锚杆支护工程质量检测报告124Word下载.docx

1、2.3 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 175.1 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

2、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，

3、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。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

4、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。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；、类围岩L = 4001500mm，用悬吊理论设计锚喷支护参数； 、类围岩L = 1.52.0m、L = 2.03.0m，采用组合拱理论确定锚喷支护参数；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

5、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

6、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。1.1.4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

7、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。

8、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

9、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

10、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； （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。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，支护设计不合理或

11、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安装

12、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

13、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，应首先通过油管连接至手压泵，逆时针方向拧松泵体上的卸荷阀，使千斤顶中的液压油排回到手压

14、泵储油筒中。拧开注油阀，检查油量，如油不满，可加注2号锭子油或20号机械油。（2）排气。液压系统组装好后，储油筒、油管及液压缸中常混有空气，为使液压系统正常，这些空气必须排掉。方法是，将手动泵放在比液压缸稍高的地方，压动手动泵，使液压油缸活塞伸出，再打开卸荷阀，使活塞缩回，连续几次即可。必要时可打开注油阀，排除储油筒内空气。（3）检测锚杆。将油管与千斤顶连接，按上述1、2项要求进行油量、排气及压力表检查。按图2-2所示，将拉杆，拧到锚杆末端，如拉杆内螺纹外径大于油缸中心孔，可在油缸底部增加加长套，再套上液压缸（使活塞端向外），然后拧上螺母并顺时针拧紧泄荷阀。1-被测锚杆尾部2-锚具3-活塞4-

15、液压缸5-加长套图2-2 拉拔计安装示意图压动油泵手柄，用力应均匀，不要用力过猛，当压力表上的读数达到要求时，停止加压。注意，手动泵必须摆成水平放置工作。检测完毕应逆进针方向拧松泄阀，使压力表读数为零，再把各部件由锚杆上卸下。2.1.2 选用锚杆拉拔计注意事项及技术特征拉拔计在适用过程中注意事项如下：（1）按正常方法把各部件连接好，上下摇动手柄，使得压力表上显示的读书达到10兆帕，而后停止摇动手柄，观察问题及解决方法见以下几点。（2）拉力计不得超载使用，否则会引起永久性损坏。（3）应保持液压泵清洁。油缸用毕应将活塞缩回，并应经常在活塞杆内外上加油。（4）本产品使用的液压油是20号机械油，使用温

16、度为-30+45，严禁以酒精、刹车油、普通发动机油等作为液压油使用。表2-1 拉拔计常见故障机处理方法故障现象故障原因处理方法压力表无压力显示油筒内缺油打开注油阀加油泄荷阀没拧紧顺时针拧紧接头漏油拧紧接头手动泵没水平放置放水平后再加压压力表损坏取下检查或标定压力达不到手动泵内缺油加油检查接头及密封圈使用油质不对或油脏换油液压缸漏油缺体内密封圈损坏更换密封圈压力表指针明显下降接头处严重漏油拧紧或更换密封圈密封件失效更换同类密封圈油质太脏用煤油清洗油筒、泵体、油管、油缸后换油泵体内各单向阀密封不良送回厂检修压力表指针动但液压缸无压力油管堵塞疏通胶管接头堵塞清洗接头（5）该工具的额定压力为55MPa

17、，使用时不可超过55MPa。为提高压力表的使用寿命，使用一般最大压力不超过50MPa；该工具的拉力缸和手动泵的接头部分都是按55MPa高压设计的，因而要保护好接头，不要碰坏，以免影响密封和正常工作。（6）如果打不上油或打不上压，拧开吸排油阀螺钉，倒出5、8两颗钢球擦洗干净，之后先放入5的钢球，用5的铝棒对准它敲一下。（7）常见故障、原因及处理方法见表2-1所示。拉力与压强对照表如表2-2所示。表2-2 LDZ200-10锚杆拉拔计拉力与压强对照表PFMpaKNT1330.332169.3741135.213.826.60.672272.57.442138.514.139.923767.7431

18、4214.4413.21.352479.184414514.8516.51.682582.48.445148.415.1619.82.012685.78.746151.715.52.352789947155162642.72892.39.448158.316.229.73.022995.69.84916210333.36309950164.916.81136.23.731102.210.451168.2171239.64.0332105.510.852171.517.51342.94.410911.153174.817.81446.24.734112.111.45417818.21549.53

19、5115.411.855181.418.552.75.436118.756184.718.85.73712212.457188191859.438125.312.858191.319.962.76.439128.659194.620.720666.74013213.56019920.22.2 锚杆拉拔力试验方案2.2.1 试验目的及准备工作（1）试验目的是判定围岩、树脂药卷、锚杆杆体三者之间的可锚性，合理确定锚固长度、检验树脂药卷质量、验证并评价孔径、杆体直径、药卷直径三者间的匹配度。试验必须在现场进行，使用的材料和设备与巷道正常支护相同。（2）为及时反应锚杆锚固效果，既掘进工作面巷道围岩的支

20、护效果，试验地点应尽量靠近掘进工作面，巷道围岩较平整、未发生脱落、片帮等现象；试验锚杆应避开安装钢带的地段。（3）支护用的锚杆表面应无锈、油、漆或其他污染物；树脂锚固剂必须按设计要求选用。2.2.2 试验方案及要求（1）锚杆拉拔试验应在锚杆安装后数小时进行。时间过短会影响锚固剂固化后的强度，时间过长则会因巷道围岩发生变形影响测量结果。（2）该试验由两人完成，一人加载、一人记录，试验时缓慢均匀的操作手动泵压杆，当锚杆出现明显位移时，停止加压，记录锚杆拉力计此时的读书，即为拉拔试验值。（3）每20m或每施工200300根锚杆进行试验，按照5%的抽样率进行试验，锚杆锚固力不低于设计值得90%为合格。

21、2.2.3 锚杆支护设计强度要求（1）顶板锚杆锚固力为60kN，正常拉拔力不小于54kN；帮锚杆的锚固力为50kN，正常拉拔力不小于45kN。（2）锚杆孔径与锚杆杆体直径之差宜在612mm范围内，一般取8mm。（3）锚杆孔径与树脂药卷直径之差宜在36mm范围内，一般取5mm。（4）靠巷道两帮的顶锚杆，宜向煤帮倾斜1525度（与铅垂线夹角），其它顶锚杆应尽可能与岩层层面垂直，避免顶锚杆沿岩层层面布置。（5）根据巷道围岩可锚性及锚固药卷力学特性，在锚固效果满足的前提下，可适当调整“三径匹配”值。2.3 锚杆拉拔力检测结果见附表。2.4 锚杆拉拔试验安全技术措施（1）锚杆拉拔计在试验过程中应固定牢靠

22、。（2）锚杆拉拔时应缓慢的逐级均匀加载，直到锚杆滑动或杆体破坏。（3）锚杆拉拔时，拉拔装置下方和两侧不得站人。（4）拉拔时设专人监视顶板，以保证操作人员安全。（5）测试锚杆按规定比例测试，选择好测试点，不能做破坏性试验。（6）拉拔合格的锚杆要挂好合格标签，如发现不合格的锚杆要按规定补打，在进行测试。（7）拉拔时严禁有人通过，两边放好警戒，以防止工具脱落伤人。（8）测试后要将锚杆螺母拧紧，保管好设备。3 锚杆预紧力检测锚杆支护作为一种主动支护形式，在预紧力的作用下拉应力转化为压应力或减小拉应力，有效抑制巷道围岩破裂区向深部发展，发挥围岩的自身承载能力，提高稳定性。锚杆预紧力是高强度、高刚度锚杆支

23、护系统的决定性因素，对支护效果和围岩稳定性其关键性作用。对锚杆预紧力的检测是及其重要的锚杆支护工程质量检测内容。3.1 锚杆预紧力检测要求3.1.1锚杆预紧力确定方法目前，确定锚杆预紧力通常是采用现场实测与数值计算相耦合的方法确定锚杆预紧力的合理值。具体可参考图3-1。图3-1 巷道变形量与预紧力的关系曲线3.1.2 锚杆预紧力检测要求锚杆预紧力检测一般采用扭矩扳手，如图3-2所示。在对锚杆进行预紧力检测时需注意一下几点：（1）每班顶帮各抽样1组（3根）进行锚杆预紧螺母扭矩检测，每根锚杆螺母预紧力应符合施工设计要求。图3-2 扭矩扳手（2）每组中有一根锚杆预紧力扭矩不合格，就要再抽查1组（3根

24、），若仍发现有不合格的，应将本班安装的所有螺母重新拧紧并检查一遍。（3）大量井下实测数据表明，预紧力会随锚杆安装后时间的延长而发生变化，特别是初始施加预紧力较高，围岩比较松散破碎的条件下，预紧力会随时间延长而降低，显著影响支护效果。因此，不仅要检测锚杆的初始预紧力，而且应检测锚杆预紧力的变化，根据预紧力变化趋势，调整初始预紧力的大小，必要时应对锚杆实施二次拧紧。4 锚杆支护几何参数及安装质量检测4.1 锚杆支护几何参数检测锚杆支护几何参数包括锚杆间、排距、安装角度、外露长度等。锚杆间距指同一排锚杆中两相邻孔口中心之间的距离；排距指沿巷道轴向相邻两排锚杆孔口中心距离；一般情况下锚杆安装方向和巷道

25、轴向垂直，可用锚杆轴线与水平线的夹角表示锚杆安装角度；外露长度指锚杆尾部露出托盘的长度。锚杆几何参数的检测应符合以下要求：（1）锚杆安装几何参数检测验收由班组验收员完成，生产科负责抽查。检测间距不大于20m，每次检测点数不应少于3个。（2）锚杆间、排距检测采用钢卷尺测量测点处呈四边形布置的四根锚杆之间的距离，间排距允许有一定误差，但不应超过100mm。（3）采用半圆仪测量锚杆钻孔方位角，锚杆安装角度允许有一定误差，但不应超过5。（4）采用钢板尺测量测点处一排锚杆外露长度最大值，不应超过30mm。4.2 锚杆托盘安装质量检测锚杆托盘安装质量应符合以下要求：（1）锚杆托盘应安装牢固、与组合构件一同

26、紧贴围岩表面，不松动，对难以接触部位应契紧、背实。（2）锚杆托盘安装质量检测方法一般采用实地观察和现场扳动的方式进行。（3）检测频度同锚杆几何参数，每个测点应以一排锚杆托盘为一组检测。5 小甘沟煤矿煤巷锚杆支护现状5.1 小甘沟煤矿煤层顶底板特征及生产概况5.1.1 小甘沟煤矿煤层顶底板特征该矿目前主采B3煤层。B3煤层：煤层厚度0.346.44m，平均3.2m；夹矸单层厚度0.271.20m，平均为0.66m，夹矸为泥岩、粉砂岩、细砂岩，可采厚度1.014.73m，平均2.88m，属局部可采不稳定煤层，B3煤层沿走向有变化，向东变厚，向西变薄至不可采；倾向上煤层厚度有变化，井田外东面IV线沿

27、倾向深部变厚，井田内II线沿倾向深部变薄至不可采；属结构简单不稳定的薄-中厚煤层。顶板为粉砂岩、中砂岩、粗砂岩、泥岩、细砂岩；底板为泥岩、粉砂岩、含炭质泥岩。B3煤层与B4煤层的层间距为2.8221.75m，平均12.75m。构成煤层顶底板的岩石主要以细砂岩、粉砂岩、泥岩和少量的泥质粉砂岩和炭制泥岩为主。砂岩类岩石为灰黄、灰白色，砂状结构，厚层状构造，胶结紧密；粉砂岩类岩石为灰色、粉砂结构、中厚层状构造。由于地层缓倾，岩层中节理不发育。从岩石特征和节理发育情况来看，矿井中煤层的顶底板属于稳固性偏弱的类型。煤层地质柱状图见图5-1所示。图5-1 小甘沟煤矿煤层综合地质柱状图5.1.2 小甘沟煤矿

28、生产概况小甘沟煤矿设计生产能力为95万吨/年，设计一个综合机械化一次采全高采煤工作面，该工作面走向长920m、倾向长85m，煤层倾角1215，上下顺槽均采用“锚杆+锚网”支护，顶板离层破碎地段增加锚索、钢带、锚索梁加强支护。现掘进工作面为B3三区段一号联络巷掘进工作面。通过该联络巷的掘进工作，连接B3煤层三区段回采工作面的皮带顺槽及下部车场，进而可以向东掘进工作面皮带顺槽，向西掘进下部车场。皮带顺槽标高为+1639，为三区段采煤工作面的进风巷道，轨道顺槽标高为+1671，为回风巷道。鉴于对小甘沟煤矿正在布置的B3煤层二区段综合机械化一次采全高采煤工作面和正在准备的B3煤层三区段综采工作面的两条回采巷道的适用现状、服务期限及