煤矿锚杆支护设计方法

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1、锚杆支护设计方法马小钧高级工程师马小钧简介马小钧男，1961年生于山东省安邱市。1986年毕业于山东矿业学院采矿系，采矿高级工程师。中国煤炭工业协会煤矿支护专业委员会特聘专家。劳动人口部煤炭系统高级职业考评员，香港国际专利技术开发投资公司顾问。目录1.锚杆支护技术现状2.理论研究的必要性3.研究目的4.主要研究成果5.煤巷围岩分类方法6.参系数的选取7.煤巷锚杆支护设计方法8.监测与管理9.后话1.锚杆支护技术现状※1.1锚固技术的发展史锚固技术的使用距今已有90年的历史。1912年美国在煤矿使用锚杆支护顶板；[阿伯施莱辛(Aberschle

2、sin)的弗里登斯（Friedens）煤矿]1915年至1920年在金属矿山也开始使用锚杆；1934年阿尔及利亚在筑坝工程中使用预应力锚杆；(舍尔法坝加高)1957年德国在土层深基坑中使用锚杆；（Bauer公司）60年代出现顶板桁架(桁架锚杆)和螺纹锚杆；1987年意大利大坝加固使用全长锚固锚杆(瑞士P.埃格)；80年代土尔其、苏联、德国开始使用注浆锚杆。(C.比隆，E.阿里欧格卢《矿井支护技术》)1.2理论研究悬吊作用理论：1952年路易斯帕内科(LouisPanek)等提出；组合梁作用理论：雅可比(Jacobio)等提出；组合拱理论：19

3、55年由奥地利学者L.拉布希维兹(Rabcewicz)提出；“新奥法”：1963年首次由L.拉布希维兹提出，1978年由L.米勒在日本讲学时系统总结为《新奥法原理22条》的隧道施工理念。1980年5月曾来我国讲学。新奥法的核心是：变载荷体（围岩）为承载结构，使围岩与支护结构共同形成一个支承环，充分调动围岩的自承能力。它摒弃了隧道力学中传统的以普氏理论和太沙理论为代表的松动地压理论，将岩体视为承载体。1.3应用现状目前锚杆支护非常普遍（每年使用的锚杆数量多达3亿根左右）。锚杆的种类繁多（多达600余种）。常见的有：木锚杆、竹锚杆、倒楔式锚杆、钢

4、丝绳砂浆锚杆、管缝锚杆、塑料胀壳式锚杆、钢筋树脂锚杆、注浆锚杆，还有：水胀式、爆炸式、套管摩擦式、弹簧式锚杆．．．等等。美国、澳大利亚：在煤矿巷道的支护比重中几乎达到了100%；英国：在煤矿巷道支护中的比例也达到了80%以上；法国、德国，俄罗斯等国锚杆支护的使用比例也在逐年增加；日本、印度、新西兰、挪威等国也有广泛应用；世界各国在煤炭、冶金、水利、水电、铁路隧道、地铁、公路、军工等众多的岩土工程领域，均已成功地应用了锚固技术。中国：1956年起在煤矿岩巷中使用锚杆支护，至今已有46年历史。20世纪60年代，普通砂浆锚杆和喷射混凝土支护开始大量

5、应用于矿山巷道、铁路隧道和边坡加固工程中。1964年梅山水库的坝基加固采用了预应力锚索；1995年国有重点煤矿当年新掘巷道中锚杆支护率为28.19%，其中岩巷中占57.2%，半煤岩巷中占30.07%，煤巷中占15.15%。“九五”期间，原煤炭工业部将“锚杆支护”列为煤炭工业科技发展的五个重点项目之一，计划到2000年，国有重点煤矿锚杆支护率达到50%，其中煤巷30%，半煤岩巷60%，岩巷80%。经过高校、科研和生产单位的联合攻关，煤巷锚杆支护技术有了较大提高，煤巷中锚杆支护的应用也有了迅速发展。1998年全国煤巷锚杆支护率已提高到20.14%

6、。2.研究的必要性※由于锚杆支护显著的技术经济优越性，现已发展成为煤炭、冶金、水利、水电、地铁、隧道、公路、军工等地学领域的一种行之有效的支护手段。2.1锚杆支护比框式支架支护具有显著优越性A.主动支护,变载荷体为承载体，充分利用围岩的自承能力。B.改善围岩应力状态，提高围岩的自承能力。及时补充第三向应力，有效避免围岩强度的过度衰减；C.锚杆与围岩同步变形，可实现有约束让压,从而保持巷道围岩长期稳定；D.简化了回采工艺，提高了回采工作面的推进速度；E.节省支护钢材，降低支护成本；F.减少支护材料的运输工作量，G.减轻了工人的劳动强度；H.利于

7、机械化作业和提高掘进速度。2.2锚杆支护理论研究相对落后正是基于上述优越性，大屯矿区的煤巷锚杆支护在矿区空前发展。自99年已来，矿区煤巷锚杆支护率均在50％已上，使用范围不断扩大：综采、综放、轻放、高档、高放、水采等几乎所有的采煤工艺的回采巷道，条件适宜的均使用了锚网支护。然而，由于锚杆支护的对象──巷道围岩本身所固有的非均质性、非连续性、各向异性以及采掘过程的复杂性等，理论上不完善、机理的认识上不统一，锚杆支护设计上很难做到科学化、系统化、规范化。致使许多锚杆支护设计大都是按经验或工程类比法来完成的。参数设计不尽合理。锚杆支护的实践（设计、

8、施工）带有一定的盲目性。2.2.1现行锚杆支护设计方法的弊端由于理论上的相对滞后，现行设计基本上是参照前苏联的设计方法，或工程类比法。其缺点：a.先设计从锚索，再设