锚杆设计锚固力标准

煤巷锚杆支护参数设计方法

煤巷的突岀特点就是承受采动支承压力，围岩破碎，变形量大。巷道锚杆支护设计，首先要对巷道所经受 采动影响过程及影响程度进行准确的评估，对巷道使用要求和设计目标要予以准确定位。比如，是按采动 影响时的支护难度设计支护，还是按照采动影响前的使用要求设计，不同的设计思想，结果大不相同。 目前，我国煤巷支护设计方法大致分为三类，即工程类比法、理论计算法及实例法。

1）工程类比法

工程类比法是当前应用较广的方法。它是根据已经支护的类似工程的经验，通过工程类比，直接提岀支护 参数。它与设计者的实践经验有很大关系。然而，要求每一个设计人员都具有丰富的实践经验是不切实际 的。为了将特定岩体条件下的设计与个别的工程相应条件下的实践经验联系起来进行工程类比，做岀比较 合理的设计方案，正确的围岩分类是非常必要的。进行围岩分类后，就可根据不同类别的岩层，确定不同 的支护形式和参数。

（1）巷道围岩分类方法

围岩分类方法的研究工作历史悠久， 早在18世纪，在采矿及各地下工程已开始用分类的方法研究围岩的稳

定性。随着采矿和人们对岩石物理力学性质认识的不断深入，国内外围岩分类研究得到了迅速发展，据不 完全统计，有影响的围岩分类有五六十种之多。

a. 普氏岩石分级法

该法用岩石坚固性系数f （普氏系数）来对围岩分类，f值等于岩石的单向抗压强度除以 10。坚固性系数

是岩石间相对的坚固性在数量上的表现，它最重要的性质在于不论是何种抗力，以及这种抗力是如何引起 的，而给予岩石相互之间进行比较的可能性。普氏岩石分级法来自实践，并且有抽象概括的程序可取，所 提岀的岩石坚固性系数值简单明确，到目前仍有一定的使用价值。

b. 煤矿锚喷支护围岩分类|

为了适应巷道锚杆支护的需要，原煤炭工业部颁布的《煤炭井巷工程锚喷支护设计试行规范》制定了煤矿 锚杆支护围岩分类，见表 1。该分类综合考虑了岩石的单向抗压强度、岩体结构和结构面发育状况、岩体 完整性系数、围岩稳定时间等多种因素，是一种典型的多指标分类方法。

3锚杆设计

3.1锚杆选择

3.1.1 锚杆形式与材料选择

锚杆的形式应根据锚杆锚固段所处部位的岩土层类型、工程特征、锚杆承载力大小、锚杆材料和长度、施工工艺等条件。按表（）进行选择。

表（）锚杆选型

锚杆

特征

锚固型式

锚杆类别 材料 锚杆承载

力设计值

（kN） 锚杆

长度

（m） 应力

状况 备 注

土层锚杆 钢筋（Ⅰ、Ⅱ级） ＜450 ＜16 非预应力 锚杆超长时，施工安装难度较大

钢绞线

高强钢丝 450~800 ＞10 预应力 锚杆超长时施工方便

精轧螺纹钢筋 400~800 ＞10 预应力 杆体防腐性好，施工安装方便

岩层锚杆 钢筋（Ⅰ、Ⅱ级） ＜450 ＜16 非预应力 锚杆超长时，施工安装难度较大

钢绞线

高强钢丝 500~3000 ＞10 预应力 锚杆超长时施工方便

精轧螺纹钢筋 400~1100 ＞10 预应力或非预应力 杆体防腐性好，施工安装方便

根据边坡设计规范要求选择预应力土层锚杆。材料为钢绞线高强钢丝，锚杆承载力设计值450——800（kN），锚杆长度>10（m）。

3.1.2 钢绞线种类的选择

锚杆总长度应为锚固段、自由段和外锚段的长度之和，并应满足下列要求：

1 锚杆自由段长度按外锚头到潜在滑裂面的长度计算；预应力锚杆自由段长度应不小于5m，且应超过潜在滑裂面；

2 锚杆锚固长度应按式（）、（）进行计算，并取其中大值。同时，土层锚杆的锚固长度不应小于4m，且不宜大于10m；当计算锚固段长度超过上述数值时，应采取改善锚固段岩体质量、改变锚头构造或扩大锚固段直径等技术措施，提高锚固力。

表（）钢绞线抗拉、抗压强度设计值（2/mmN）

种

类 抗拉强度设计值

（pyyff或） 抗压强度设计值

（pyyff或）

钢

绞

线 二股 ptkf=1720 1170 360

三股 ptkf=1720 1170 360

七股 ptkf=1860 1260

360 ptkf=1820 1240

锚杆锚固力检测试验安全技术措施

一、工程概况

2401工作面联络巷、2401轨道顺槽、2401胶带顺槽掘进期间，为保证巷道支护效果，需每300根锚杆（或每隔25m）使用LDZ-200型锚杆拉力计（活塞面积为3639mm2）测试一组（3根）。

高强锚杆（规格为φ20×2200mm）设计锚固力80kN（22.0MPa），锚固力达到72kN（19.8MPa）以上为合格；普通树脂锚杆（规格为φ16×1800mm）设计锚固力50kN（13.8MPa），锚固力达到45kN（12.4MPa）以上为合格。为保证锚杆锚固力检测试验安全、顺利进行，特编制本安全技术措施。

二、锚杆锚固力检测方法

1、抽样锚杆锚固力采用随机抽取，每组抽样3根（顶板一根，两帮各一根）。选取的三根锚杆不得分布在同一行或同一排。

2、取下千斤顶、手动泵、高压胶管上的防尘罩，并用清洁布擦净，压力表读数降至最低位置。

3、液压油路系统联结好以后，必须进行排气。排气的方法是：把手压泵放在比千斤顶稍高的地方，摇动手动泵，使千斤顶活塞伸出，再打开卸荷阀，使活塞缩回，连续几次即可。排气时不能加压。

4、把高压胶管两端的快速接头插入千斤顶、手动泵的插孔内，并插好U形卡。连接时应检查接头处是否有污物，严防污物进入接头内。

5、拧紧手压泵的卸载阀手轮，再拧下贮液筒上的注油螺钉检查油位。如油量不足，应加注20#机械油或液压油，直到注满油后拧紧注油螺钉。

6、选择检测的锚杆外露丝扣不得小于30mm，将锚杆接头拧紧到测试锚杆末端，螺母必须拧紧，再套上底座和千斤顶，使千斤顶活塞端朝外，最后拧紧拉杆螺母（拉杆丝扣上至少30mm）。

7、将手压泵上的卸载阀拧紧，然后均匀地上下摇动手压泵压杆，使千斤顶加压，并注意压力表读数，当压力表上的读数达到规定的数值后停止，并详细作好记录。

8、检测完毕后，应慢慢地松开卸载阀，以免损坏压力表，直到压力表指针归零千斤顶活塞全部缩回，再把各部件从锚杆上卸下，卸下高压管，套上防尘罩，最后将锚杆拉力计放回专用工具箱内。

七、锚杆的作用：

(1) 锚杆的早期作用

锚杆早期作用：阻止破碎岩块掉落并抑制浅部围岩扩容和离层。锚杆安装越及时，预紧力越大，支护效果越好。

锚杆没有预紧力，只有当岩层产生一定变形时锚杆才有载荷，不能控制在这以前顶板岩层的离层和失稳。预应力太小也不能起到良好效果。

锚杆安装不及时，较大范围内的岩层已产生滑动、失稳、离层，岩层承载能力丧失很大，再打锚杆，不会取得良好的锚固效果。

(2) 锚杆的中期作用

随着时间推移，围岩破坏范围逐渐扩大。

锚杆能伸入稳定岩层时，其作用为：将破坏区岩层与稳定层相连，阻止破坏岩层垮落。锚杆提供径向和切向约束，阻止破坏区岩层扩容、离层、滑动，从而提高其承载能力。

锚杆不能伸入稳定岩层时，其作用主要是在破坏区内形成次生承载层，它可以阻止上部破坏岩层的进一步扩容和离层。

次生承载层厚度的影响因素很多，而且是不断变化的。当其远小于巷道尺寸时，必须考虑压曲失稳和弯曲失稳。

(3) 锚杆的后期作用

当次生承载层压曲失稳后，如果能满足块体咬合平衡，巷道顶板仍能保持稳定。

两倾斜锚杆作用明显，它不仅可以阻止破坏岩层滑落，同时有一定的

控制转动的作用。但是，当转动角度较大时，要求倾斜锚杆承受的载荷很大，平衡不易满足，因此，锚杆群支护很容易失稳、垮落，而且倾斜锚杆端部的岩层因受力过大也会发生破坏。

组合构件的作用，减小了顶板岩层发生转动失稳的可能性。同时，托梁均衡了角锚杆端头岩层受力，使其工作阻力得以充分发挥，阻止顶板岩层的滑落失稳。

托梁与角锚杆共同作用组成了一个组合支护统，即使顶板中部锚杆的作用不大，也能保持顶板岩层的稳定性。

(4) 煤帮锚杆的作用

煤巷两帮变形破坏特征主要是扩容、松动和挤出。由于煤层强度较低，且受到采动影响，所以煤巷两帮支护显得尤为重要。打锚杆后，对煤帮的两种变形均有控制作用，加钢筋托梁后效果会更好。

(6) 锚索作用机理

锚索具有锚固深度大、锚固力大、可施加较大预紧力等优点，是困难巷道工程支护加固不可缺少的重要手段。