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煤矿巷道锚杆支护技术(煤矿锚杆支护的原理)

煤矿巷道锚杆支护技术(煤矿锚杆支护的原理) 矿井巷道支护中锚杆支护原理及常用锚杆介绍

锚杆是锚固在岩体中的杆状体。用锚杆支护巷道是指在巷道掘进后,在围岩中钻孔,然后在锚杆孔中安装锚杆,对巷道围岩进行人工加固。

锚杆有很多优点:节省坑木和钢材,降低支护成本,掘进断面小,巷道变形小,维护费用低,作业安全轻便,可减少体力劳动,降低通风阻力,便于一次成巷,加快掘进速度,适用范围广,适应性强,减少运输量,便于矿井运输和推广。但是,锚杆并不能防止围岩风化,也不能完全防止锚杆与锚杆之间破碎岩石的剥落。因此,锚杆如果与金属网、喷射混凝土或喷射混凝土等其他支护措施相结合,可以达到更好的支护效果。

锚杆支护原理

(1)悬挂作用:锚杆将松软岩层悬挂在上方坚固稳定的岩层上,防止分离脱落。一般煤层直接顶较弱较薄,容易掉层,而其上方的老顶相对较强。锚杆可以穿过直接顶到达老顶,将直接顶锚固在老顶上。

(2)组合梁的作用:在层状岩石巷道顶板中,用一系列锚杆将锚杆长度范围内的薄岩石锚固成岩石组合梁,以提高其承载能力。在相同荷载下,组合梁的挠度和内应力远小于非组合梁。

(3)围岩加固:巷道深部围岩中的岩石处于三轴压缩状态,而巷道外围附近的岩石处于双轴应力状态,其强度小于前者,容易破坏而失去稳定性。巷道围岩经锚杆锚固后,表面岩石部分恢复三轴应力状态,增加了自身强度。此外,锚杆还能增加岩层软弱面的抗剪能力,使巷道周围的围岩不易被破坏和失稳,这就是所谓的围岩加固效应。

(4)挤压连接作用:锚杆挤压巷道围岩,对岩石施加预应力,阻止裂缝继续扩展。此外,它还能对松散的岩石起到挤压连接和加固的作用。国外做过一个简单有趣的实验:一个长方形的木箱里装满了小沙砾,他们用模拟锚杆锚固。锚杆拧紧后,木箱被翻了过来,但填满的小碎石却倒不出来。通过锚杆的预应力,可以在相互之间没有粘结力的碎石之间产生一种侧向挤压摩擦阻力,足以支撑碎石的重量而不脱落,就好像碎石是相互连接的一样。

(5)挤压强化足弓:继续上述实验。用地脚螺栓绑起来的小碎石,不仅挤在一起足以支撑自身重量,还可以作为承重结构,承受额外的荷载。通过加载试验发现,加载后的锚固碎石构件的锚固板之间会产生拉应力区,使该区域的小碎石松动脱落,形成穹顶。当载荷增加时,穹顶会膨胀,导致承重结构的坍塌和解体。为防止这种情况,在锚板下挂细钢丝网会大大提高锚的支撑能力。当载荷增加到相当大的日英寸(重复载荷)时,损伤从金属丝网被切断开始。上述试验表明,松散的碎石在预应力作用下,在每个锚杆周围形成一个两端呈锥形的圆柱形受压区或受压应力区。在系统布置的锚群中,这些受压区形成了一个相当宽的均匀受压加强区,相当于一个承重结构,支撑着相当大的荷载。成组放射状排列的锚杆安装在巷道周围后,在围岩一定厚度范围内形成拱形压缩带或挤压强化拱,使巷道围岩从原来的支架& ldquo加载& rdquo已经变成& ldquo携带& rdquo结构。弓带的厚度与锚杆的长度和间距有关。

上述主播的五大功能通常不是单独存在的,而是相互联系、相互补充、共同作用的。

锚有多种类型:根据锚固原理,有端锚、全长锚以及两者的组合;根据锚杆的组成材料,有金属锚杆、木锚杆、钢筋或钢丝绳砂浆锚杆和树脂锚杆等。下面是一些常见的主播。

(1)金属螺栓

①金属楔缝锚。它由杆体、楔块、垫板和螺母组成。杆体通常由3号钢制成,直径为18-22mm,上端加工成宽度为2-5mm、长度为150-200mm的纵向楔缝,杆体下端加工成长度为100-150mm的螺纹。楔子由低碳钢或铸铁制成。多用途衬垫厚度6-mdash;m钢板,规格为150mm & times150毫米或200毫米& times200毫米.

安装时,先将楔子夹在楔形接头内,轻轻插入预先钻好的锚眼眼底,在杆体下端加保护套或拧上带保护螺纹的螺母,然后连续锤击杆体,楔子挤入楔形接头内,从而迫使杆体锚端张开,挤压眼底孔壁。最后,取下保护套,装上垫板,拧紧螺母。这种锚杆结构简单,易于加工,在坚硬岩石中的锚固力大,一般可达100n以上。但对钻孔精度要求严格,杆径大,用钢量大,在软岩中锚固力不足,不宜使用。

②金属倒楔形螺栓。其锚固端有一铸铁固定楔,其大端朝向孔底,与圆钢杆体一起浇注,并配有铸铁活动倒楔,杆体的另一端加工成螺纹。

安装时,先将倒楔子绑在固定楔子的下部,慢慢送至锚眼,楔子底部与眼底保持一定距离。然后,用专用锤杆顶倒楔子的端头,再用凿岩机锤打,将锚杆锚固在岩层中。最后,安装衬垫并拧紧螺母。

这种锚杆除了结构简单、制造容易外,其轴径比楔接锚杆小,一般为12-16mm,可节省钢材,对钻孔深度要求不太严格,巷道报废时可回收。一般锚固力都在50kN以上,所以这种锚杆在国内应用比较广泛。

(2)树脂螺栓

树脂锚杆以合成树脂为粘结剂,在固化剂和促进剂的作用下固化,从而将锚体和岩石牢固地粘结成一个坚固的整体。

树脂锚杆最大的特点是固化时间快,能在几分钟到几小时内获得较高的初始锚固力,能快速有效地控制围岩变形。我国研制成功的树脂锚杆是一种药卷式端锚锚杆,由树脂药卷和锚杆杆体组成。

①树脂墨盒的结构。还有& phi23mm & times50毫米和φ;23mm & times35mm两种规格,由内外弹夹组成。药袋为φ;8mm & mdash-& phi;含固化剂和少量填充物的12mm玻璃管;药袋由聚乙烯薄膜塑料袋或玻璃管制成,内装不饱和聚酯树脂、促进剂和填充物(瓷粉或石英粉)。

②杆体。有钢杆和木杆两种,见钢杆,用6mm-8mm普通圆钢制成。杆的长度为1.5- 2.5m,插入孔底的一端做成反扭状。杆的外露端像其他金属锚一样加工成螺纹,用垫板和螺母紧固。安装时用栓体将树脂药卷送到眼底,用煤电钻作为动力,通过专用连接器带动栓体转动。将药卷打碎搅拌约30秒,使化学药品混合发生化学反应,树脂由液态聚合转化为固态,将岩石和锚杆体胶结固化在一起。然后安装支撑板并拧紧螺母。树脂锚杆的凝结时间为3- 5min,10min后即可加载,一小时的锚固力可达70-lOOkN,充分显示了树脂锚杆良好的物理力学性能。

 
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