第二讲_岩石巷道的锚喷支护(ppt)

M M0 N0r1 cos qr2 sin cos 1
Q N0 sinn qr cosn N qr sinn N0 cosn
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当锚杆径向布置时作裂缝强度校核。 a. 径向缝的强度校核
设组合拱有一条径向缝，与垂直线成φ角。假设剪力全 由岩石承受，则应满足：
Q Q y
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假定岩体摩尔包络线为直线，
其内摩擦角为 ，则不管 3
多大，剪切角 均为一定值：
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2
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剪切滑动线上任意点的半径为：
r
r e( ) tan 0
剪切范围高度为：
h 2r0 cos
r0 ——洞室半径
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喷混凝土的容许承载力：
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喷锚结构设计原理和计算方法
锚杆喷混凝土联合加固结构是将岩石、锚杆和 喷混凝土三者视为一整体的组合结构，其设计原 理和计算方法主要有三种。
悬吊 组合拱 压剪破坏
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一、按悬吊设计原理的计算方法
锚喷结构可用受力分配的方法计算锚杆参数和喷混凝土厚度。 即不稳定大块岩石或松动围岩，主要由锚杆承受，锚杆间不 稳定岩石则由喷混凝土支撑。
Ql0
Q
0.514
0.552
0.614
0.692
0.785
ql0
Q值为半个拱上的总荷载 f—矢高 l0—计算跨度。
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拱脚处径向截面内力：
Qn Hn sinn Vn cosn Nn Vn sinn Hn cosn
弯矩Mn直接由表查得。
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锚杆支护：保障高产高效 主动加固，充分利用围岩自身的稳定性和强度 根本消除棚式支护空顶产生的瓦斯积聚、煤层 自燃等隐患 巷道变形量仅为同类条件棚式支护的1/2左右 支护成本节约1/3以上 与综机配套组成掘、支、运机械化作业线，单 进大幅提高 端头处理简单，能保障大功率设备正常工作， 工作面快速推进，单产显著提高
澳大利亚
主要推广全长树脂锚固锚杆、玻璃钢锚杆；
澳大利亚的51座井工矿中，有34座至少拥有1个长壁工 作面。长壁工作面采用双巷掘进系统。长壁工作面采区 煤巷掘进速度滞后是影响澳大利亚煤炭工业发展的一个 主要因素。每掘进1m煤巷，安装6根顶板锚杆和2根煤壁 锚杆，每班安装锚杆100～120根。根据不同地质条件， 安装锚杆的根数也会变化。目前一些煤矿采用了安设有 锚杆机的连续采煤机，但由于锚杆安装速度跟不上工作 面回采速度，一些煤矿逐渐采用了位置变换开采法。澳 大利亚主要推广全长树脂锚固锚杆，强调锚杆强度要高。
３ 国内外煤巷锚杆支护技术比较
a) 锚杆钻机的发展代表着锚杆技术
的发展：国际锚杆钻机市场上锚杆 钻机可分为三类：（1）手持式钻 机，如gophers、wombats和superoo 钻机。（2）移动式钻机。这种钻 机采用履带或橡胶轮，可安装1台、 2台、3台或4台钻机。（3）机载钻 机，即钻机被固定在连续采煤机和
２．我国煤巷锚杆发展概状
作为世界上最大的井工矿煤炭生产国，中国采用
了各种各样的顶板支护技术，从梯形支架到U型钢 支架、钢梁，现在大多数主要煤矿采用了锚杆支护 技术。全部机械化顶板锚杆安装技术（采用位置变 换系统并使用移动式锚杆机）在神华集团得到了使 用。目前中国有9台移动式锚杆安装机，预计将来会 逐渐增加。中国大部分煤矿使用手持钻机安装锚杆。

锚喷支护设计原则和方法
三、理论验算法
锚喷支护（属于1柔）性薄目型支前护 是地下工程支护设计的辅助方法，却是今后设计的发展 （1）根据方围岩向分。级及分工程为断面整尺寸体或隧稳道毛定跨，性直接验确算定锚与喷支局护参部数与失施工稳方法验。 算。
（4）使用效果与量测手段、量测地段的选择、量测数据的可靠性、量测数据的分析与利用关系很大。 （1）建立在现代岩石力学理论特别是空间效应分析基础上的图解分析法。
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锚喷支护设计原则和方法
四、典型类比监控反演法
（1）综合方法，较好地解决了岩体力学参数和地应力难以获得的问 题，又完善了监控量测法的反馈工作。 （2）用工程类比法初选锚喷支护参数；对“围岩-支护”结构进行施 工监测；选择可靠量测数据，利用适当的力学模型和数值计算方法进 行反演分析，求得地应力和岩体力学参数；根据反演得到的地应力和 岩体力学指标，采用“地层-结构”模型模拟开挖过程，分析围岩受 力状态和围岩稳定性，对施工方法、支护时机、支护参数做出必要的 修正。
（1）锚喷支护的类型和参数可根据各段不同的地质条件随时调整。
（2）支护组合和设置时间的可分性
（3）广泛的适用性
6、密封性：及时封闭围岩的暴露面，阻止围岩的潮解和风化。
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锚喷支护设计原则和方法
一、工程类比法
（1）根据围岩分级及工程断面尺寸或隧道毛跨，直接确定锚 喷支护参数与施工方法。
现代支护理论（新奥法原则）
A、围岩和围岩压力的认识
传统支护理论针对松散体；现代支护理论认为岩层具有一 定的自稳能力，其力学机制已为围岩特征线与支护特征线理 论得到了很好的描述。
B、围岩与支护的相互关系
围岩与支护分开，荷载结构模型。围岩与支护的不可分割的统 一体。

1.技术上先进，质量上可靠 具有良好的物理力学性能，抗压强度较高，能起支撑地压作业； 混凝土能充填围岩的裂隙、节理和凹穴的岩石，提高围岩强度； 完全隔绝了空气、水与围岩接触，有效防止风化潮解而引起的 围岩破坏与剥落； 不仅提高围岩的自撑能力，且使混凝土与围岩形成一个共同工 作的力学统一体，把岩石载荷转化成岩石承载结构。 2.经济上合理，工艺上简便 开挖工作量可减少15%以上，支护材料也大幅度减少； 支护速度可以提高2~4倍，劳动力节省50%以上。
巷道支护
掘进基础知识
巷道施工一般包括掘进、支护和安装3 大环节。掘进和支护两个工序关系密切， 必须正确而又及时的予以支护，掘进工作 才能正常进行。
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巷道支护形式简介 锚杆支护 重点
锚索支护
喷射混凝土支护
目 录
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6
联合支护
本课小节
难点
一、巷道支护形式简介
二、锚杆支护
锚杆支护就是在巷道掘进后，先向围岩打 眼，在眼孔内锚入锚杆，把巷道围岩予以加固， 充分利用围岩自身强度，从而达到支护巷道的 目的。
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锚杆支护
（3）对于层状岩体，由于锚杆的作用，对岩层离层产生一 定的阻碍作用，并增大了岩层间的摩擦力，与锚杆本身的抗 剪作用阻止了岩层间产生相对滑动，从而将整个岩层夹紧形 成组合梁，提高了岩层的承载能力。
（4）由于锚杆作用，从而形成了3个作用面，改变了边界岩 体的受力状态，使其由二维应力状态转化为三维应力状态， 提高了岩体的承载能力。
锚杆支护可大幅度节约大量钢材、木材等支护材料。
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锚杆支护
（二）锚杆分类
1. 按照锚杆的锚固方式可以分为： （1）机械锚固式锚杆：楔缝式、倒楔式及胀壳式锚杆。 （2）黏结锚固式锚杆：树脂锚杆、水泥锚杆及水泥 砂浆锚杆。 （3）摩擦锚固式锚杆：管缝式锚杆及胀管式锚杆。 （4）混合锚固式锚杆：同时使用两种或两种以上锚 固方式的锚杆。

（4）锚杆向高强度、高可靠性方向发展。一方面，研制具有一 定延伸率的高强度锚杆材料，如澳大利亚锚杆杆体材料的屈 服强度在400~600MPa，有的甚至大于600MPa；英国锚杆材 料的屈服强度为640~720MPa；美国锚杆材料的屈服强度为 414~689MPa；另一方面加大锚杆直径，国外多数使用 φ20~22mm的锚杆，有的达到φ24mm。锚杆杆体的拉断载荷 一般在200kN以上，有的甚至超过300kN。英国还研制出拉 断载荷500kN的大锚杆。在提高锚杆强度的条件下，降低支 护密度，有利于快速掘进。
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（2）1960年~1970年，树脂锚杆研制成功，并得到推广应用。 1958年德国开始研制树脂锚杆，于1959年在煤矿井下进行试 验，1961年取得成功。之后树脂锚杆在世界主要采煤国家逐 步得到应用和发展。初期树脂锚杆为端部树脂锚固，锚杆孔 径较大（38~45mm），以后发展到小孔径（ 22~30mm）全 长锚固树脂锚杆。这种锚杆锚固力大、可靠性高、适应性强， 极大地促进了锚杆支护技术的发展与广泛应用。
时，易发生大面积冒落或伤亡事故。
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（7）降低支护成本
采用锚杆支护，可以大量地节约钢材、木材等材料，降低支 护成本。
（8）减少工人的劳动强度
（9）减少辅助运输量
1.2 我国煤矿巷道布置及围岩条件的变化趋势— —迫切要求发展锚杆支护
随着开采深度、强度与范围的增加，巷道布置及围岩出现了 以下变化趋势：
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（3）根据本国巷道地质与生产条件，采用适宜的锚杆形式。如 澳大利亚、英国主要采用树脂全长锚固螺纹钢锚杆。美国使 用的锚杆种类比较多，包括树脂锚固锚杆、涨壳式锚杆及混 合锚固锚杆。德国除使用树脂锚固锚杆外，还研制了可拉伸 锚杆，使锚杆既具有足够的支护阻力，又有一定的延伸性， 适应围岩变形强烈的条件。

6.粉煤灰硅酸盐水泥：
组成： 硅酸盐水泥熟料 + 粉煤灰（20～40%） + 适量石膏。 应用：硬化较慢，早期强度较低， 不宜有早强要求的工程和低
温工程； 水化热少（同标号普通水泥的70%），可用于大体积 混凝土。
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混凝土工程特点或 所处环境条件
优先选用
可以选用
不宜使用
1.在普通气候环境中
160 140 120 100
80 60 40 20
0 0
煤
页岩
砂页岩
砂岩
5
10
15
原岩应力p 0/MPa
石灰岩 20
花岗岩 25
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三种类型
第一类为各种被动支护形式，包括木棚支架、钢筋混凝土支 架、金属型钢支架、料石碹、混凝土及钢筋混凝土碹等；
第二类是以锚杆支护为主，旨在改善巷道围岩力学性能的积 极支护形式，包括锚喷支护、锚网支护、锚喷网支护等；
经拌和后形成的拌合物应具有一定的和易性； 混凝土应在规定龄期达到设计要求的强度； 混凝土应具有适应其所处环境的耐久性； 经济合理，在保证质量前提下，降低造价
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⑴ 和易性
是指混凝土拌和物易于施工操作（拌和、运输、浇筑和捣实）， 并能获得质量均匀、成型密实的性能。
指标：流动性、粘聚 性、保水性。
第三类是以锚杆和注浆加固为主的积极主动加固形式，如锚 注支护、预应力锚索支护技术等。
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第一节 支护材料
棚式支架 支护
———— 石材整体支护
梯形金属支架 索
料石
拱形可缩金属支架
砖
木支架
混凝土
钢筋混凝土支架
钢筋— 锚喷

喷射混凝土支护施工速度快， 能够快速提供支护，减少围岩 暴露时间。
喷射混凝土支护能够根据需要 进行局部加强，对不同地层和 断面形状的适应性较强。
喷射混凝土支护的应用范围
喷射混凝土支护广泛应用于地下工程、隧道工程、采矿工程等领域的巷道支护。
在软弱围岩、破碎围岩、地层变化较大的地段等复杂地质条件下，喷射混凝土支护 具有显著的优势。
材料搅拌
将水泥、骨料、水等按照配合比进 行搅拌，确保混凝土搅拌均匀。
运输
将搅拌好的喷射混凝土运输到喷射 地点，注意防止混凝土离析和凝固。
喷射混凝土的施工方法
01
02
03
04
喷射方式选择
根据实际情况选择合适的喷射 方式，如干喷、湿喷或混合喷
等。
喷射角度和距离
控制喷射角度和距离，确保混 凝土能够均匀地覆盖在巷道表
喷射操作
喷射操作应按照“先墙后拱、自下而上、分段分层”的顺 序进行，喷射时应控制好水灰比，保证喷射的混凝土无干 斑、无流淌、粘着力强、回弹少。
喷射工作结束后的处理
喷射工作结束后，应按设计要求对喷射混凝土进行养护。
质量检测与评估
外观检查
对喷射混凝土的外观质量进行 检查，包括是否出现裂缝、脱 落、漏喷、钢筋暴露等情况。
材料广泛
喷射混凝土支护所使用的原材料丰富， 价格相对较低，降低了工程成本。
强度高
喷射混凝土支护具有较高的抗压、抗 拉和抗剪强度，能够有效地承载巷道 的压力。
适应性广
喷射混凝土支护可以根据巷道的形状 和尺寸进行灵活的调整，适应性强。
缺点分析
环境污染
维护困难
喷射混凝土支护过程中会产生大量的粉尘 和噪音，对环境造成一定程度的污染。

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1、隧道洞周收敛达2m 2、锚杆伸入软弱层太 短，仅2m
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喷射混凝土的施工
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锚杆的布置
系统锚杆布置原则 在隧道断面上，系统锚杆宜按垂直隧
道周边轮廓布置，当遇层状岩层时，应 增设与主结构面成最大角度的锚杆。在 掩面上，锚杆宜成菱形排列。 根据工程经验，系统锚杆间距不宜大 于锚杆长度的二分之一，在软弱的Ⅱ、 Ⅲ类围岩中，锚杆间距不得大于1.25m,以 为0.5-1.2m
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锚杆的布置
局部锚杆的布置原则 局部锚杆的主要作用是阻止部分不稳
定岩块塌落或滑移,通过锚杆将岩块固定 在稳定岩体上. 拱腰以上的局部锚杆布置 方向应有利于锚杆受拉,拱腰以下及边墙 部分的局部锚杆宜逆着不稳定岩块滑动 方向布置.
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喷射混凝土的施工
喷射作业应在划定的区段内进行，区段 长度小于6m。
2）、整体稳定原理
喷混凝土层与围岩体表面紧密粘结、咬合，它与岩体密贴 组成“组合结构”或“整体结构物”共同工作。薄的喷 层支护柔性大，变形能力强，使围岩变形得到控制，应 力得以调整，从而使围岩体获得稳定。作为“整体结构 物”一部分的喷层也同时受到因围岩的变形引起的形变
压力。
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1. 概述
l ）锚喷 支护的 优点： ( 1 锚喷支护 能大量 节省混凝土 、木料、 劳动力，加 快施 工进度， 并有利于施工 机械化 和改善劳 动条 件 等。 ( 2 锚喷支 护是一种 符合岩体 力学原理的 积 极支护方 法 ，具 有良好的 物理力学性 能。 ( 3 由于锚 喷支 护结构柔性 好， 它能 与 围岩变形 一致，从 而与之构 成一 个共同

•
L2：有效锚固长度
•
L3：锚固段长度 端头L3=0.3-0.4m
•
B、锚杆杆体直径：
•
d=35.52﹙Q/δ﹚1/2
• 式中 Q：锚固力=KHD2r
•
δ：锚杆材料抗拉强度
•
K：安全系数
•
H：抗弱岩层厚度
•
C、锚杆间、排距
•
a=(Q/krL)1/2
• 式中 r：岩石体积（密度）
•
k：安全系数1.5-2
• 〈7〉快硬水泥锚杆 • 〈8〉快硬膨胀水泥锚杆 • 与树脂性质相似
• （2）锚杆支护作用原理：
• 〈1〉悬吊作用（悬吊软弱层状顶板、悬吊危岩）
• 指锚杆将软弱的直接顶吊挂在其上的坚固老顶上， 或将松动的岩块连结在松动区外的完整坚固岩体上，使 松动岩块不致冒落。
• 〈2〉组合梁作用
• 指将层状岩体各层用锚杆连结并紧固，锚杆把数层 薄的岩层组合成类似铆钉加固的组合梁，提高了岩层的 整体抗弯能力。在相同载荷作用下，组合梁在板梁的挠 度和内应力大为减少。
•
D、货源充足，供应有保证。选择时考虑供方产量，
运输条件。原则是不能影响生产。
•
总之，选用锚杆要全面考虑。优先选用树脂锚杆、
管缝锚杆和泵注砂浆锚杆。煤巷不宜用砂浆锚杆倒楔式 和涨壳式锚杆。
• 〈2〉按悬吊理论设计锚杆支护参数：
•
A、锚杆长度：
•ห้องสมุดไป่ตู้
L=L1+L2+L3
• 式中 L为锚杆长度
•
L1：锚杆外露长度 一般为0.15m
• 〈4〉冒落拱理论法设计锚杆支护参数：P127-129
• A、锚杆根数：Ny=K3QHNy/P

巷道锚杆支护技术
巷道锚杆支护技术
王亚杰(博士)
捷马公司美国总部副总裁 捷马(济宁)矿山支护产品有限公司总经理
目录
支护现状 2. 支护设计-巷道整体耦合让均压支护理念 3. 支护产品类型，设计，制造和产品质量 4. 现场安装，检测和质量保证
1.
锚网支护理论和实践现状

锚网支护理念

组合梁 平衡拱 松散破碎圈 摩尔-库伦加固理论：粘结力，内摩擦角，改变应力状态（2-3）


支护体和围岩间的耦合
目前锚杆的工作状态和存在的问题 耦合让均压锚杆
深井巷道整体耦合让均压理念
围岩应力和变形特性曲线 500 450 400
支护强度(t/m)
锚杆支护系统的特性曲线
350 300 250 200 150 100 50 0 0 A 50 B C 100 150 200 顶板位移(mm) 250 300
深井巷道整体耦合让均压理念
围岩应力和变形特性曲线 500 450 400 支护强度(t/m) 350
300
250 200 150
普通高强 高强让压均压
100
50 0 0
工况点
A 50
B C 100 150 200 顶板位移(mm)
250
300
深井巷道整体耦合让均压理念



整体耦合让均压参数和确定方法
四维工况点：支护强度，锚杆（索）延伸率，锚杆
（索）长度，锚杆（索）安装载荷 动态四维工况点 最大四维工况点
深井巷道整体耦合让均压理念


整体耦合让均压参数和确定方法
安装载荷 作用


30
吨位（吨）