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1、呼图壁县煤炭多种经营有限责任公司小甘沟煤矿小甘沟煤巷锚杆支护工程质量检测报告 编 制： 技 术 科 审 核： 王 长 龄 编制日期：2015年1月小甘沟煤矿审批表部门领导审批意见签 字日 期生产科技术科机电科通风科调度室安全科通风副总地测副总采掘副总机电副矿长安全副矿长生产副矿长总工程师矿 长目录1 煤巷锚杆支护理论发展现状及工程质量检测概述21.1 国内锚杆支护理论发展现状概述21.1.1 全长锚固中性点理论21.1.2 松动圈理论31.1.3围岩强度强化理论31.1.4锚固力与围岩变形量关系理论41.1.5锚固平衡拱理论51.1.6 国内煤巷锚杆支护设计方法概述51.2 煤巷锚杆支护工程质
2、量检测概述72 锚杆拉拔力检测92.1 锚杆拉拔力检测仪器92.1.1锚杆拉拔计操作方法及步骤102.1.2 选用锚杆拉拔计注意事项及技术特征112.2 锚杆拉拔力试验方案132.2.1 试验目的及准备工作132.2.2 试验方案及要求132.2.3 锚杆支护设计强度要求132.3 锚杆拉拔力检测结果142.4 锚杆拉拔试验安全技术措施143 锚杆预紧力检测143.1 锚杆预紧力检测要求153.1.1锚杆预紧力确定方法153.1.2 锚杆预紧力检测要求154 锚杆支护几何参数及安装质量检测164.1 锚杆支护几何参数检测164.2 锚杆托盘安装质量检测165 小甘沟煤矿煤巷锚杆支护现状175.
3、1 小甘沟煤矿煤层顶底板特征及生产概况175.1.1 小甘沟煤矿煤层顶底板特征175.1.2 小甘沟煤矿生产概况185.2 B3三区段煤巷锚杆支护概述195.2.1 B3煤层联络下山断面及锚杆支护初始设计19小甘沟煤矿煤巷锚杆支护工程质量检测报告1 煤巷锚杆支护理论发展现状及工程质量检测概述1.1 国内锚杆支护理论发展现状概述近十几年来，基于公认的三大传统的锚杆支护理论（悬吊理论、组合梁理论、组合拱理论）的基础上，国内很多学者对锚杆作用机理进行了大量的深入研究与探讨，进一步揭示了锚杆支护的实质，推动了锚杆支护理论研究的发展，扩大了锚杆支护技术应用的范围。主要有如下观点：1.1.1 全长锚固中性
4、点理论全长锚固中性点理论是由东北大学王明恕教授等提出。该理论认为在靠近岩石壁面部分（锚杆尾部），锚杆阻止围岩向壁面变形，剪力指向壁面。在围岩深处（锚杆头部），围岩阻止锚杆向壁面方向移动。锚杆上的剪力指向相背的分界点，称为中性点，该点处剪应力为零，轴向拉应力为最大。由中性点向锚杆两端剪应力逐渐增大，轴向拉应力逐渐减少（如图1-1）。该理论近年在国内理论分析中其“中性点”观点被普遍接受，但其理论形式还存在着一定的争议，它难以解释锚杆尾部的断裂机理，有人认为该理论为假设未设托盘之故。 图1-1 锚杆受力曲线拉应力剪应力锚杆长度应力值中性点1.1.2 松动圈理论围岩松动圈巷道支护理论是由中国矿业大学董
5、方庭教授提出，该理论是在对巷道围岩状态进行深入研究后提出的。研究发现围岩松动圈的存在是巷道固有的特性，它的范围大小（厚度值L）目前可以用声波仪或者多点位移计等手段进行测定。巷道支护的主要对象是围岩松动圈产生、发展过程中产生的碎胀变形力，锚杆承受拉力的来源在于松动圈的发生、发展；并根据围岩松动圈厚度值的大小，将其分为小、中、大三类。松动圈的类别不同，则锚杆支护机理不同。I类小松动圈L = 0400mm，围岩的碎胀变形量很小，此类围岩巷道一般无需锚杆，可以裸体或者喷射混凝土单独支护；II、III类围岩L = 4001500mm，用悬吊理论设计锚喷支护参数；IV 、V类围岩L = 1.52.0m、L
6、 = 2.03.0m，采用组合拱理论确定锚喷支护参数；VI类围岩L3.0m，在没有获得进一步研究资料之前，应采用以锚喷网为基础的复合支护。该理论的优点是简单直观，对中小松动圈有很重要的价值，但对大松动圈尤其是高应力软岩的采准巷道，实践表明，该理论有一定的局限性。1.1.3围岩强度强化理论锚杆与围岩相互作用，形成锚杆围岩的共同承载结构，改善锚固体力学性能，提高锚固体峰值强度和残余强度，特别是残余强度的提高，能有效提高围岩的自承能力，控制围岩塑性区、破碎区发展，促使巷道围岩由不稳定状态向稳定状态转变，如图1-2所示。 该理论的要点是：（1）岩体经锚杆锚固后，其峰值强度和残余强度均得到提高，随着锚杆
7、布置密度的增加，强度强化系数逐渐增大，锚杆布置密度一定时，锚杆对岩体残余强度的强化程度大于对岩体的峰值强度的强化程度。（2）锚杆可有效改善原岩体的力学参数，随着锚杆布置密度的增加，锚固体峰值前的E（弹性模量），C（粘聚力），（内摩擦角）与峰值后的E，C，均有不同程度的提高。（3）利用锚杆支护，可以提高锚固区域岩体的强度，可以有效的减小巷道围岩塑性区，破碎区半径及巷道表面位移，保持巷道围岩稳定。图1-2 锚杆围岩共同承载结构示意图该理论的分析方法是将锚杆的作用简化为对锚固围岩从锚杆的两端施加径向约束力，由实验室锚固块体试验确定围岩塑性应变软化本构关系，再利用弹塑性理论定量分析锚杆的支护效果。1.
8、1.4锚固力与围岩变形量关系理论该理论对锚杆锚固力的内涵及作用进行了深入研究，认为锚杆对围岩的锚固作用是通过锚固力来实现的，而锚固力是依赖围岩变形而产生和发展的。锚杆支护一般在巷道开挖完成后实施，此时围岩的弹塑性变形已经完成，使锚杆产生锚固力的是围岩峰后的剪胀变形，随着剪胀变形的渐进发展，锚杆从径向和切向两个方向上产生限制剪胀变形的径向应力、切向应力。剪胀变形越大，锚杆的径向和切向的锚固力越高。锚杆的锚固作用使得围岩在较高的应力状态(能量状态)下获得稳定平衡。 1.1.5锚固平衡拱理论该理论认为，锚杆加固对于提高围岩自身的最大承载能力没有明显的效果，但在围岩产生塑性破坏后,对提高围岩的残余强度
9、及承载能力有显著作用。在巷道周围，锚杆与其锚固范围内的岩石构成一种锚固支护体，当这个锚固体中的岩石在围岩集中应力作用下发生破坏时，其承载能力降低并产生变形，同时围岩的集中应力向深部转移，使锚固体卸载。在此过程中,锚固体通过锚杆的约束作用和抗剪作用，使塑性破坏后易于松动的岩石构成具有一定承载能力和适应自身变形卸载的锚固平衡拱。1.1.6 国内煤巷锚杆支护设计方法概述目前，国内锚杆支护设计及参数选择方法很多。1.1.6.1 基于巷道围岩松动范围的锚杆支护设计方法中国矿业大学董方庭教授等提出了松动圈支护理论。该理论认为：围岩松动圈是开掘巷道后地应力超过围岩强度的结果，在现有支护条件下，试图采用支护手
10、段阻止围岩松动是不可能的，松动圈范围越大，收敛变形越大，支护就愈加困难。这种设计方法核心内容是锚杆长度需要大于巷道围岩的松动圈范围。1.1.6.2 以地应力为基础的锚杆支护设计方法1997年，中国矿业大学（北京校区），煤科总院北京开采所与邢台矿务局联合研究，借鉴国外澳大利亚、英国先进的锚杆设计方法，在国内首次提出了“地应力为基础的煤巷锚杆支护设计方法”，该锚杆支护系统设计方法包括6个部分，即6步骤：地质力学评估；初始设计；对初始设计选定的方案进行围岩稳定性分析；按选定方案施工；现场监测；信息反馈与修改、完善设计。当需修改时，则重复步骤，如此反复，直到设计合理为止。因此整个锚杆支护的设计过程是一
11、个动态的设计过程，是在多次实践中逐渐完善起来的动态设计方法，以此方法编制了集地质力学参数处理，利用现场监测反馈的信息对初始设计进行修改以及设计结果输出于一体的计算机辅助设计软件，这种设计方法在邢台、新汶、开滦局等多个矿井中应用，效果较好。1.1.6.3 煤巷锚杆支护全线跟踪设计方法中国矿业大学（北京）马念杰教授及其学生提出了此方法，设计方法流程如图1-2所示。该设计方法实现对将要掘进巷道支护参数的全线跟踪动态设计。采用定量指标，在支护前与支护后期两个阶段进行锚杆支护设计。(1)支护前期：通过锚杆钻机的钻孔进行顶板岩层结构的探测，得到锚杆钻机的钻速、风压、推力等参数，进行顶板岩层结构的识别； (
12、2)支护后期：为了提高顶板的安全性，找出仍有可能存在冒顶危险的区域。采用顶板离层仪，监测锚固区内外顶板岩层的变形和离层情况，及时预测巷道顶板的危险区域。地应力测量顶底板岩石力学性质理论分析确定支护参数数值模拟分析初始方案确定顶板钻孔施工松动圈测试顶板岩层结构探测结构探测仪支护前期顶板支护效果监测 图1-2 煤巷锚杆支护真动态设计方法流程顶板危险区域预测锚索补强支护后巷道待支护断面顶板支护参数确定与施工参数调整顶板离层仪支护后期1.2 煤巷锚杆支护工程质量检测概述煤巷锚杆支护施工质量检测是检验锚杆支护效果的重要组成部分，是调整锚杆支护参数所必不可少的参考依据；锚杆支护属于隐蔽性工程，支护设计不合
13、理或施工质量不好都有可能导致顶板垮落或片帮现象的产生，造成煤矿安全事故。因此在煤巷锚杆施工过程中，必须严格按照设计施工及掘进作业规程的要求认真完成各个作业工序；煤巷锚杆支护施工后，必须进行工程质量检测，确保施工质量满足设计要求。同时，还应对巷道围岩变形和破坏状况、锚杆受力分布和大小进行全面、系统的检测，以获得支护体与巷道围岩的位移和应力信息，从而验证煤巷锚杆支护初始设计的合理性和可靠性，判断巷道围岩的稳定程度和安全性；反之，通过以上检测所反馈的信息如若判断煤巷锚杆支护初始设计不能满足煤巷围岩稳定性要求，也能以此作为参考依据对锚杆支护初始设计参数及时调整。锚杆施工质量检测主要包括锚杆的锚固性能和
14、安装质量检测。影响锚杆锚固性能的因素很多，主要有锚杆杆体强度、锚固剂型号及强度、锚固段长度、三经匹配度、锚杆长度和锚固剂密实度等；锚固性能一般采用拉拔试验检测，锚杆安装质量包括预紧螺母预紧力、几何参数（间、排距）、托盘、钢带及金属网的安装质量、等采用相应的仪器和方法进行检测。2 锚杆拉拔力检测锚杆拉拔力，即锚杆在拉拔试验中所能承受的最大拉力。是评价煤岩体可锚性、锚固剂粘结强度、杆体力学性能的重要参数。井下巷道进行锚杆支护之前必须做拉拔试验，拉拔试验不仅要检测锚杆的拉拔力，还应记录拉拔过程中锚杆尾部的位移量，进而绘制“拉力位移”曲线，综合分析锚杆的锚固效果。2.1 锚杆拉拔力检测仪器锚杆拉拔计是最常用的锚杆拉拔力检测仪器。国内外开发研制了多种形式、规格、和量程的锚杆拉拔计，以满足不同巷道支护强度的需求。本次试验所选用的锚杆拉拔计型号为LDZ300型，由手压泵、液压缸、 压力表、高压胶管等部分组成组成（如图2-1所示），具有体积小、重量轻、携带方便、操作简单、安全等特点。拉拔计手动泵亦可作为通用小流量高压油的动力源。1-注油阀2-储油筒3-泵体4-卸荷阀5-指针表6-油管7-快速接头8-液压缸图2-1 锚杆拉拔计结构示意图2.1.1锚杆拉拔计操作方法及步骤（1）检查油量。如液压缸活塞没有完全缩回缸体内时
