第一篇：锚杆支护设计

冀中能源峰峰集团万年矿

上13261溜子道煤巷锚网索支护设计说明书

审 批 ：

主管矿长 总工程师 开掘副总 生产技术部（调度）生产技术部（技术）审 核 地 质 组 设 计： 月 日 月 日 月 日 月 日 月 日 月 日 月 日 月 日

上13261溜子道煤巷锚网索支护设计说明书

一、地质概述

1、巷道位置及范围

上13261溜子道东邻13261工作面采空区;南邻F9号断层;西以上261工作面为界;北以三水平轨道上山和上车场保护煤柱线为界。本工作面四面均有采掘。工作面标高-245~-255，本工作面对应地面位置在庄宴村东北，主要是坡地。地面标高248~261，2#煤层平均埋深500m。

2、地质状况

本区煤层基本稳定，2#煤厚度为3.6~5.4m，平均4.5m； 煤层产状：倾向63°～88°,倾角7°～23°，平均15°，煤质牌号为无烟煤，质硬，其单向抗压强度15～25MPa之间，平均18.5MPa。伪顶厚平均0.3m，岩性为炭质页岩，松软，破碎易垮落。直接顶为粉砂岩，局部直接顶相变为细粒砂岩或砂页岩互层，其厚度为2.0~8.0m，平均4.0m；其抗压强度为23.6~48.3MPa，平均45.3MPa，根据原煤炭部下发《地质条件分类细则》确定本区顶板为三类顶板。老顶为中、细粒砂岩组成，灰白色，以石英、长石为主，裂隙发育，钙质胶结；厚4.0~20m，平均14.0m，岩石坚硬。底板为粉砂岩，厚约3.0m，其抗压强度27.4～55.3MPa，平均46.2MPa。

二、巷道断面设计

1、上13261工作面运料巷采用锚网梁+锚索支护，巷道设计断面为准矩形。

2、巷道断面规格：净宽×净高=4.4m×2.7m。

三、锚杆（索）支护参数设计

1、围岩稳定性分类

根据对该区围岩分析，参照《MT1104-2009煤巷锚杆支护技术规范》(国家安全生产监督管理总局)，对围岩进行分类。

煤层单轴抗压强度σ煤=15～25MPA之间，平均18.5Mpa 直接顶单轴抗压强度σ直接顶=23.6～48.3MPa，平均45.3Mpa 底板抗压强度σ底板=27.4～55.3 Mpa，平均46.2 Mpa。巷道埋深（平均）h=500m

2、锚杆（索）支护设计

参照《煤巷锚杆支护技术》一书中组合梁及悬吊理论计算是比较合理的。（1）、顶锚杆长度 L=L1+L2（加长锚）+L3

式中：L1—锚索外露长度，取0.05m L2—锚固有效组厚度

L3—锚杆锚固段长度，1根锚固剂长0.6m L2=1.935B[K1p/φ（σ1+σ2）]1/2

式中：K1—与施工方法有关的安全系数，取1.5 B—巷道跨度4.4m

P—组合梁上均布载荷 P=rL=25×4=100KPa=0.1MPa r—上覆岩层容重取25KN/m3 L—顶锚杆长度选取值2.4m φ—与组合梁层数有关的系数取0.7 σ1—组合梁最上一层抗拉强度取3.5MPa σ2—原岩水平应力，σ2=λrZ=0.3×25×500=3750kpa=3.75MPa λ—侧压力系数0.3 r—上覆岩层容重取25KN/m3 Z—巷道埋深（平均）h=500m L2 =1.935×4.4 [1.5×0.1/0.7（3.5+3.75）] =1.46

L=0.05+1.46+0.6=2.1 根据以往施工经验，和该区使用锚杆（锚索）情况，结合本区直接顶厚度为4m，为保证施工安全，选锚索长度4m。

（2）、顶锚杆（锚索）锚固力

根据《MT1104-2009煤巷锚杆支护技术规范》锚杆锚固力100KN。（3）顶锚索间距 D≤51.55m1（σ1/KP）1/2 式中：m1————组合梁最下一层岩层厚度0.3m σ1——最下一层岩层抗拉计算强度1KPa K——安全系数取10 P——本层自重均布载荷 P=rm1=25×0.3=7.5KPa D≤51.55×0.3×[1（/10×7.5）]=1.7m 根据巷道规格，顶锚杆间距D取0.7m，顶部打7根锚杆（锚索）。（4）顶锚杆（锚索）排距 L0=Nn/（2KraL）

式中：n--每排锚索根数，7根

K--安全系数，取2.5 a--巷道掘进宽度一半2.2 L--锚索长2.4m L0=100×7/（2×2.5×25×2.2×2.4）=1.06m 根据类比工程，并考虑安全方面，L0=1.0m（5）角锚杆与水平夹角

1/

21/2

角锚杆与水平夹角θ应满足下式要求： Lcosθ≥0.2+L1 式中：L1--角锚杆进入煤壁的距离0.5m cosθ≥0.7/2.4=0.292 θ≤73°取θ=60°

（6）顶锚杆材质及直径

顶锚杆设计锚固力为100KN，故选用高强度带纵筋螺纹钢锚杆，材质为20MnSi，直径20mm，杆前端螺纹滚丝而成，其屈服载荷为104.7KN，极限载荷为160KN。

（7）锚固剂

锚固剂充填长度L锚=nφ

2卷

L卷/（φ

2孔-d2）

L锚：锚固剂出厂长度600mm 式中：n--锚固剂卷数

φ卷--树脂锚固剂直径28mm L卷--树脂锚固剂长度600mm φ孔--锚杆孔直径30mm d--锚杆直径20mm n=600×（302-202）/（282×600）=0.64 故取n=1卷 ,考虑锚杆快速安装，选用CK2860树脂锚固剂和Z2860树脂锚固剂各1卷，校核其锚固力。

P锚=3.14φ孔σ L锚K 式中：φ孔--锚杆孔直径28mm=0.030m σ1--锚固剂与孔壁粘结强度，取1.6MPa=1600Kpa L锚--锚固剂长600mm K--药卷长度充填系数1.6 P锚=3.14×0.03×1600×0.6×1.6=144.7＞100KN满足要求（8）帮锚杆长度

两帮潜在松塌区宽度L1=htg（45-φ/2）式中：h—巷道掘进高度，3.0m φ--煤体内摩擦角56.3°

L1--=3.0×tg（45-56.3°/2）=0.9m 故帮锚杆长度为L=L1+L2+L3

式中：L1--两帮潜在松塌区宽度取0.9m L2--帮锚杆锚固长度0.6m L3外露长度取0.05m L=0.9+0.6+0.05=1.55m；根据类比工程经验锚杆长度取2.0m。（9）帮锚杆间距 D≤1/2L=1/2×2.2=1.1m

1根据类比工程经验锚杆间距取0.7m。

（10）帮锚杆锚固力：A3钢帮锚杆设计锚固力60KN（11）帮锚杆材质及直径

帮锚杆设计锚固力60KN，故选直径18mm，A3钢锚杆，其极限载荷66KN，杆前端螺纹滚丝而成。

（12）帮锚杆锚固剂

帮锚杆锚固剂选用Z2860树脂锚固剂1卷，校核其锚固力。P锚=3.14×φ孔σL锚K 式中：φ孔——锚杆孔直径，φ孔=32mm=0.032m σ1——锚固剂与孔壁之间的粘结度，1000Kpa

L锚——锚固剂长度0.6m K—药卷长度充填系数1.0 P锚=3.14×0.032×1000×0.6×1.0=60.2KN＞60KN满足要求。（13）锚索加强支护

根据锚索支护机理，其参数设计参照锚杆悬吊理论进行计算

①根据工程类比法，依经验选取锚索支护参数，顶锚索长度暂定8m，掘进时每前进10米打顶板探眼，视揭露煤层顶板情况调整锚索长度，使锚索能够锚固到老顶中1.5m以上。顶锚索在巷道中间顺巷道方向布置两排，排距2m，间距1.4m，迈步交替布置，每根锚索使用2块260×200托盘（U箍材料制作）。加强对顶板离层监测，根据监测数据适当调整锚索间排距。

帮锚索距顶600mm，排距1.4m、间距5.0m，长度4m，每根锚索使用1块260×200托盘（U箍材料制作）。

②锚索材料及锚固剂

顶锚索采用直径Ф21.6ｍm低松弛钢绞线，其破断载荷为480KN。顶锚索设计初锚固力200KN，锚固剂选用CK2860树脂药卷1卷，Z2860树脂药卷2卷。

（14）其它支护材料

每根锚杆均配备一个260×200托盘（U箍材料制作），角锚杆配用角托盘；W钢带采用BHW-280-3.00型；顶板两帮铺设金属菱网，网与网搭接100mm，联网间距200mm。

1五、巷道监测

煤巷锚杆支护从支护机理和参数计算上有其特性，必须进行巷道监测，通过信息反馈优化支护参数，并为以后煤巷锚杆支护提供依据。

1、每隔30m安设一顶板离层指示仪，锚索测力计，锚杆测力计，顶板位移计，两帮位移计，离层指示仪要安设在巷道顶板中央，其安设必须及时，距工作面迎头不超过30米。巷道开口、透口、断层等特殊地点加设监测仪器。

2、单位技术员要认真观测5组监测仪器数据变化。新安设监测仪器，一周之内每天观测一次，7天后如果稳定每3天观测一次，留有记录经主管副总审批，密切注意观察顶板及两帮围岩移动情况，当顶板位移达到30mm时，必须通知技术科、安监科、调度室现场调查，采取缩小锚杆排距、加使棚子等加强支护办法，当顶板位移达到50mm时，必须停止掘进，由外向里进行架棚支护，以里巷道不得有人。

3、巷道每打设50根锚杆必须进行一组（3根）锚杆拉拔试验。拉拔加载至锚杆设计锚固力的90%。有一根不合格时再抽检一组，若第一组抽检有两根（含两根）以上或第二组抽检仍达不到上述要求，要立即停止作业，查明原因及时采取措施。

4、抽样一组（3个）螺母，采用扭矩扳手对螺母扭矩进行检查，每个螺母的扭紧力矩应不小于150Nm，若其中一个不符合要求，将扭矩不足的螺母拧紧即可，超过两个时，须将本班安装的螺母全部拧紧一遍。

六、安全技术措施

1、工作面迎头必须采取临时支护措施，采用打设内注式液压点柱配木板梁进行临时支护，顶上铺金属菱形网。

2、顶板锚杆要露头即锚，快速安装；上部3根帮锚杆距头不超过2排打设,剩余帮锚杆滞后前头不超过5排打设。锚索滞后前头不超过5米。

3、锚杆孔直径保证“三径匹配”。

4、本设计确定必须用锚杆钻机打设锚杆眼，必须采用锚杆机上紧锚杆螺母，即锚杆快速安装工艺。

5、巷道见断层，必须经安监科、调度室、技术科现场调查研究，采取加强支护或改变支护方式。

6、不同树脂药卷安装时，要先装超快药卷，再装中速药卷。

7、工作面后方要备有一定数量的支架材料和抢险材料。

8、锚索要固定人员打设，保证锚索张拉预紧力达到200KN以上，现场要有记录，标明施工人员、验收人员等内容。

9、当遇断层较大或顶板破碎，或煤层在巷道上方，或巷道为全岩、半煤岩等特殊条件，经安监科、调度室、技术科现场调查研究后制定支护方案。

10、其它由施工单位制定详细的安全技术措施。

11、其他执行《MT1104-2009煤巷锚杆支护技术规范》(国家安全生产监督管理总局)。

第二篇：锚杆支护原理

锚杆支护作用原理、基本规范和质量要求

讲课目的：通过本次讲课，带动管理人员及锚杆支护工认真钻研锚杆支护理论，与实践相结合，提升掘开工作面锚杆支护规范化操作，达到安全、经济支护巷道顶板的目的。

讲课内容：

分两大部分：（1）锚杆支护原理；（2）锚杆支护基本规范和质量要求

一、锚杆支护作用原理

1、悬吊作用：锚杆将软弱的直接顶板吊挂于比较稳定的坚固岩层上；或用锚杆将因巷道开挖而引起松动的岩块连结在松动区外的完整坚固的岩体上，使松动岩块不致冒落。

2、组合梁作用：锚杆将层状岩体各层间连结并紧固，锚杆把数层薄的岩层组合成类似铆钉加固的组合梁，提高了岩层的整体抗弯能力。

3、挤压加固拱作用：在预应力作用下，每根锚杆周围形成一个近似于锥形体的压缩区，多根锚杆共同作用锥形体压缩区彼此重叠便在围岩中形成连续压缩带，起到保持自身稳定、承受地压，阻止上部围岩的松动和变形。提高预紧力，增强节理裂隙面或岩块的摩阻力，降低岩块转动和滑移，增大了岩体的粘结力，提高了破碎岩体的强度。

三种作用相互补充综合起作用，在不同的地质条件下某种作用更为明显。

二、锚杆锚索操作基本规范

1、水泥（帮）锚杆操作基本规范

（1）药卷规格：36*220mm，凝结时间为初凝2min，终凝3min。（2）浸泡要求：专用容器、洁净水、时间60s（以中心有0.5--0.7mm干心为佳）。

（3）锚杆锚固：将浸泡好的锚固剂送入眼底，用四磅手锤将锚杆打入眼底，25min后上垫片、螺母，初锚力设计为90N.M。

2、树脂锚杆（顶锚）基本规范

（1）锚固剂配套使用Z2388及K2340（顶端）树脂锚固剂各一卷。（2）搅拌时间为cK10-15s、K型15-20s、Z型30-35s。要求速度均匀，固化时间为1min。

（3）上垫片时间：锚固剂锚固后5min，垫片必须紧贴顶板岩面。（4）初锚力要求：顶锚180N.M。

（5）使用前检查锚固剂颜色和手感柔软程度、柔软为好。如发现结块、发硬、破裂、变质等异常现象严禁使用。

（6）锚杆尾部套上搅拌连接装置，用锚杆杆体将锚固剂送入孔度，然后用搅拌机具顺时针旋转随搅随推进，将杆体迅速推到孔底，搅拌后立即在孔口将杆体楔牢，防止固化前杆体位移。

（7）树脂锚固剂应按一级易燃品管理，专人负责运输，搬运过程中要轻拿轻放，严禁碰撞、摔打、挤压，以防锚固剂破裂失效。

（8）树脂锚固剂应在通风良好，无阳光、无淋水的专用防火仓库贮存，锚固剂应立式存放，以防内管破裂，贮存温度在4-25℃以下。

3、锚索操作基本规范

（1）材料选择：钢绞线15.24*8000mm、钢板300*300*

12、锚固剂Z2388、K2340（顶端）各两卷。

（2）搅拌时间：1分30秒、固化时间（即卸连接器时间）5分钟、锁具安装时间为固化后25分钟、预紧力20MPa、锚固力120KN、锚索外露不大于300MM。

（3）锚索端头必须在砂轮机上打磨，保证顺利安装，不准在井下用断线钳剪切；钢板安装紧贴岩面。

4、其它基本规范

（1）锚杆安装前，由专人检查锚杆，锚固剂与锚杆孔径是否相符。检查锚杆孔深度、位置、方向是否符合设计要求。

（2）锚固力拉力试验：高强锚杆8T、普通锚杆5T、锚索12T。（3）锚孔深度不小于杆体有效长度、不大于杆体有效长度30mm。（4）锚杆杆体有效长度：有垫片留10cm、无垫片留5cm。

三、锚杆支护管理与操作质量要求

1、《煤矿安全规程》第44条对安设锚杆操作的规定（摘）：

（1）打锚杆前眼，必须首先敲帮问顶，将活矸处理掉，在确保安全的条件下，方可作业。

（2）使用锚固剂固定锚杆时，应将孔壁冲洗干净。（3）软岩使用锚杆支护时，必须全长锚固。

（4）锚杆必须用机械或力矩扳手拧紧，确保锚杆的托板紧贴巷壁。（5）锚杆必须按规定做拉力试验。煤巷还必须进行顶板离层监测，并有记录牌板显示。

2、“煤矿安全质量标准化标准”规定（摘）

（1）锚索：一般巷道孔距±150mm、孔深0~ +200mm、外露≤350mm；锚喷工程孔距±100mm、孔深0~ +200mm、外露≤100mm（爆破材料库为0）。

（2）锚杆：间排距±100mm、孔深0~ +50mm、角度≤15°、外露一般巷道≤50mm、爆破炸材料峒及锚喷巷道为0。

3、锚杆监测：拉力试验每300根或100m一组3根。

4、入井检验：每一批下井的锚杆、锚索、锚固剂、垫片均要进行材质抽查。

第三篇：锚杆支护参数

锚杆支护参数：

（1）、顶锚杆通过悬吊作用，帮锚杆通过加固帮体作用，达到支护效果的条件，应满足： L≥L1+L2+L3 式中：L—锚杆总长，m；

L1—锚杆外露长度，顶锚杆取0.10m，帮锚杆取0.10m； L2—有效长度(顶锚杆取免压拱高b，帮锚杆取煤帮破碎深度c)m； L3—锚入岩层内深度取1.0m 普氏免压拱高：

b=[B/2+Htan(45°-ω帮/2)]/f顶 式中：

B、H—巷道掘进跨度和高度，B=5.0.m、H=3.8m； f顶—顶板岩石普氏系数，f顶取3； ω帮—两帮围岩的内摩擦角，ω帮取63.43°。依上述公式计算:b=720mm c=570 mm 得出：L顶≥1790mm L帮≥1720mm 所选锚杆长度均能满足计算要求。

（2）、按锚杆所能悬吊重量校检锚杆的排间距：

每根锚杆悬吊岩体重量G=rL2a²，锚杆锚固力Q应承担G的重量。为了安全起见，再考虑安全系数K。取K=2 KG=Q

a²=√Q/krL2 L2─—巷道顶板岩体破碎带高度，mm； d — 锚杆直径，18mm； qt——锚杆抗拉强度，5.0Mpa； r—岩体容重，2.5KN/m³;a —锚杆排间距，mm； 计算：a=1.1m a＜（Q/KrL2）/2所选锚杆的锚固力Q≥50KN,计算得a＜1.2m，因而排间距参数能满足计算结果。施工时取：a=800mm

第四节 支护工艺

一、支护材料

锚杆为Φ18×2000mm螺纹钢，每根锚杆使用1－2根树脂锚固剂；（累计长度500mm），木托板为600×200×60mm硬杂木。

一、锚杆安装工艺

1、首先要认真执行敲帮问顶制度，及时清理掉帮顶危岩，打眼必须在临时支护下进行，2、合理布置眼位，保证锚杆、锚索眼深度，3、使用锚杆机打眼时要先送水、后送风、停机则反之，4、打完眼后应用压风将孔内积水岩（煤）粉吹净。

二、安装锚杆

1、装药卷前，先用锚杆插入孔内探查锚眼直度和深度是否符合要求，不符合要求应得新补打，2、安装锚杆时，先将药卷装入眼内，随后插入锚杆启动锚杆机，循序推至眼底，搅拌20S停机，20min后上托板，用电煤钻将螺母拧紧，3、锚杆每根使用1－2个树脂锚固剂（500mm/根），锚索每要使用2－3个树脂锚固剂(500mm/根)，4、托板要紧贴岩壁，不平要用木板填平，5、锚杆的锚固力不小于50KN。

四、支护质量要求

1、巷道净宽允许偏差0－100mm，要保证巷高，2、打锚杆要垂直于煤（岩）面，3、锚杆托板要紧贴煤（岩）壁，不松动，要打成直线，4、锚杆必须带帽并拧紧，螺纹外露长度不大于50mm，锚索紧固后，外露过长要用水焊烧掉，外露不大于50mm，5、锚杆锚固力不小于50KN，6、锚索承载力应在230KN以上，张紧拉力不低于120KN。

第四篇：锚杆支护理论

锚杆支护理论

锚杆支护理论研究的目的是弄清楚锚杆、锚索与围岩之间的相互作用关系，从而为锚杆支护设计提供理论基础。

第一节锚杆支护构件的作用

锚杆支护由锚杆杆体、托板和螺母、锚固剂、钢带及金属网等构件组成，锚杆支护的作用是由这些构件共同完成的。

一、锚杆杆体的作用 对于锚杆杆体本身来说，由于杆体长度方向的尺寸远大于其他两个方向的尺寸，所以力学上属于杆体。这种构件主要可以提供两方面的作用，一是抗拉，二是抗剪。至于杆体的抗弯能力和抗压能力是非常小，可忽略不计。

1、锚杆的抗拉作用

锚杆杆体所能承受的拉断载荷计算：

式中P—锚杆拉断载荷，N；

d—锚杆直径，mm； —锚杆钢材抗拉强度。

2、锚杆的抗剪作用

锚杆杆体所能承受的剪切载荷计算：

式中Q—锚杆剪切载荷，N；

d—锚杆直径，mm； —锚杆钢材剪切强度。

二、锚杆托板的作用

一是通过给螺母施加一定的扭矩使托板压紧巷道表面，给锚杆提供预紧力，并使预紧力扩散到锚杆周围的煤岩体中，从而改善围岩应力状态，抑制围岩离层、结构面滑动和节理裂隙的张开，实现锚杆的主动、及时支护作用； 二是围岩变形使载荷作用于托板上，通过托板将载荷传递到锚杆杆体，增大锚杆的工作阻力，充分发挥锚杆控制围岩变形的作用。

托板力学性能应与锚杆杆体的性能匹配，才能充分发挥锚杆的支护作用。托板强度不足、安装质量差、受较大偏载都会显著降低锚杆的作用。

对于端部锚固锚杆，托板是锚杆尾部接触围岩的构件，通过托板给锚杆施加预紧力，传递围岩载荷至锚杆杆体，托板本身失效，以及托板下方的围岩松散脱落，导致托板与表面不紧贴，都会使锚杆失去支护作用。

托板对全长锚固锚杆的受力分布有明显的影响。无托板时锚杆轴力在巷道表面处为零，在一定深度达到最大值，剪力在轴力最大处为零；有托板时，由于锚杆施加的预紧力和围岩通过托板作用在锚杆杆体上的力，使得锚杆轴力在巷道表面处达到一定值，而且使锚杆轴力最大的位置向孔口移动，更接近巷道表面。

三、锚固剂的作用

锚固剂的作用是将钻孔孔壁岩石与杆体粘结在一起，使锚杆发挥支护作用。同时锚固剂也具有一定的抗剪与抗拉能力，与锚杆共同加固围岩。

1、锚固剂的粘结作用

在拉拔作用下，杆体锚固段剪应力分布为负指数曲线。

2、锚固剂的抗拉与抗剪作用

我国树脂锚固剂的抗拉强度一般可取11.5MPa，抗剪强度一般可取35MPa。

3、端部锚固与全长锚固的区别

对于端部锚固锚杆，锚固剂的作用在于提供粘结力，使锚杆能承受一定的拉力。对于全长锚固锚杆，锚固剂的作用比较复杂，主要有两方面：将锚杆杆体与钻孔孔壁粘结在一起，使锚杆随着岩层移动承受拉力。当岩层发生错动时，与杆体共同起抗剪作用，阻止岩层发生滑动。对于端部锚固锚杆，杆体各部位的应力和应变相等。在锚固范围内，任何部位岩层的离层都均匀地分散到整个杆体的长度上，导致杆体受力对围岩变形和离层不敏感，支护强度低。对于全长锚固锚杆，这种分散是不可能的，致使应力、应变沿锚杆长度方向分布极不均匀，离层和滑动大的部位锚杆受力很大，杆体受力对围岩变形和离层很敏感，能及时抑制围岩离层滑动，支护强度高。这是端部锚固锚杆与全长锚固锚杆的根本区别。

四、钢带的作用

钢带是锚杆支护系统中的重要构件，对提高锚杆支护整体支护效果、保持围岩的完整性起着关键作用。其作用主要表现在以下3方面：

1、锚杆预紧力和工作阻力扩散作用。

2、支护巷道表面，改善围岩应力状态作用。

3、均衡锚杆受力，提高整体支护作用。

五、网的作用

1、维护锚杆之间的围岩，防止破碎岩块垮落。

2、紧贴巷道表面，提供一定的支护力，一定程度上改善巷道表面岩层受力状态。同时，将锚杆之间岩层的载荷传递给锚杆，形成整体支护系统。

3、网不仅能有效控制巷道浅部围岩的变形和破坏，而且对深部围岩也有良好的支护作用。有的巷道虽然表面围岩已破坏，但没有松散、垮落，网作为传力介质，使巷道深部围岩仍处于三向应力状态，提高岩体的残余强度，显著减小围岩松散、破碎区范围，同时保证了锚杆的锚固效果。

第二节锚杆支护理论

锚杆支护是一种主动支护形式，它是通过锚杆及其辅助构件与锚固范围的围岩形成锚固结构体，利用锚杆的横向作用提高锚固范围岩体的强度参数，锚杆的轴向作用改变锚固范围岩体的应力状态，从而达到提高巷道稳定性的目的。随着锚杆支护工程实践的不断丰富，锚杆支护的理论计算模型已有许多有价值的成果。这些理论都是以一定的假说为基础的，各自从不同的角度、不同的条件阐述锚杆支护的作用机理，而且力学模型简单，计算方法简便易懂，适用于不同的围岩条件，得到了国内外的承认和应用。

目前，较成熟的理论主要可归纳为三大类：

一、基于锚杆的悬吊作用而提出的悬吊理论、减跨理论。

1、悬吊理论

锚杆上端锚固在围岩内部较坚硬的岩石中，把一层或几层稳定(或不稳定)且比较平而薄的直接顶板通过锚杆下端的托板及螺栓，锚固在比较坚硬的岩层上，从而起到了悬吊作用。锚杆的悬吊作用理论能很好地解释锚杆长度范围内存在稳定岩层的情况，但不能说明松软岩层高度超出锚固范围情况下的锚杆作用机理。只适用于巷道顶板，不适用于帮、底。且开掘巷道的顶板在一定范围内，必须有坚硬稳定的岩层。当跨度较大的软岩巷道中普氏拱高往往超过锚杆长度，或顶板软弱岩层较厚，围岩破碎区范围较大时，无法将锚杆锚固到上面坚硬岩层或者未松动岩层上，悬吊理论就不适用了。

2、减跨理论 包括两方面的内容：一是基于松散介质的自然冒落拱理论提出的锚杆作用原理，其依据是冒落拱高度与跨度成正比关系，认为利用锚杆的悬吊作用可增加顶板岩层的支点，从而减小支点间的跨距，进而达到降低冒落拱高度、减小所需支护强度的目的；二是基于梁的理论而提出的锚杆作用原理，即当巷道顶板为层状岩层时，其变形特性近似于梁的性质，此时锚杆的作用是缩短梁的跨距，以减小其中的横向应力产生的弯矩及弯矩产生的弯曲应力，尤其是弯曲拉应力，从而提高顶板的稳定性。从以上两种情况可以看出，减跨理论中的锚杆作用机理以及适用条件与悬吊理论等同，即需要以稳定岩层或稳定岩层结构为依托。

二、基于锚杆的挤压加固作用而提出的组合梁理论、加固拱理论以及楔固理论。

1、组合梁理论

通过锚杆的轴向作用力将顶板各分层压紧，以增强各分层间的摩擦作用，并借助锚杆自身的横向承载能力提高顶板各分层间的抗剪切强度以及层间粘结程度，使各分层在弯矩作用下发生整体弯曲变形，呈现出组合梁的弯曲变形特征，从而提高了顶板的抗弯强度。适用于顶板由多层厚度小的连续性岩层组成的巷道支护。巷道帮、底不能应用。

2、加固拱理论(挤压加固理论)通过系统的布置锚杆，使巷道拱顶节理发育的岩体串联在一起，沿巷道的断面形成一个连续的具有自承受能力的拱形压缩带，使岩层得到补强，成为一个整体结构，支承其自身重量和上部的顶板压力。对于平顶巷道的层状连续性顶板而言，挤压加固理论等同于组合梁理论，此时，锚杆的挤压加固作用既可使层状顶板形成组合梁结构，从而提高了其抗弯强度，又可改善岩层的应力状态，使岩层沿平行于岩层层理方向的抗压强度得到提高。本理论适用性较强，几乎适用于所有的围岩条件。

3、楔固理论

主要是针对巷道围岩中的围岩有时会沿其中的弱面滑移而提出的围岩加固理论。当巷道围岩中的部分岩体被其中的弱面切割为块体时，其稳定性状况一定程度上将取决于对关键块体的维护情况，因为这种条件下围岩的失稳大多起因于关键块体的失稳。对此可将锚杆沿与弱面相交的方向布置，并借助锚杆的抗拉、抗剪、抗弯等作用防止围岩发生滑动甚至脱离岩层而冒落，从而保持巷道围岩的整体稳定性。

三、综合锚杆的各种作用或基于特殊条件而提出的最大水平应力理论、围岩松动圈理论、围岩强度强化理论、锚杆桁架支护理论、锚固平衡拱支护理论、锚注支护理论。

1、最大水平应力理论

巷道围岩的水平应力有时会大于垂直应力，此时，巷道顶、底板的稳定性主要受水平应力的影响；水平应力具有明显的方向性，巷道轴向与最大水平应力之间的夹角不同，水平应力对顶、底板稳定性的影响程度也会有所差异：

①与最大水平应力方向平行的巷道受其影响最小，顶、底板稳定性最好；

②与最大水平应力方向成锐角的巷道的顶、底板变形破坏偏向巷道的某一帮； ③与最大水平应力方向垂直的巷道受其影响最大，顶、底板稳定性最差。

基于该理论，英国学者研究发现，在深部开采的高应力环境下，最大水平应力的作用使顶、底板岩层发生剪切破坏而出现错动和膨胀，造成围岩变形，随着变形的发展，顶板对支护的载荷迅速增长，并使支护系统发生破坏。在这种作用下，锚杆的作用应当是在顶板变形的早期阶段提高其稳定性，以控制顶板后期变形的严重程度。即锚杆的加固应在顶板岩层发生松动膨胀变形之前进行，而不是等顶板已经松动破坏、几乎丧失自承能力后才被动地承受围岩压力。同时，应充分重视垂直应力对两帮的影响：顶板锚固后，两帮垂直应力集中区更靠近巷帮表面，控制两帮破坏，防止顶板有效跨度超过顶板锚杆的有效支护范围，对围岩稳定极为重要。

2、围岩松动圈支护理论 基于巷道围岩状态特征的研究，董方庭教授等提出了松动圈支护理沦，并提出了关于锚杆作用机理的动态解释。认为在矩形巷道围岩中，锚杆除了可以发挥悬吊作用以外，形成组合拱是其主要的支护作用，即破裂顶板在锚杆锚固力作用下可以形成具有一定强度和厚度的锚固层，随着顶板的下沉变形，锚固层将达到新的平衡状态，形成压力拱或称之为裂隙体梁式的平衡结构。

3、围岩强度强化理论

通过对处于不同物性状态岩体加锚前后的力学性质的研究，侯朝炯教授等提出了巷道锚杆支护围岩强度强化理论。巷道锚杆支护的实质是锚杆和锚固区域岩体相互作用，并形成统一的承载结构；锚杆支护可以提高锚固体强度破坏前、后的力学参数，改善锚固体的力学性能；锚杆作用可以提高围岩各状态下的强度值，使巷道围岩强度得到强化。通过对巷道底臌机理的深入研究，侯朝炯教授提出了加固巷道帮、角控制底臌的理论及方法，为巷道底臌的防治提供了一条有效、实用的途径。

4、锚杆桁架支护理论 出现于20世纪60年代，人们通过对其支护机理的研究认为桁架锚杆的作用原理属于挤压加固一类，锚杆桁架对巷道围岩的加固作用主要表现在以下三个方面：

①改变巷道顶板的应力状态。即随着锚杆桁架预紧力的增加，顶板中部的拉应力将减小，甚至出现压应力，使顶板不受拉应力，从而弥补岩体抗拉强度较小的弱点； ②促进顶板裂隙体梁的形成。当巷道开挖在层状岩体中时，顶板的破坏和变形可以用“岩梁”理论来分析，它的稳定性取决于裂隙体梁的成拱作用； ③提高顶板裂隙体梁拱座处的抗滑动性能。根据静力平衡原理，当岩梁拱座处的抗剪切能力过低时，顶板将发生整体剪切滑动。桁架预紧力引起的主动作用将与拱座处的水平推力叠加，增大了该危险部位岩石或不连续面的摩擦阻力，从而提高顶板裂隙体梁在拱座处的剪切强度。

5、锚固平衡拱支护理论

根据困难条件下锚杆支护成拱的重要作用，煤炭科学院北京开采研究所的林崇德高工提出了锚固平衡拱支护理论。其主要内容包括：①煤巷软弱顶板岩层在矿山压力作用下经历压缩变形的过程；②锚固岩层没有整体达到塑性破坏之前，顶板岩层仍可视为岩梁；③锚固岩层整体进入破坏阶段后，岩层已经不是一个连续体；④锚固支架是否具有较大的承载能力和变形能力，取决于顶板岩层的力学性质和锚杆的成拱作用大小；⑤锚固支架形成锚固平衡拱的关键是通过锚杆的作用保持锚固岩层的整体性。

6、锚注支护理论

通过对软岩巷道围岩控制方法的研究，陆士良教授提出了外锚内注式的支护方法。认为软岩巷道围岩的破裂范围及变形量都很大，传统的刚性支护难以适应，而单纯的锚杆支护或组合锚杆支护欲使破裂岩体处于挤紧状态，从而形成平衡拱也难以实现。对于节理裂隙发育的软岩，采用注浆的方法可以改变其松散结构，提高粘结力和内摩擦角，提高围岩的整体性和强度系数，从而形成一个注浆加固圈，为锚杆提供可靠的着力基础，使其能够充分发挥悬吊、组合等基本功能，对注浆加固圈以下的松碎岩石起到支护的作用。这种支护方式的提出极大地拓宽了锚杆支护技术的应用范围。第三节锚杆支护机理要点

1、锚杆支护的主要作用在于控制锚固区围岩的离层、滑动、裂隙张开、新裂纹产生等扩容变形与破坏，使围岩处于受压状态，抑制围岩弯曲变形、拉伸与剪切破坏的出现，最大限度地保持锚固区围岩的完整性，减小锚固区围岩强度的降低，使围岩成为承载的主体。在锚固区内形成刚度较大的预应力承载结构，阻止锚固区外岩层产生离层，同时改变围岩深部的应力分布状态。锚杆支护对岩石的弹性变形、峰值强度之前的塑性变形控制作用不明显，要求支护系统应具有一定的延伸性，使围岩的弹性变形、产生明显扩容变形之前的塑性变形得以释放。

2、锚杆支护系统的刚度十分重要，锚杆预紧力及其扩散起着决定性作用。根据巷道条件确定合理的预紧力，并使预紧力实现有效扩散是支护设计的关键。单根锚索预紧力的作用范围是很有限的，必须通过托板、刚度和金属网等构件将锚杆预紧力扩散到离锚杆更远的围岩中。特别是对于巷道表面，即使施加很小的支护力，也会明显抑制围岩的变形与破坏，保持顶板的完整。护表构件在预应力支护系统中发挥极其重要的作用。

3、锚杆支护系统存在临界支护刚度，即使锚固区不产生明显离层和拉应力区所需要支护系统提供的刚度。支护系统刚度小于临界支护刚度，围岩将长期处于变形和不稳定状态；相反，支护系统的刚度达到或超过临界支护刚度，围岩变形得到有效抑制，巷道处于长期稳定状态。支护刚度的关键影响因素是锚杆锚杆预紧力，因此存在锚杆临界预紧力值。当锚杆预紧力达到一定数值后，可以有效控制围岩变形和离层，而且锚杆受力变化不大。

4、锚索的作用主要有两方面：其一是将锚杆支护形成的预应力承载结构与深部围岩相连，提高预应力承载结构的稳定性，同时充分调动深部围岩的承载能力，使更大范围内的岩体共同承载；其二是锚索施加较大的预紧力，给围岩提供压力，使锚杆形成才压力区组合成骨架网状结构，主动支护围岩，保持其完整性。

第五篇：锚杆支护管理制度

锚杆支护管理制度

1、锚杆支护作业必须严格按掘进工作面作业规程的有关规定进行施工。作业规程中必须明确规定锚杆（锚索）的安装质量、锚固力、预紧扭矩、间排距、外露长度、孔深及材料的规格等。支护材料的选择必须有明确的计算依据并符合产品的检验及使用要求。

2、施工断面超宽、超高大于500mm时，须变更支护设计，采用补打锚杆（锚索）或支撑式支护进行加固，对因为巷道片帮造成巷道任一帮超宽0.3米以上时，必须采取增补支护措施。并由分管安全的副矿长组织实施。

3、由于施工不当而造成巷道断面及支护变更时，应对施工单位给予处罚。

4、特殊地点采用特殊支护及加强支护措施时，其支护范围延伸至巷道正常段起点5米以上。

5、锚杆安装前，应检查树脂锚固剂性状。严禁使用过期、硬结、破裂等变质失效的锚固剂。

6、顶部锚杆推广使用扭矩螺帽快速安装工艺，安装时必须边搅拌边将锚杆推进至孔底，严禁先推进后搅拌，帮锚杆也应优先采用快速安装工艺，保证锚杆安装质量。

7、为了保证锚杆角度，掘进工作面推广使用液压、风动锚杆锚索钻机。

8、采用锚杆、锚索支护巷道，施工严格按作业规程和质量标准操作，端锚锚杆预紧力必须达到5吨及以上，加长锚固锚杆预紧力必须达行7吨及以上，锚索预紧力必须大于7吨以上。锚杆、锚索的安装优先选用风动或电动涨拉机具。锚杆必须使用力矩手紧固；安装后1—2小时，必须对锚杆进行二次紧固。

9、采用锚杆（锚索）支护巷道，必须每50米预留一根锚杆、锚索进行一次锚杆（锚索）破坏式可锚性试验，具体试验办法由田占年、刘先裕安排制定。

10、安装树脂时，必须严格按设计要求的顺序和数量在锚杆孔中放置锚固剂。当少放或错放树脂锚固剂，以致不能过到设计的锚固长度时，按事故追查处理。

11、搅拌树脂锚固剂时，必须严格按标准掌握搅拌时间和胶凝等待时间。

12、井下运输、存放树脂锚固剂应注意避免受压、受折、受热，已破损或废弃的树脂锚固剂要带出地面挖坑掩埋或采用其他方式妥善处理，严禁混入煤流系统中。

13、对于断层破碎带、煤层松软区、地质构造变化带、地应力异常区、动压影响区等围岩支护条件复杂区域，必须及时调整支护措施，选择加密锚杆、全长锚固、锚索锚固等强化支护措施。

14、在锚杆支护作业时，如遇顶底板及两帮移近量显著增加，底板出现较大底鼓，顶板出现淋水或淋水加大，围岩层（节）理发育，突发性片帮掉渣，巷道不易成型，钻眼速度异常等情况，应立即停止作业，采取加强支护措施后方可继续作业。作业场所有任何人员，在认为情况异常、有不安全因素时，有权制止违章指挥和违章作业。可自行撤离现场或拒绝进入现场。

15、在特殊困难条件下采用锚杆支护时，要进行可行性研究。施工时，从锚杆与棚式支架联合支护开始试验，并通过观测得出结论后逐步加大棚距，待确认单独使用锚杆支护可行时，再取消架棚支护。

16、锚索孔出现导水迹象时，必须进行探放水检查。

17、任何作业地点，不得使用作为永久支护的锚杆、锚索、钢带、金属网起吊设备或其他重物。

18、进行锚杆锚索拉拔力、破坏试验，必须制定详细的试验办法及安全措施。报矿总工程师批准后执行。

19、对锚杆支护巷道应进行定期检查。发现顶板、煤帮失效的锚杆应及时补打，对放炮后松动的锚杆螺母应及时进行紧固，紧固范围为起爆点10米范围内的所有锚杆、锚索。

20、严格执行事故汇报制度，锚杆支护巷道如发生导致停产的冒顶（片帮）事故，无论是否造成人员伤亡，均必须向集团公司职能部门汇报，以便及时组织处理，分析原因，采取对策，防止同类事故重复发生。

21、支护材料质量必须符合技术规范要求。现场发现一次材质不合格，罚采购负责人1000元。

22、首次使用锚杆的队伍，要对施工人员进行锚杆支护原理、锚杆性能、机具及施工等技术培训。经考试合格后方可上岗，并由工程技术人员现场跟班，技术指导，直到施工人员熟练掌握为止。

23、锚杆支护质量由矿分管领导组织有关部门进行验收，责任落实到人。

24、每个施工队组必须有班组验收记录，对当班施工的锚杆、锚索逐一进行检查，并做好记录。当检查质量不合格时，必须采取补救措施。

25、锚杆拉拔力检测必须每300根锚杆（不足300根的按300根计算），取样不得少于1组，每组不得少于3根；设计或材料变更，应另取1组。拉拔力检测记录报告要与现场标记一致，并有记录牌板显示，牌板记录应有检查人、时间、地点、拉拔力值等。

26、锚杆安装质量检查标准如下： A、锚杆间排距误差不超过设计值±100m。B、螺母外锚杆外露长度10—30mm。

C、用力矩板手抽查，锚杆预紧力要不低于设计预紧力。D、托板与顶板接触面积不小于60%。E、用半圆仪检查锚杆角度，允许偏差±15度。

27、每一根锚索的施工都要做好记录。锚索外露长度不大于300mm。锚索间距偏差控制在±100mm。有一根不合格罚责任者1000元。

28、锚杆、锚索应紧跟迎头施工，严禁空顶作业打一个眼，安装一根锚杆、锚索，防止顶板离层破坏，以保持顶板的完整性。锚杆间排距误差控制±100mm，每超一处，罚责任者100元。锚杆孔深度偏差0 — +50mm，施工队伍必须在钻杆上明确标记，做好施工记录，现场发现一次不符合规定，罚责任者100元。锚杆角度必须符合作业规程规定，有一根不合格，罚责任者100元。锚杆螺母处露长度10—30mm，有一根不合格罚责任者100元。

29、矿主管部门每旬要对矿所有掘进巷道的锚杆支护按照质量标准进行定期、定量检查，并随时进行抽查，整改问题到现场，切实抓好锚杆支护质量。对班组验收记录要认真检查，检查发现问题，要及时向有关部门汇报，并采取有效措施。