力值達(dá)到了錨索的極限錨固力。

(6)達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力值后停止加壓，扳動(dòng)換向閥，反向加壓、回缸(此時(shí)要有專人托住千斤頂，或事先系掛好千斤頂，防止卸壓后脫落)，使錨具鎖緊。取下千斤頂，完成了一根錨索的張拉。照此重復(fù)進(jìn)行下一錨索的張拉。5.外錨端多余部分錨索切除46

張拉完后需要對(duì)外錨端多余部分錨索切除時(shí)，利用專用錨索切斷器與張拉機(jī)具中的加壓部分相配合進(jìn)行切斷處理。

外錨端多余部分錨索切除、切斷操作程如下：

(1)按圖8-19所示連接好機(jī)具。

(2)專人托扶切斷器或?qū)⑵湎翟诶喂痰慕Y(jié)構(gòu)體上。

(3)穿上切斷器后，在鋼鉸線的端頭套上專用套筒并用手攥緊，防止切斷瞬間斷掉的鋼絞線崩散產(chǎn)生危險(xiǎn)。圖8-19外錨端多余錨索切除系統(tǒng)圖48

(4)平穩(wěn)加壓直至切斷。若達(dá)到通常的切斷力仍不切斷時(shí)，應(yīng)檢查一下刀刃，如為鈍刀應(yīng)及時(shí)更換。

(5)切斷的瞬間有時(shí)產(chǎn)生火花，要有預(yù)防瓦斯爆炸的措施(如檢驗(yàn)瓦斯含量是否超限，加大通風(fēng)等)。

(6)安裝好的錨索如圖8-20所示。圖8-20安裝好的錨索某煤礦開(kāi)切眼支護(hù)結(jié)構(gòu)如圖8-21所示。圖8-21

某煤礦開(kāi)切眼錨網(wǎng)索支護(hù)50

八、錨索施工質(zhì)量檢測(cè)