岩石力学课件总结.ppt

1、岩石力学岩石力学太原理工大学矿业工程学院翟英达目目 录录l绪论绪论l第一章第一章 岩石的物理力学性质岩石的物理力学性质l第二章第二章 原岩应力原岩应力l第三章第三章 岩石地下工程稳定性岩石地下工程稳定性l第四章 井巷维护第四章第四章 井巷维护井巷维护l4.1 4.1 井巷维护原则井巷维护原则l4.2 4.2 锚喷支护锚喷支护l4.3 4.3 普通支护普通支护l4.4 4.4 软岩巷道支护与新奥法软岩巷道支护与新奥法体会岩石地下工体会岩石地下工程中的力学思想程中的力学思想学习目的学习目的解决工程实际问题岩石地下工程的稳定性控制问题如何判断？如何判断？如何加固？如何加固？岩石力学物理性质物理性质力

2、学性质力学性质变形变形性质性质强度强度性质性质岩石受力情况岩石受力情况岩石性质岩石性质稳定性判断围岩无需加固围岩无需加固是是需要加固围岩需要加固围岩否否学习思路学习思路?第四章第四章 井巷维护井巷维护l4.1 4.1 井巷维护原则井巷维护原则一、围岩支护共同作用原理一、围岩支护共同作用原理二、井巷维护的目的与总原则二、井巷维护的目的与总原则三、井巷稳定的主要影响因素与对策三、井巷稳定的主要影响因素与对策四、支护选材、选型标准及支护分类四、支护选材、选型标准及支护分类4.1 4.1 井巷维护原则井巷维护原则一、围岩支护共同作用原理一、围岩支护共同作用原理 基本观点：基本观点：1.1.围岩是一种天

3、然承载结构；围岩是一种天然承载结构；2.2.合理的支护方式应充分利用围岩的自承能力；合理的支护方式应充分利用围岩的自承能力；3.3.要在保证安全的前提下去合理利用围岩的自承能力；要在保证安全的前提下去合理利用围岩的自承能力；4.4.合理利用围岩自承能力的途径是使支架与围岩在相互合理利用围岩自承能力的途径是使支架与围岩在相互约束的状态下共同承载。约束的状态下共同承载。原理综述：原理综述：巷道支架可以起到调节与控制围岩变形的作巷道支架可以起到调节与控制围岩变形的作用，但它应在围岩发生破坏和松动之前安设，以用，但它应在围岩发生破坏和松动之前安设，以便使支架在围岩尚保持有自承能力的情况下与围便使支架在

4、围岩尚保持有自承能力的情况下与围岩共同起承载作用，而不是等围岩已发生破坏、岩共同起承载作用，而不是等围岩已发生破坏、松动，几乎完全丧失自承能力的情况下再用支架松动，几乎完全丧失自承能力的情况下再用支架去承担已冒落岩块的重量，也就是说，应当使支去承担已冒落岩块的重量，也就是说，应当使支架与围岩在相互约束和相互依赖的条件下实现共架与围岩在相互约束和相互依赖的条件下实现共同承载。同承载。ue支护前围岩弹性位移支护前围岩弹性位移up支护前围岩塑性位移支护前围岩塑性位移ub支架位移支架位移围岩围岩支架共同作用原理分析图支架共同作用原理分析图（围岩理想最大位移）（围岩理想最大位移）（围岩允许最大位移）（围

5、岩允许最大位移）（有支护巷道周边位移）（有支护巷道周边位移）Pmin恒增阻式恒增阻式增阻可缩式增阻可缩式恒阻可缩式恒阻可缩式支架所受压力与支架特性有关支架所受压力与支架特性有关4.1 4.1 井巷维护原则井巷维护原则一、围岩支护共同作用原理一、围岩支护共同作用原理二、井巷维护的目的与总原则二、井巷维护的目的与总原则目的：目的：在经济合理的前提下保证井巷的稳定。在经济合理的前提下保证井巷的稳定。总原则：总原则：考虑围岩应力与围岩强度之间以及支考虑围岩应力与围岩强度之间以及支护体内应力与支护材料强度之间的关系。首先护体内应力与支护材料强度之间的关系。首先应降低围岩应力、增加围岩强度，以提高井巷应降

6、低围岩应力、增加围岩强度，以提高井巷的自稳能力，其次才考虑采用支护手段。的自稳能力，其次才考虑采用支护手段。4.1 4.1 井巷维护原则井巷维护原则一、围岩支护共同作用原理一、围岩支护共同作用原理二、井巷维护的目的与总原则二、井巷维护的目的与总原则三、井巷稳定的主要影响因素与对策三、井巷稳定的主要影响因素与对策主要影响因素主要影响因素1.1.围岩岩性围岩岩性 2.2.井巷位置井巷位置 3.3.所处深度所处深度 4.4.巷道轴线方向巷道轴线方向5.5.断面形状尺寸断面形状尺寸 6.6.掘进破岩方法掘进破岩方法 7.7.巷道掘进时间巷道掘进时间8.8.掘进方案掘进方案 9.9.巷道布置方式与采动影

7、响巷道布置方式与采动影响 10.10.支护类型支护类型与特性与特性稳定性影响因素分析稳定性影响因素分析1.1.围岩岩性围岩岩性 稳定性影响因素分析稳定性影响因素分析1.1.围岩岩性围岩岩性2.2.井巷位置井巷位置 稳定性影响因素分析稳定性影响因素分析1.1.围岩岩性围岩岩性 2.2.井巷位置井巷位置 3.3.所处深度所处深度稳定性影响因素分析稳定性影响因素分析1.1.围岩岩性围岩岩性 2.2.井巷位置井巷位置 3.3.所处深度所处深度4.4.巷道轴线方向巷道轴线方向稳定性影响因素分析稳定性影响因素分析1.1.围岩岩性围岩岩性 2.2.井巷位置井巷位置 3.3.所处深度所处深度4.4.巷道轴线方

8、向巷道轴线方向5.断面形状与尺寸断面形状与尺寸稳定性影响因素分析稳定性影响因素分析1.1.围岩岩性围岩岩性 2.2.井巷位置井巷位置 3.3.所处深度所处深度4.4.巷道轴线方向巷道轴线方向5.断面形状与尺寸断面形状与尺寸6.6.掘进破岩方法掘进破岩方法稳定性影响因素分析稳定性影响因素分析1.1.围岩岩性围岩岩性 8.8.掘进方案掘进方案 2.2.井巷位置井巷位置 3.3.所处深度所处深度4.4.巷道轴线方向巷道轴线方向5.断面形状与尺寸断面形状与尺寸6.6.掘进破岩方法掘进破岩方法7.7.巷道掘进时间巷道掘进时间稳定性影响因素分析稳定性影响因素分析1.1.围岩岩性围岩岩性 8.8.掘进方案掘

9、进方案 2.2.井巷位置井巷位置 9.9.巷道布置方式与采动影响巷道布置方式与采动影响 3.3.所处深度所处深度4.4.巷道轴线方向巷道轴线方向5.断面形状与尺寸断面形状与尺寸6.6.掘进破岩方法掘进破岩方法7.7.巷道掘进时间巷道掘进时间 稳定性影响因素分析稳定性影响因素分析1.1.围岩岩性围岩岩性 8.8.掘进方案掘进方案 2.2.井巷位置井巷位置 9.9.巷道布置方式与采动影响巷道布置方式与采动影响 3.3.所处深度所处深度 10.10.支护类型与特性支护类型与特性 4.4.巷道轴线方向巷道轴线方向5.断面形状与尺寸断面形状与尺寸6.6.掘进破岩方法掘进破岩方法7.7.巷道掘进时间巷道掘

10、进时间 4.1 4.1 井巷维护原则井巷维护原则一、围岩支护共同作用原理一、围岩支护共同作用原理二、井巷维护的目的与总原则二、井巷维护的目的与总原则三、井巷稳定的主要影响因素与对策三、井巷稳定的主要影响因素与对策四、支护选材、选型标准及支护分类四、支护选材、选型标准及支护分类1.1.支护选材选型的优劣标准支护选材选型的优劣标准2.2.地下工程支护分类地下工程支护分类1.1.支护选材选型的优劣标准支护选材选型的优劣标准衡量标准：衡量标准：能否做到物尽其用，即能否最大限度能否做到物尽其用，即能否最大限度地发挥和利用材料的强度。地发挥和利用材料的强度。选材选型应注意以下几点：选材选型应注意以下几点：

11、1 1）在一般载荷作用下，构件应力应尽量接近材料的）在一般载荷作用下，构件应力应尽量接近材料的屈服极限或强度极限。屈服极限或强度极限。2 2）超设计负荷时，支架应能可缩。）超设计负荷时，支架应能可缩。3 3）抗拉性能好的材料应使之尽量受拉。）抗拉性能好的材料应使之尽量受拉。4 4）抗拉性能差的材料尽量使之轴心受压。）抗拉性能差的材料尽量使之轴心受压。5 5）针对软岩巷道，还要考虑封闭围岩。）针对软岩巷道，还要考虑封闭围岩。2.2.地下工程支护分类地下工程支护分类按所用材料划分：按所用材料划分：钢、木、砖石、砼、钢筋砼、钢、木、砖石、砼、钢筋砼、玻璃钢、混合材料支护等。玻璃钢、混合材料支护等。按

12、照部件关系划分：按照部件关系划分：整体式、装配式整体式、装配式按照形状划分：按照形状划分：矩形、梯形、直墙拱顶形、马蹄形、矩形、梯形、直墙拱顶形、马蹄形、圆形、椭圆形支护等圆形、椭圆形支护等按照井巷类型划分：按照井巷类型划分：平巷、立井、斜巷支护；平巷、立井、斜巷支护；或或 煤巷、岩巷支护煤巷、岩巷支护按照支护与围岩的相互关系划分：按照支护与围岩的相互关系划分：刚性、可缩性支护；刚性、可缩性支护；或或 锚杆支护、普通支护锚杆支护、普通支护第四章第四章 井巷维护井巷维护l4.1 4.1 井巷维护原则井巷维护原则l4.2 4.2 锚喷支护锚喷支护一、锚杆支护一、锚杆支护二、喷射混凝土支护二、喷射混

13、凝土支护三、锚杆、喷射混凝土联合支护三、锚杆、喷射混凝土联合支护4.2 4.2 锚喷支护锚喷支护一、锚杆支护一、锚杆支护1.1.锚杆支护发展简史锚杆支护发展简史2.2.锚杆支护的特点锚杆支护的特点3.3.锚杆类型、技术特征与适用条件锚杆类型、技术特征与适用条件4.4.锚杆的作用机理锚杆的作用机理5.5.锚杆杆体受力特点锚杆杆体受力特点6.6.锚杆参数确定方法锚杆参数确定方法7.7.特性与适用性特性与适用性4.2 4.2 锚喷支护锚喷支护一、锚杆支护一、锚杆支护1.1.锚杆支护发展简史锚杆支护发展简史 18721872年英国北威尔士露天页岩矿首次应用锚杆加固边年英国北威尔士露天页岩矿首次应用锚杆

14、加固边坡坡;1912 1912年德国谢列兹矿最先采用锚杆支护井下巷道年德国谢列兹矿最先采用锚杆支护井下巷道;1912 1912年美国在阿伯施莱辛（年美国在阿伯施莱辛（aberschlesin）的弗里登）的弗里登斯（斯（Friedens）煤矿首次使用锚杆支护顶板。）煤矿首次使用锚杆支护顶板。国外锚杆支护技术以澳大利亚、美国发展最为迅速，国外锚杆支护技术以澳大利亚、美国发展最为迅速，两国锚杆支护比重已接近两国锚杆支护比重已接近100%100%，其技术水平居于世界前列。，其技术水平居于世界前列。4.2 4.2 锚喷支护锚喷支护一、锚杆支护一、锚杆支护1.1.锚杆支护发展简史锚杆支护发展简史2.2.锚

15、杆支护的特点锚杆支护的特点2.1 2.1 支护效果好、省料支护效果好、省料2.2 2.2 劳动强度低、效率高劳动强度低、效率高2.3 2.3 经济效益明显经济效益明显与普通支护相比，与普通支护相比，锚杆的最大特点锚杆的最大特点是置入围岩内部是置入围岩内部发挥其支护作用。发挥其支护作用。2.1 2.1 支护效果好、省料支护效果好、省料 锚杆支护在支护原理上符合现代岩石力学和围岩控锚杆支护在支护原理上符合现代岩石力学和围岩控制理论制理论,属于属于“主动主动”支护。锚杆安装以后支护。锚杆安装以后,在围岩内部在围岩内部对围岩进行加固对围岩进行加固,迅速形成一个围岩迅速形成一个围岩支护的整体承载支护的整

16、体承载结构结构,因而能够调动和利用围岩自身的稳定性因而能够调动和利用围岩自身的稳定性,充分发挥充分发挥围岩的自身承载能力围岩的自身承载能力,有效地控制巷道围岩变形。与传有效地控制巷道围岩变形。与传统的架棚式支护相比统的架棚式支护相比,锚杆支护能更好地适应巷道围岩锚杆支护能更好地适应巷道围岩变形特点变形特点,一般情况下其支护效果优于棚式支架。一般情况下其支护效果优于棚式支架。在同样支护效果条件下，锚杆用钢量只有在同样支护效果条件下，锚杆用钢量只有U U型钢支型钢支架的架的1/121/121/151/15。2.2 2.2 劳动强度低、效率高劳动强度低、效率高 与传统架棚式支护相比与传统架棚式支护相

17、比,由于锚杆支护所采用由于锚杆支护所采用的支护材料较少、重量较轻的支护材料较少、重量较轻,巷道掘进时巷道掘进时,极大地极大地减少了支护材料的运输量减少了支护材料的运输量,劳动强度也大为降低劳动强度也大为降低,有利于提高掘进工效。工作面回采时有利于提高掘进工效。工作面回采时,也省去了钢也省去了钢棚支架的回撤工作棚支架的回撤工作,既降低了工人的劳动强度既降低了工人的劳动强度,又又提高了安全系数。锚杆施工操作工序简单提高了安全系数。锚杆施工操作工序简单,可紧跟可紧跟掘进工作面掘进工作面,便于组织掘进支护平行作业和一次成便于组织掘进支护平行作业和一次成巷巷,有利于实现快速掘进支护机械化。有利于实现快速

18、掘进支护机械化。2.3 2.3 经济效益明显经济效益明显 采用锚杆支护可减少支护材料投入采用锚杆支护可减少支护材料投入,降低直接支护降低直接支护成本。由于锚杆支护基本不占用巷道的有效断面成本。由于锚杆支护基本不占用巷道的有效断面,所施所施工的断面即为净断面工的断面即为净断面,因而在支护设计时因而在支护设计时,可以相应减可以相应减少巷道断面少巷道断面,节省大量材料。锚杆支护可以减少巷道维节省大量材料。锚杆支护可以减少巷道维修量修量,节约维护费用。总之节约维护费用。总之,锚杆支护从支护材料、辅锚杆支护从支护材料、辅助运输、断面设计和维护费用等方面均可降低成本助运输、断面设计和维护费用等方面均可降低

19、成本,经经济效益明显。济效益明显。4.2 4.2 锚喷支护锚喷支护一、锚杆支护一、锚杆支护1.1.锚杆支护发展简史锚杆支护发展简史2.2.锚杆支护的特点锚杆支护的特点3.3.锚杆类型、技术特征与适用条件锚杆类型、技术特征与适用条件 总体上说，除了围岩极端破碎的情况，围岩加固都总体上说，除了围岩极端破碎的情况，围岩加固都可以使用锚杆。不同类型的锚杆其技术特征也不同，适可以使用锚杆。不同类型的锚杆其技术特征也不同，适用条件（和工程中围岩完整性、安装位置、对锚固力的用条件（和工程中围岩完整性、安装位置、对锚固力的要求、工程服务年限等有关）也会有所不同。要求、工程服务年限等有关）也会有所不同。实际上，

20、实际上，极端破碎围极端破碎围岩也有可能岩也有可能用锚杆加固。用锚杆加固。3.1 3.1 锚杆类型锚杆类型 全长锚固型锚杆全长锚固型锚杆 主要有普通水泥砂浆锚杆、树脂锚固锚杆、早强水主要有普通水泥砂浆锚杆、树脂锚固锚杆、早强水泥砂浆锚杆、树脂锚杆、水泥卷锚杆、中空注浆锚杆和泥砂浆锚杆、树脂锚杆、水泥卷锚杆、中空注浆锚杆和自钻式注浆锚杆等。适用于裂隙相对发育的岩体锚固。自钻式注浆锚杆等。适用于裂隙相对发育的岩体锚固。端头锚固型锚杆端头锚固型锚杆 主要有机械锚固锚杆、树脂锚固锚杆、快硬水主要有机械锚固锚杆、树脂锚固锚杆、快硬水泥卷端头锚杆等。适用于完整性相对较好的岩体锚泥卷端头锚杆等。适用于完整性相

21、对较好的岩体锚固。固。a.a.砂浆锚杆砂浆锚杆：全长锚固：全长锚固 钢筋砂浆锚杆、钢丝绳砂钢筋砂浆锚杆、钢丝绳砂浆锚杆。浆锚杆。杆体材料宜用杆体材料宜用2020锰硅、锰硅、2525锰硅或锰硅或5 5号钢筋，亦可采用号钢筋，亦可采用3 3号钢筋号钢筋 杆体钢筋直径一般为杆体钢筋直径一般为141422mm22mm，锚杆的抗拉拔力应达到，锚杆的抗拉拔力应达到锚杆的设计荷载并不得低于锚杆的设计荷载并不得低于50kN50kN锚杆类型锚杆类型b.b.木锚杆木锚杆 38mm38mm，L=1.2L=1.21.8m1.8m，缝长，缝长250mm250mm，设计锚固力，设计锚固力101020kN20kN，不防腐不

22、防腐1 1年，帮支护年，帮支护 竹锚杆竹锚杆：竹锚杆是我国井下最经济的一种支护形式，主要用于围岩稳：竹锚杆是我国井下最经济的一种支护形式，主要用于围岩稳定的巷道支护以及断面小或服务年限短的回采巷道两帮支护。结构简单、定的巷道支护以及断面小或服务年限短的回采巷道两帮支护。结构简单、加工容易、成本很低、安装在煤体中不影响爆破和采煤机割煤等。加工容易、成本很低、安装在煤体中不影响爆破和采煤机割煤等。木锚杆木锚杆竹锚杆竹锚杆c.c.管缝式锚杆管缝式锚杆：全长锚固型全长锚固型 管体宜用管体宜用1616锰、锰、2020猛硅等低合金钢，壁厚猛硅等低合金钢，壁厚为为2 22.5mm2.5mm，锚杆外径为，锚杆

23、外径为383842mm42mm，开缝宽度，开缝宽度为为131318mm18mm，托板宜采用盆形，板厚不应小于，托板宜采用盆形，板厚不应小于4mm4mm，面积不小于，面积不小于120mm120mm120mm120mm，钻孔直径应小，钻孔直径应小于管缝锚杆外径于管缝锚杆外径2.02.03.0mm3.0mm 因管缝式锚杆管径大于孔径，需用风钻（需装特制顶具）或其他因管缝式锚杆管径大于孔径，需用风钻（需装特制顶具）或其他专用机具强行将杆体挤入钻孔，依靠管体的弹性变形恢复力而与孔壁专用机具强行将杆体挤入钻孔，依靠管体的弹性变形恢复力而与孔壁紧紧挤压，在杆体全长产生锚固力。锚固力可达紧紧挤压，在杆体全长产

24、生锚固力。锚固力可达505070kN70kN。d.d.树脂锚杆树脂锚杆：中速中速2 25min5min，快速，快速0.50.51min1min，一个药包的锚固力可达，一个药包的锚固力可达50kN50kN以上、端头锚固，（以上、端头锚固，（K2350K2350和和Z2350,Z2350,长度为长度为2.00m2.00m、20mm20mm螺纹钢，每螺纹钢，每孔安装两个树脂药卷，成本在孔安装两个树脂药卷，成本在3030元左右）。元左右）。杆体直径杆体直径181824mm24mm，锚固力不应低于，锚固力不应低于5 5吨，托板厚度不应小于吨，托板厚度不应小于8 810mm10mm，面积不应小于面积不应小

25、于150150150mm150mm 杆体杆体1 1类：圆钢类：圆钢麻花形麻花形 杆体杆体2 2类：左旋螺纹钢类：左旋螺纹钢 树脂锚固剂树脂锚固剂是一种高强高效的粘结式锚固材料，目前已在多种领域是一种高强高效的粘结式锚固材料，目前已在多种领域得到广泛应用，具有以下性能特点：得到广泛应用，具有以下性能特点：(1)(1)、承载快，锚固力大。具有、承载快，锚固力大。具有“双快一高双快一高”的特性：固化时间快的特性：固化时间快（速度可调）、强度增长快、强度（速度可调）、强度增长快、强度高。安装后不仅能及时承受载荷，高。安装后不仅能及时承受载荷，且锚固力大。且锚固力大。(2)(2)、树脂锚固剂适应性强，不

26、仅、树脂锚固剂适应性强，不仅应用于井巷支护、井筒安装、水电应用于井巷支护、井筒安装、水电工程预应力锚杆加固，而且在建筑工程预应力锚杆加固，而且在建筑物加固，高速公路修补、隧道施工、物加固，高速公路修补、隧道施工、基础生根、设备基础及构件锚固等基础生根、设备基础及构件锚固等领域有它广泛的应用之地领域有它广泛的应用之地。e.e.快硬水泥和快硬膨胀水泥锚杆快硬水泥和快硬膨胀水泥锚杆 结构与树脂锚杆相同，只是由快硬水泥或快硬膨胀水泥卷代替结构与树脂锚杆相同，只是由快硬水泥或快硬膨胀水泥卷代替树脂药包，均是端头锚固型锚杆。成本低，材料来源广。树脂药包，均是端头锚固型锚杆。成本低，材料来源广。快硬水泥锚杆

27、端头锚固长度为快硬水泥锚杆端头锚固长度为400mm400mm时，水泥卷直径时，水泥卷直径37mm37mm，长，长270mm270mm，水泥装量，水泥装量421g421g；端头锚固长度为；端头锚固长度为300mm300mm时，水泥卷直径时，水泥卷直径37 37 mmmm，长，长205 mm205 mm，水泥装量，水泥装量320g320g。水泥卷使用前需浸水。水泥卷使用前需浸水2 23min3min，在，在钻孔中经锚杆头搅拌，钻孔中经锚杆头搅拌，12min12min以后锚固力开始增长，以后锚固力开始增长，1h1h后锚固力可后锚固力可达达404060kN60kN左右。左右。快硬膨胀水泥锚杆安装时，把

28、水泥卷的塑料外套、纱网内的圆快硬膨胀水泥锚杆安装时，把水泥卷的塑料外套、纱网内的圆纸筒去掉，把水泥卷串入杆体放至阻挡垫圈，再将锚杆头部和水泥纸筒去掉，把水泥卷串入杆体放至阻挡垫圈，再将锚杆头部和水泥卷插在水中浸卷插在水中浸3 35s5s后送入钻孔中，用带挡圈的套管将水泥卷冲压后送入钻孔中，用带挡圈的套管将水泥卷冲压密实，而后安装垫板和紧固螺母。安装密实，而后安装垫板和紧固螺母。安装1 1个水泥卷的锚固力达个水泥卷的锚固力达202040kN40kN；安装；安装2 2个水泥卷的锚固力达个水泥卷的锚固力达606090kN90kN。f.f.玻璃钢锚杆玻璃钢锚杆 采用玻璃纤维作为增强材料，以聚脂树脂为基

29、材，采用玻璃纤维作为增强材料，以聚脂树脂为基材，经专用拉挤机的牵引，通过预成型模在高温高压下固经专用拉挤机的牵引，通过预成型模在高温高压下固化成为全螺纹玻璃纤维增强塑料杆体。加上树脂锚固化成为全螺纹玻璃纤维增强塑料杆体。加上树脂锚固剂、托盘和螺母组成玻璃钢锚杆。玻璃钢杆体具有可剂、托盘和螺母组成玻璃钢锚杆。玻璃钢杆体具有可割性，很适合于综采工作面临时支护使用，而且具有割性，很适合于综采工作面临时支护使用，而且具有良好的防腐性能，可以部分取代钢锚杆。良好的防腐性能，可以部分取代钢锚杆。当杆体直径为当杆体直径为16mm16mm，粘结长度分别为，粘结长度分别为100mm100mm和和200mm200

30、mm时，拉力分别为时，拉力分别为30kN30kN和和40kN40kN，平均扭力小于，平均扭力小于10 Nm10 Nm，可满足锚杆安装的要求。，可满足锚杆安装的要求。这种玻璃钢锚杆杆体可切割、轻质高强、便于安装；成本低，与金属这种玻璃钢锚杆杆体可切割、轻质高强、便于安装；成本低，与金属锚杆相比，成本降低锚杆相比，成本降低40%40%左右，可替代现有煤帮金属锚杆、木锚杆、竹锚左右，可替代现有煤帮金属锚杆、木锚杆、竹锚杆等煤帮支护。杆等煤帮支护。锚杆钻眼与安装：锚杆钻眼与安装：凿岩机凿岩机锚杆钻机锚杆钻机MQT系列气动锚杆钻机系列气动锚杆钻机【用途】：广泛应用于顶板硬度【用途】：广泛应用于顶板硬度f

31、8的各种岩巷、煤的各种岩巷、煤巷，进行顶板锚护作业时钻锚杆孔和安装锚杆。巷，进行顶板锚护作业时钻锚杆孔和安装锚杆。【特点】：该机体积小，重量轻，转矩大，操作简单【特点】：该机体积小，重量轻，转矩大，操作简单，维修方便、集钻孔、搅拌、安装锚杆于一身。，维修方便、集钻孔、搅拌、安装锚杆于一身。【构造】：【构造】：MQT系列气动锚杆钻机由三大部分组成系列气动锚杆钻机由三大部分组成 1.支腿；支腿；2.回转部分；回转部分；3.操纵臂。操纵臂。4.2 4.2 锚喷支护锚喷支护一、锚杆支护一、锚杆支护1.1.锚杆支护发展简史锚杆支护发展简史2.2.锚杆支护的特点锚杆支护的特点3.3.锚杆结构类型、技术特征

32、与适用条件锚杆结构类型、技术特征与适用条件4.4.锚杆的作用机理锚杆的作用机理锚杆的作用机理锚杆的作用机理1 1）悬吊作用）悬吊作用2 2）组合梁作用）组合梁作用3 3）挤压加固（组合拱）作用）挤压加固（组合拱）作用4 4）减跨作用）减跨作用5 5）加固（提高围岩抗剪强度）作用）加固（提高围岩抗剪强度）作用6 6）改善围岩应力状态作用）改善围岩应力状态作用1.1.悬吊作用悬吊作用 锚杆的悬吊作用锚杆的悬吊作用 2.2.组合梁作用：组合梁作用：3.3.挤压加固（组合拱）作用挤压加固（组合拱）作用锚杆的挤压加固作用锚杆的挤压加固作用4.4.锚杆的减跨作用锚杆的减跨作用 锚杆的减跨作用锚杆的减跨作用

33、1-1-锚杆；锚杆；2-2-无锚杆跨度；无锚杆跨度；3-3-有锚杆跨度有锚杆跨度5.5.加固（提高围岩抗剪强度）作用加固（提高围岩抗剪强度）作用 对于被纵横交错的弱面所切割的块状或破裂状对于被纵横交错的弱面所切割的块状或破裂状围岩，安装的锚杆能增强岩体结构弱面的抗剪强度，围岩，安装的锚杆能增强岩体结构弱面的抗剪强度，从而提高了锚固范围内围岩的抗剪强度，相当于提从而提高了锚固范围内围岩的抗剪强度，相当于提高了围岩的内聚力和内摩擦角，进而使巷道保持稳高了围岩的内聚力和内摩擦角，进而使巷道保持稳定。定。6.改善围岩应力状态作用改善围岩应力状态作用 安装了锚杆的岩体，其受力状态由单向、双向安装了锚杆的

34、岩体，其受力状态由单向、双向受力变为三向受力状态。受力变为三向受力状态。美国美国因其巷道埋深较浅、岩层强度高且地应力比较低,因此倾向于悬吊理论和组合梁悬吊理论和组合梁(加固岩梁加固岩梁)理论理论,而英国、澳大利亚英国、澳大利亚巷道以受水平应力影响为主,尤其是澳大利亚相对英国其巷道围岩变形量及最大水平应力更剧烈,一般而言,英国、澳大利亚锚杆支护的设计理论倾向于加固拱加固拱(挤压支承拱挤压支承拱)理论理论。4.2 4.2 锚喷支护锚喷支护一、锚杆支护一、锚杆支护1.1.锚杆支护发展简史锚杆支护发展简史2.2.锚杆支护的特点锚杆支护的特点3.3.锚杆结构类型、技术特征与适用条件锚杆结构类型、技术特征

35、与适用条件4.4.锚杆的作用机理锚杆的作用机理5.5.锚杆杆体受力特点锚杆杆体受力特点全长锚固锚杆应力与锚杆围岩应力全长锚固锚杆应力与锚杆围岩应力（a a）锚杆受力图；（）锚杆受力图；（b b）围岩应力图）围岩应力图1.1.中轴线中轴线 2.2.外锚段外锚段 3.3.内锚段内锚段 4.4.中性位置中性位置4.2 4.2 锚喷支护锚喷支护一、锚杆支护一、锚杆支护1.1.锚杆支护发展简史锚杆支护发展简史2.2.锚杆支护的特点锚杆支护的特点3.3.锚杆结构类型、技术特征与适用条件锚杆结构类型、技术特征与适用条件4.4.锚杆的作用机理锚杆的作用机理5.5.锚杆杆体受力特点锚杆杆体受力特点6.6.锚杆支

36、护参数确定方法锚杆支护参数确定方法锚杆材质、直径、长锚杆材质、直径、长度；锚杆孔直径、深度；锚杆孔直径、深度；锚固剂型号、数度；锚固剂型号、数量；锚杆安装时的间量；锚杆安装时的间距、排距。距、排距。美国美国目前有两种基本设计方法目前有两种基本设计方法:一为经验法一为经验法,即是即是建立在以往解决岩层控制的经验基础上的设计方法。建立在以往解决岩层控制的经验基础上的设计方法。该方法的主要缺点是强调了顶板控制问题的本身该方法的主要缺点是强调了顶板控制问题的本身,而缺而缺乏对引起顶板不稳定的内在原因的注意乏对引起顶板不稳定的内在原因的注意,即由于顶板条即由于顶板条件的不同件的不同,经验法并不全都有效。

37、二为理论法经验法并不全都有效。二为理论法,是建立是建立在岩石力学理论基础上的设计方法。该方法一般是通在岩石力学理论基础上的设计方法。该方法一般是通过公式或者估算确定有关参数。实践中常采用将上述过公式或者估算确定有关参数。实践中常采用将上述两种方法相结合的设计方法。两种方法相结合的设计方法。澳、英澳、英两国在原采用理论法和经验性或试探法的两国在原采用理论法和经验性或试探法的基础上基础上,认为锚杆加固设计必须保证巷道始终处于可靠认为锚杆加固设计必须保证巷道始终处于可靠的状态的状态,而可靠的设计方法必须以对开挖引起的岩层变而可靠的设计方法必须以对开挖引起的岩层变形、锚杆受力及加固效果的精确测量为基础

38、。在此基形、锚杆受力及加固效果的精确测量为基础。在此基础上认为应采用以下两种手段相结合的设计方法础上认为应采用以下两种手段相结合的设计方法:一进一进行巷道监测行巷道监测,确定围岩矿压显现及掘进和回采期间锚杆确定围岩矿压显现及掘进和回采期间锚杆加固特性加固特性;二利用计算机模拟技术二利用计算机模拟技术,模拟可能遇到的应模拟可能遇到的应力场范围内岩层矿压显现与锚杆加固的特性力场范围内岩层矿压显现与锚杆加固的特性,以及评价以及评价新选择的各种锚杆加固。新选择的各种锚杆加固。澳大利亚澳大利亚把该设计方法的实施具体分为把该设计方法的实施具体分为4 4个步骤个步骤 :(1)(1)地质力学评估地质力学评估,

39、包括对巷道围岩包括对巷道围岩(顶底板及煤层顶底板及煤层)力学性质测定、地应力力学性质测定、地应力(3(3 个主应力的大小和方向个主应力的大小和方向)测测试和现场调查试和现场调查;(2);(2)初始设计初始设计(即利用计算机数值模拟即利用计算机数值模拟方法在巷道开掘以前进行方法在巷道开掘以前进行);(3);(3)现场监测现场监测(即利用测即利用测力锚杆及位移计等对锚杆受力及围岩位移进行适时观力锚杆及位移计等对锚杆受力及围岩位移进行适时观测测);(4);(4)信息反馈和修改、完善设计信息反馈和修改、完善设计(根据现场监测根据现场监测的数据与曲线与初始设计进行对比的数据与曲线与初始设计进行对比,若相

40、同则证明初始若相同则证明初始设计正确设计正确,否则应修正初始设计否则应修正初始设计,调整锚固结构和参数调整锚固结构和参数,完成最终设计完成最终设计)。这个设计方法已被证明是成功的。这个设计方法已被证明是成功的。锚杆支护设计需要考虑的锚杆支护设计需要考虑的“三孔匹配三孔匹配”问题：问题：药卷直径、钻孔直径药卷直径、钻孔直径和和锚杆直径锚杆直径三者是否合理匹三者是否合理匹配，直接影响锚杆的锚固效果和支护的安全可靠性与配，直接影响锚杆的锚固效果和支护的安全可靠性与经济合理性。经济合理性。(1)(1)钻孔直径与锚杆直径之差为钻孔直径与锚杆直径之差为6 610mm10mm时，锚杆的时，锚杆的锚固效果良好

41、，相差锚固效果良好，相差7 78mm8mm为最佳。为最佳。(2)(2)树脂药卷的直径一般应比钻孔直径小树脂药卷的直径一般应比钻孔直径小3 36mm6mm。4.2 4.2 锚喷支护锚喷支护一、锚杆支护一、锚杆支护1.1.锚杆支护发展简史锚杆支护发展简史2.2.锚杆支护的特点锚杆支护的特点3.3.锚杆结构类型、技术特征与适用条件锚杆结构类型、技术特征与适用条件4.4.锚杆的作用机理锚杆的作用机理5.5.锚杆杆体受力特点锚杆杆体受力特点6.6.锚杆参数确定方法锚杆参数确定方法7.7.特性与适用性特性与适用性特性：特性：（1 1）主动性）主动性 锚杆的主动加固性通过安装初期的预紧锚杆的主动加固性通过安

42、装初期的预紧力来实现。力来实现。（2 2）让压性）让压性 锚杆的让压性（与普通支护的可缩性相锚杆的让压性（与普通支护的可缩性相对应）是通过锚杆的可伸长性来实现的。对应）是通过锚杆的可伸长性来实现的。适用性：适用性：（1 1）巷道表面位移量不超过）巷道表面位移量不超过200mm200mm，锚固力大于，锚固力大于20KN20KN的场合，都可以使用锚杆有效维护围岩的稳定性；其的场合，都可以使用锚杆有效维护围岩的稳定性；其它场合，在选定合理的锚杆支护技术参数、辅以特殊它场合，在选定合理的锚杆支护技术参数、辅以特殊措施的情况下也可使用。措施的情况下也可使用。（2 2）不易维护托板范围以外的杆间岩体，无封

43、闭围）不易维护托板范围以外的杆间岩体，无封闭围岩的作用，因此，常常和其它辅助手段联合支护。岩的作用，因此，常常和其它辅助手段联合支护。小孔径预应力锚索支护 锚固深度大、可施加预应力的实现主动支护。锚固深度大、可施加预应力的实现主动支护。在大断面、地质构造破坏地段、顶板软弱且较厚、在大断面、地质构造破坏地段、顶板软弱且较厚、高地应力、综放巷道等支护困难、复杂的巷道中广泛高地应力、综放巷道等支护困难、复杂的巷道中广泛应用。应用。采用锚杆钻机打采用锚杆钻机打282832mm32mm的小钻孔、树脂药卷的小钻孔、树脂药卷加长锚固、锚索张拉设备施加预紧力、锁具锁定。加长锚固、锚索张拉设备施加预紧力、锁具锁

44、定。由钢绞线(多为7股）组成的索线为支护主体。毛刺毛刺锁具锁具槽钢槽钢钢垫板钢垫板围岩表面围岩表面钻孔钻孔钢绞线钢绞线锚索结构锚索结构 小孔径预应力锚索结构可分为三大部分：内锚固段、钢绞线自由段小孔径预应力锚索结构可分为三大部分：内锚固段、钢绞线自由段、外锚固段。内锚固段外径、外锚固段。内锚固段外径D D的最大尺寸以不影响锚索在钻孔中搅拌树脂的最大尺寸以不影响锚索在钻孔中搅拌树脂药卷为宜，一般比钻孔直径小药卷为宜，一般比钻孔直径小6 68mm8mm较好，可确保树脂药卷搅拌均匀。较好，可确保树脂药卷搅拌均匀。小孔径预应力锚索施工工艺小孔径预应力锚索施工工艺小孔径预应力锚索施工可分为地面准备、钻孔

45、、锚固小孔径预应力锚索施工可分为地面准备、钻孔、锚固、张拉、张拉4 4个主要工序。个主要工序。锚索锚索4.2 4.2 锚喷支护锚喷支护一、锚杆支护一、锚杆支护二、喷射混凝土支护二、喷射混凝土支护1.1.喷射混凝土简史喷射混凝土简史2.2.喷层的支护作用喷层的支护作用3.3.喷层特性喷层特性4 4、喷层厚度、喷层厚度5 5、适用条件、适用条件1.1.喷射混凝土支护简史喷射混凝土支护简史概念：概念：借助喷射机械，利用压缩空气或其他动力，将借助喷射机械，利用压缩空气或其他动力，将按一定配比拌和的水泥、砂、石料通过管道运输并以按一定配比拌和的水泥、砂、石料通过管道运输并以高速喷射到受喷面（围岩表面）上

46、，迅速凝结固化成高速喷射到受喷面（围岩表面）上，迅速凝结固化成混凝土结构层以起到加固、支护围岩的作用。混凝土结构层以起到加固、支护围岩的作用。分湿喷、干喷两分湿喷、干喷两种技术种技术喷射混凝土喷射混凝土工艺流程工艺流程1.1.喷射混凝土简史喷射混凝土简史2.2.喷层的支护作用喷层的支护作用封闭围岩，防止风化封闭围岩，防止风化改善围岩的应力状态改善围岩的应力状态恢复三向应力状态恢复三向应力状态填凹补平消除应力集中、填凹补平消除应力集中、密切岩体、柔性支护结构作用密切岩体、柔性支护结构作用共同变形，围岩共同变形，围岩应力释放，抑制更大变形。应力释放，抑制更大变形。射入缝隙，增强黏结射入缝隙，增强黏

47、结岩块间的连接咬合作用得岩块间的连接咬合作用得以维持。以维持。防护锚杆间危石掉落防护锚杆间危石掉落1.1.喷射混凝土简史喷射混凝土简史2.2.喷层的支护作用喷层的支护作用3.3.喷层特性喷层特性脆性材料，围岩小变形时具有一定的承载能脆性材料，围岩小变形时具有一定的承载能力，围岩变形量大时，喷层容易开裂、剥落。力，围岩变形量大时，喷层容易开裂、剥落。1.1.喷射混凝土简史喷射混凝土简史2.2.喷层的支护作用喷层的支护作用3.3.喷层特性喷层特性4 4、喷层厚度、喷层厚度 岩体变形量小时，只素喷混凝土（不打锚杆），岩体变形量小时，只素喷混凝土（不打锚杆），厚度厚度50-150mm50-150mm；

48、岩体变形大时，以锚杆支护为主，喷；岩体变形大时，以锚杆支护为主，喷层为辅，喷层厚度层为辅，喷层厚度20-50mm20-50mm。喷层厚度无计算理论可依，目前以工程类比法按喷层厚度无计算理论可依，目前以工程类比法按照经验确定。照经验确定。喷射混凝土厚度与强度技术规范说明：喷射混凝土厚度与强度技术规范说明：技术规范技术规范4.3.1 4.3.1：喷射混凝土的设计强度等：喷射混凝土的设计强度等级不应低于级不应低于C C1515；对于立井及重要隧洞和斜井工程，喷；对于立井及重要隧洞和斜井工程，喷射混凝土的设计强度等级不应低于射混凝土的设计强度等级不应低于C C2020；喷射混凝土；喷射混凝土1d1d龄

49、期的抗压强度不应低于龄期的抗压强度不应低于5MPa5MPa。钢纤维喷射混凝土的。钢纤维喷射混凝土的设计强度等级不应低于设计强度等级不应低于C20C20，其抗拉强度不应低于，其抗拉强度不应低于2MPa2MPa，抗弯强度不应低于抗弯强度不应低于6MPa6MPa。技术规范技术规范4.3.34.3.3：喷射混凝土的收缩较大，若其厚度小于喷射混凝土的收缩较大，若其厚度小于50mm50mm时，喷层中粗骨料的含量甚少，更容易引起收缩开裂。同时，喷时，喷层中粗骨料的含量甚少，更容易引起收缩开裂。同时，喷层过薄也不足以抵抗岩块的移动，常出现局部开裂或剥落。近几年来，层过薄也不足以抵抗岩块的移动，常出现局部开裂或

50、剥落。近几年来，有关部门对喷射混凝土支护使用情况调查结果表明，喷射混凝土支护有关部门对喷射混凝土支护使用情况调查结果表明，喷射混凝土支护层产生局部开裂剥落者，其厚度多在层产生局部开裂剥落者，其厚度多在50mm50mm以下，也有以下，也有303040mm40mm的。因的。因此，本条规定喷射混凝土支护的最小厚度不应小于此，本条规定喷射混凝土支护的最小厚度不应小于50mm50mm。根据锚喷支护原理，要求喷层具有一定的柔性。因此，规定喷射根据锚喷支护原理，要求喷层具有一定的柔性。因此，规定喷射混凝土厚度一般不应超过混凝土厚度一般不应超过200mm200mm，特别在软弱围岩中作初期支护，喷层，特别在软弱