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锚杆的分类与安装及锚杆支护作用机理

时间:2010年08月12日 09:46  来源:互联网  已被浏览3636次  评论0

  1.锚杆支护作用机理

  锚杆支护的作用机理有加固拱作用、悬吊作用、组合梁作用、围岩补强作用和减小跨度作用等,如图5—3所示。(风险世界网-RiskMW.com 专业研究安全风险管理,安全员的门户网站!)

  (1)悬吊作用在层状岩层中,锚杆将下部不稳定的岩层悬吊在上部稳固的岩层上。锚杆所受的拉力来自被悬吊的岩层重量。

  (2)组合梁作用在没有稳固岩层的薄层状岩层中,通过锚杆的预拉应力,将视为组合梁的各薄岩层挤紧,提高其自承能力。决定组合梁稳定性的主要因素是锚杆的预拉应力及杆体强度和岩层性质。

  (3)加固拱作用对于被纵横交错的弱面所切割的块状或破裂状围岩,如果及时用锚杆加固,就能提高岩体结构弱面的抗剪强度,在围岩周边一定厚度的范围内形成一个不仅能维持自身稳

  定,而且能防止其上部围岩松动和变形的加固拱,从而保持巷道的稳定。

  (4)减少跨度作用巷道顶板打上锚杆,相当于在该处打上了点柱。因此,就相当于把巷道顶板岩石悬露的跨度缩少了,从而提高了顶板岩层的抗弯曲能力。

  2.锚杆的分类与安装

  1)木锚杆

  我国使用的木锚杆有两种,即普通木锚杆和压缩木锚杆。

  (1)普通木锚杆,是采用优质木材制作的,常用的有榆木、槐木、桑木等。要求木纹平直、无疵病,有足够的强度。普通木锚杆由木内楔、木杆体、木托板和木外楔组成。杆体上下两楔缝应相互垂直,防止打楔造成劈裂。

  木锚杆的安装方法是先将木内楔插到锚杆顶端楔缝中,然后将杆体放入眼孔内,在锚杆尾端加力锤击,锚杆锚固后,再上好木托板,在锚杆尾端楔缝中加打木外楔封住眼孔并撑紧托板。

  普通木锚杆结构简单,取材方便,加工容易,成本低。但锚固力小,易腐朽变形,多在服务年限短的采区煤或半煤巷中锚固煤帮用,使用时应注意防腐处理。

  (2)压缩木锚杆,是利用压缩木制成的锚杆。压缩木是把潮湿的木材加以横纹压缩,就会产生较大的弹性变形,在变形状态掘进工下予以热处理和冷却,弹性变形就转化成塑性变形即成了压缩木。当压缩木吸水后,塑性变形又转化为弹性变形,产生一种能恢复到接近原来尺寸和开头的膨胀特性。压缩木的密度可达1.4t/m3力学强度要比一般木材大2~3倍。

  压缩木锚杆比普通木锚杆强度大,它是全长锚固,锚固力大。这种锚杆的锚固力可达40kN。以用于松软煤层巷道煤帮的锚固和综采工作面煤帮的加固(防片帮冒顶事故)为宜。

  压缩木锚杆的安装与楔缝木锚杆基本相同,但在放入眼孔前,要把杆体浸湿,马上将浸湿的杆体放入眼孔中。压缩木锚杆的托板多采用金属托板,另外还配有金属衬套。

  此种锚杆制作工艺复杂,必须在专门工厂生产,成本高,储存保管不便,因此使用不多。

  2)倒楔式金属锚杆

  这种锚杆曾经是使用最为广泛的锚杆形式之一,由于它加工简单,安装方便,具有一定的锚固力,因此,这种锚杆在一定范围内至今还在使用。

  倒楔式金属锚杆由锚头、杆体、托板和螺帽四部分组成。锚头是由与杆体相连的固定楔和活动倒楔两个部分组成,固定楔与倒楔沿斜面相对移动,压紧眼孔壁形成锚固力;杆体通常选用3号圆钢,直径14mm~22Inm,长度1.4m~2.0m;锚杆尾端加工成长100Inm~150mm的标准三角螺纹。

  安装时,先把倒楔绑在固定楔的下部适当位置,轻轻送入锚杆眼孔中,然后用一个专用的金属杆沿锚杆侧插入到倒楔处,锤击金属杆时将倒楔顶入固定楔斜面,利用倒楔把固定楔楔紧在眼孔中,使锚杆得到锚固力,再上好托板,拧紧螺帽即可。

  这种锚杆安装时不需完全插到眼孔底部就能锚固,所以对眼孔深度要求不严;巷道报废时,可拧下螺帽退下垫板,用锤向里打击杆体,松动倒楔,拆下锚杆,所以这种锚杆可以回收复用。

  3)管缝式锚杆

  管缝锚杆是一种全长摩擦锚固式锚杆,这种锚杆具有安装简第五章巷道支护单,锚固可靠,初锚力大,永久锚固力随围岩移动而增长。

  管缝锚杆由高强度钢管或钢板卷制成,沿钢管全长有一条缝,实际上是一条有开缝的钢管,在管的顶端是锥体,尾端焊有一个由8一钢筋制成的圆环。这种锚杆已形成了支护系列。直

  径从45HHn到33mm,长度从1.4m至2.0m,为配合风动锚杆钻机的使用,又研制出直径30mm的管缝锚杆,经过现场试验表明:锚杆杆体稳定,锚固力大,节省钢材,施工速度快,支护效果好。

  管缝锚杆安装对钻孔要求比较严格,目前常用的安装机有两种:一种是用风钻稍作改进制作而成,另一种是液压锚杆安装机。用风动锚杆安装机,需要在安装机与锚杆之间配置连接装置——冲击杆。冲击杆的作用是把风动锚杆安装机的冲击力传递给管缝锚杆,以克服锚杆与眼孔壁相互作用产生的摩擦阻力,使锚杆能够装进钻孔中。

  一般锚杆直径要比钻孔直径大2mm~3mm,用外力强迫压入钻孔中。管径缩小,对孔壁产生环向的径向弹性张力,紧紧挤压孔壁。杆体与孔壁之间产生轴向摩擦力,从而形成锚固力,该锚固力沿锚杆全长分布。此外,托板紧压孔口岩壁,使岩石近似处于三向应力状态。

  管缝锚杆安装注意事项:

  (1)选用钻头要用游标卡尺测量,精确到毫米级后一位小数点。新钻头直径要大些,即与锚杆直径差要小些,一般以1.5mm~2mm为宜。

  (2)使用钻头要掌握钻头磨损数据。开始要详细测量两组钻头的磨损量,测算每个钻头的有效钻孔数。待取得实测数据后,再用以指导现场施工。在正常施工时,只要注意钻头钻孔数即可,一旦钻头钻孑L数达到测定规定数,就换用新钻头。这样可大大减少锚杆安装的不合格数量。

  (3)钻孔深度要比锚杆长度长50mm,并要把握住钻孔方向,保持钻孔直度。掘进工

  (4)锚杆安装,安装机机身轴线应与锚杆轴线相一致,尽量减少偏差,防止锚杆遭受过大弯矩,使锚杆损坏和安装不进去。

  4)树脂锚杆

  用树脂作为粘结剂进行锚固的方式称为树脂锚杆。由于树脂成本高,所以多用端头锚固,但也可以实现全长锚固。

  树脂锚杆的杆体可为钢材、木材、竹材或玻璃钢材等。树脂锚固剂根据其凝固固化时问,有超快的CK型,有快速的K型,有中速的Z型和慢速的M型。树脂锚固剂主要技术特征见表

  一般树脂锚杆的安装应遵循以下方法:

  (1)锚杆眼钻眼工具一般用风动凿岩机、煤电钻或液压钻。

  (2)钻眼前应按设计要求定好眼位,做出标记。锚杆眼尽量与岩层层理、裂隙面垂直,当条件不具备时,应与巷道周边垂直。锚杆眼深必须符合设计要求。

  (3)钻眼后,应用压缩空气或水将眼中的岩粉清除干净,煤层或软岩中的锚杆眼,煤电钻不许来回拉钻杆,以免扩大眼径。

  (4)安装前要检查锚杆眼的方向、位置及平直度是否符合设计要求,锚固剂、杆体是否合格。如果有一项不符合要求,不得进行安装。

  (5)树脂锚杆搅拌工具,可采用煤电钻或单体风动锚杆机等。

  (6)安装时,先将带螺母的连接头拧紧在杆尾螺纹上;如采第五章巷道支护用六方套连接头,则应预先把两个螺母在杆体上互相挤紧,然后用杆体量准眼深,划好记号,再用杆体将锚固剂送到眼底。搅拌时间应根据锚固剂技术特征而定。

  (7)取下煤电钻或搅拌器。采用螺母连接头时,要等锚固剂固化后才准取下;采用六方套筒连接头时,可马上卸下。

  (8)Z型锚固剂在锚杆安装后15min上托板;K型锚固剂安装后10min上托板;CK型锚固剂安装后5min上托板。尾部螺母必须用机械或力矩扳手拧紧,确保托板与岩面贴紧,严防松

  动。

  5)快硬膨胀水泥锚杆

  快硬膨胀水泥是采用普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥加人外加剂而成,具有速凝、早强、减水、膨胀等特点,用以锚固锚杆,一般都是做成水泥药卷使用。

  水泥药卷一般做成空心的,中心有带砂网的中心孔,锚杆可直接穿人,也可做成实心药卷。安装时先把药卷串入锚杆,上好垫圈,然后手持锚杆体将药卷浸水,浸水5s后套上φ2020mm辅助安装钢管,把锚杆送进眼孔中,再用辅助安装管冲压密实即可。

  由于下井操作时浸水时间不易掌握,安装质量受人为因素影响较大,现已很少使用。

  6)锚索

  锚索是采用有一定弯曲柔性的钢绞线通过预先钻出的钻孔以一定的方式锚固在围岩深部,外露端由工作锚通过预张拉压紧托盘对围岩进行加固补强的一种手段。其特点是锚固深度大、承载能力高、可施加较大的预紧力,因而可获得比较理想的支护效果,是目前最可靠、最有效的一种手段。其加固范围、支护强度、可靠性是普遍锚杆支护所无法比拟的。

  传统的锚索支护一般适合于煤矿井下大断面硐室和巷道的补强加固。锚索钻孔和吨位一般较大,而且采用注浆锚固,这种锚索的技术参数和施工工艺无法满足回采巷道的要求。掘进工

  近年来,开发出了适合在煤巷掘进期间按正规循环施工的新型小孔树脂锚固预应力锚索加固技术。其最大特点是采用树脂药卷锚固,通过专用装置可以像安装普通树脂锚杆那样用锚索搅拌树脂药卷对锚索锚固端进行加长锚固,其安装孔径仅为声28mlrt,用普通锚杆机即可完成打孔、安装。

  小孔径锚索主要用在破碎、复合顶板回采巷道;放顶煤开采沿煤层底板掘进的煤顶巷道;软弱和高地应力回采巷道;以及大跨度开切眼和巷道交叉点。

责任编辑:gwj

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