煤矿巷道锚杆支护技术规范.docx
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煤矿巷道锚杆支护技术规范
煤矿巷道锚杆支护技术规范
Technicalspecificationsforrockboltingincoalmineroadways
2018-5-10发布 2018-12-01实施
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局
中国国家标准化管理委员会
前言IV
1 范围1
2 规范性引用文件1
3 术语和定义1
4 技术要求6
4.1 现场调查与巷道围岩地质力学评估6
4.2 锚杆支护设计7
4.3 锚杆支护材料与构件10
4.4 锚杆支护施工14
5 锚杆支护施工质量检测16
5.1 检测职责16
5.2 检测内容16
5.3 检测要求16
5.4 锚杆支护质量评定18
6 锚杆支护监测18
6.1 监测类型18
6.2 监测内容18
6.3 测站安设与保护18
6.4 绘制测站位置和仪器分布图19
6.5 综合监测19
6.6 日常监测19
6.7 观测频度20
6.8 监测信息反馈20
6.9 异常情况20
6.10 监测人员培训20
6.11 存档制度20
附录A（资料性附录）短锚固树脂锚杆拉拔试验21
附录B（资料性附录）锚杆拉拔试验27
附录C（资料性附录）双高度顶板离层指示仪安装与测读29
参考文献32
前言
本标准由中国煤炭工业协会提出并归口。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。
本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。
本标准参考 BS7861-1:
2007 Stratareinforcementsupportsystemcomponentsusedincoalmines-Part1:
Specificationforrockbolting、ASTMF432-13StandardSpecificationforRoofandRockBoltsandAccessories、CAN/CSA-M430-90 RoofandRockBolts,andAccessories、Guidanceontheuseofrockboltstosupportroadwaysincoalmines（PublishedbyHealthandSafetyExecutive, 1996.03）。
本标准起草单位：
中国煤炭工业协会煤矿支护专业委员会、天地科技股份有限公司、中国煤炭科工集团南京研究所、煤炭科学研究总院建井研究分院、中国矿业大学、煤炭科学研究总院检测分院、兖矿集团有限公司、山东能源新汶矿业集团有限责任公司、山西焦煤西山煤电集团公司、山西潞安矿业（集团）有限责任公司、山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司、江苏中煤矿山设备有限公司、石家庄中煤装备制造股份有限公司。
本标准主要起草人：
康红普、陈桂娥、刘志强、张农、林健、丁全录、王方荣、吴拥政、王富奇、周明、秦斌青、王强、王俊杰、黄汉财、赵盘胜。
本标准首次发布。
煤矿巷道锚杆支护技术规范
1 范围
本标准规定了煤矿巷道锚杆支护技术的术语和定义、技术要求、锚杆支护施工质量检测及锚杆支护监测。
本标准适用于煤矿岩巷、煤巷及半煤岩巷的锚杆支护。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。
凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB 175-2007 硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥
GB/T228.1-2010 金属材料拉伸试验第1部分：
室温试验方法
GB/T23561.1-2009 煤和岩石物理力学性质测定方法 第1部分：
采样一般规定
GB50086 岩土锚固与喷射混凝土支护工程技术规范
GB/T 50266-2013 工程岩体试验方法标准
MT146.1－2011 树脂锚杆 第1部分：
锚固剂
MT146.2－2011 树脂锚杆 第2部分：
金属杆体及其附件
MT285 缝管锚杆
MT/T 861 W型钢带
MT/T1061-2008 树脂锚杆玻璃纤维增强塑料杆体及其附件
3 术语和定义
GB/T228.1-2010、MT146.1-2011、MT285界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
巷道 roadway
为煤矿提升、运输、通风、排水、行人、动力供应等而掘进的通道。
3.2
煤巷 coalroadway
断面中煤层面积占4/5或4/5以上的巷道。
3.3
岩巷 rockroadway
断面中岩石面积占4/5或4/5以上的巷道。
3.4
半煤岩巷 coal-rock roadway
断面中岩石面积（含夹石层）大于1/5到小于4/5的巷道。
3.5
锚杆 rockbolt
安装在围岩中，对围岩实施锚固的杆件系统。
一般由杆体、托盘、螺母、垫圈、锚固剂或锚固构件组成。
3.6
预应力锚杆 pretensionedrockbolt
在安装过程中施加一定预拉力的锚杆。
3.7
无预应力锚杆 non-pretensionedrockbolt
在安装过程中不施加预拉力的锚杆。
3.8
树脂锚杆 resinanchoredbolt
采用树脂锚固剂锚固的锚杆。
注：
改写MT146.1-2011，定义3.1。
3.9
注浆锚杆 groutingbolt
杆体为中空式，兼做注浆管，对围岩进行注浆加固的锚杆。
3.10
钻锚注锚杆 self-drillingbolt
杆体为中空式，自带钻头，集钻孔、锚固、注浆于一体的锚杆。
3.11
玻璃纤维增强塑料锚杆 glassfibrereinforcedplasticbolt
杆体主体部分由玻璃纤维和树脂复合而成的锚杆。
3.12
缝管锚杆 split set bolt
经特殊加工成纵向开缝的钢管及其附件。
[MT285—1992，术语3.1]
3.13
锚索 cablebolt
安装在围岩中，对围岩实施锚固的索体系统。
一般由钢绞线、托盘、锚具及锚固剂组成。
3.14
锚杆支护 rockbolting
以锚杆为基本支护形式的支护方式。
3.15
组合构件 straporbeam
设置在巷道表面、将锚杆组合在一起的带（梁）状构件。
3.16
锚杆屈服力 yieldloadofboltbar
当锚杆杆体拉伸呈现屈服现象时，在试验期间达到塑性变形发生而力不增加的点（上屈服点）对应的力。
3.17
锚杆拉断力 tensileloadofboltbar
锚杆杆体所能承受的极限拉力。
3.18
最大力总延伸率 percentagetotalextensionatmaximumforce
杆体受最大拉力时，原始标距的总延伸（弹性延伸加塑性延伸）与引伸计标距之比的百分率。
[GB/T228.1-2010，术语和定义3.6.4]
3.19
断后伸长率 percentageelongationafterfracture
杆体受拉断裂时，断后标距的残余伸长与原始标距之比的百分率。
[GB/T228.1-2010，术语和定义3.4.2]
3.20
冲击吸收功 notchimpactwork
在常温下进行夏比V形缺口冲击试验时，规定形状和尺寸的试样在冲击试验力一次作用下折断时所吸收的功。
3.21
粘结强度 bondstrength
锚固材料与锚杆杆体或围岩单位粘结面上所能承受的最大粘结力。
3.22
锚杆锚固力 pull-outforceofbolt
锚杆锚固后，拉拔试验时，锚杆拉断或失效时的极限拉力。
3.23
设计锚固力 designpull-outforce
设计时给定的锚杆应能承受的锚固力。
3.24
锚杆工作载荷 workingloadofbolt
锚杆安装后，在服务期间所承受的轴向拉力。
3.25
树脂锚固剂 resincartridge
起粘结锚固作用的材料称锚固剂。
由树脂胶泥与固化剂两部分分隔包装成卷形，混合固化后能使杆体与煤岩体粘结在一起的材料。
[MT146.1-2011，定义3.2]
3.26
锚固长度 anchoragelength
锚杆的锚固材料或锚固构件与锚杆孔壁的有效结合长度。
3.27
锚杆外露长度 exposedlengthofbolt
锚杆安装后，螺母外端面至杆尾端面的距离。
3.28
端头锚固 pointanchorage
锚杆的锚固长度不大于锚杆孔长度的1/3。
3.29
全长锚固 full-lengthanchorage
锚杆的锚固长度不小于锚杆孔长度的90％。
3.30
加长锚固 partialanchorage
锚杆的锚固长度介于端头锚固与全长锚固之间。
3.31
拉拔试验 pull-outtest
测试锚杆锚固力的试验。
3.32
搅拌时间 stirringtime
安装树脂锚杆时，从开始搅拌树脂锚固剂到停止搅拌所用的时间。
3.33
等待时间 holdtime
安装锚杆时，搅拌停止后到可以上紧螺母托盘的时间。
注：
改写MT146.1—2011，定义3.6。
3.34
预紧力 pretensionforce
安装锚杆、锚索时，通过拧紧螺母或采用张拉方法施加在锚杆、锚索上的拉力。
3.35
预紧力矩 momentofpretension
拧紧螺母使锚杆达到设计预紧力时，施加到螺母上的力矩。
3.36
快速安装工艺 rapidinstallation
使用锚杆钻机连续完成搅拌树脂锚固剂、拧紧螺母的全过程。
3.37
辅助支护 free-standingsupplementarysupport
采用锚杆支护时，增加的单体支柱、金属支架等其他支护方式。
3.38
空顶距 unsupported roofdistance
掘进工作面端面至最近一排锚杆的距离。
3.39
初始设计 initialdesign
根据已有资料提出的巷道支护形式与参数。
3.40
信息反馈 informationfeedback
对支护监测信息进行解释，并据此对支护设计进行验证和修改的过程。
3.41
正式设计 finaldesign
根据监测信息，对初始设计进行验证或修改，在技术性、经济性以及安全性等方面均能满足生产要求的支护设计。
3.42
顶板离层临界值 criticalvalueofroofdelamination
支护设计或通过工程实践分析确定的巷道顶板允许的最大离层值。
3.43
复杂地段 complex section
断层及围岩破碎带、应力集中区、顶板淋水区、裂隙发育区、巷道穿层地段、瓦斯异常区、大断面、大跨度巷道等地段。
3.44
异常情况 abnormalphenomena
巷道位移、离层、锚杆受力等发生突变的情况。
4 技术要求
4.1 现场调查与巷道围岩地质力学评估
4.1.1 锚杆支护设计前应进行现场调查与巷道围岩地质力学评估。
巷道围岩地质力学评估基础参数见表1。
表1 巷道围岩地质力学评估基础参数
序号
参 数
说明
1
巷道揭露的岩层厚度
掘进工作面端面岩层组成及分层厚度
2
巷道揭露的岩层倾角
在井下直接测取，或由工作面地质说明书给出
3
2倍巷道宽度范围内
顶底板岩层层数和厚度
由地质综合柱状图或钻孔资料确定
4
各岩层物理力学参数
在井下原位测取，或在实验室内利用岩样测定
5
各岩层的分层厚度
指分层厚度的平均值
6
各层节理裂隙间距
指沿结构面法线方向的平均间距
7
地质构造
巷道周围地质构造的分布情况，由工作面地质说明书给出。
8
水文地质条件
巷道涌水量、水质等参照工作面地质说明书；水对围岩物理力学性质的影响通过试验确定。
9
巷道埋深
地表到巷道底板的垂直距离
10
原岩应力的大小和方向
在井下实测
11
巷道轴线方向与最大水平主应力方向的夹角
由工作面巷道布置图与井下最大水平主应力方向实测数据确定
12
巷道几何形状和尺寸
根据煤矿生产与安全的需要确定
13
巷道掘进方式
掘进机掘进、爆破法掘进或其他掘进方法
14
煤（岩）柱宽度
煤（岩）柱的实际宽度
15
采动应力
巷道与周围其它巷道、回采工作面的空间与时间关系，采动影响范围与大小
16
粘结强度
在井下短锚固拉拔试验中，锚杆在不同岩层、煤层中的粘结强度。
4.1.2 现场调查内容包括巷道工程地质条件和生产条件。
4.1.2.1 巷道工程地质条件包括：
巷道顶板、两帮、底板岩层岩性，岩层厚度及变化，岩层倾角及变化；巷道周围断层、褶曲、陷落柱及破碎带等地质构造分布情况，围岩内节理、裂隙、层理分布情况；矿井涌水，地温等。
4.1.2.2 巷道生产条件包括：
巷道用途与服务年限；巷道断面形状及尺寸；巷道掘进方式；巷道周围采掘工程分布状况；巷道与周围其它巷道、采煤工作面等采掘工程的空间和时间关系；煤（岩）柱尺寸。
4.1.3 巷道围岩地质力学评估内容包括围岩物理力学参数测定、围岩结构测量与力学性质测定及围岩应力测量。
4.1.3.1 应根据矿井开拓部署和采区划分合理安排巷道围岩地质力学参数测试，测点应具有代表性，应能最大程度地反映整个井田或采区的实际情况。
4.1.3.2 围岩物理力学参数（围岩真密度、视密度、孔隙率、单轴抗拉强度、单轴抗压强度、变形模量、泊松比、粘聚力、内摩擦角和水理性质等）通过实验室岩样实验获得；井下岩样的采取、包装应符合GB/T23561.1-2009的规定；单轴抗压强度、变形模量等可采用井下原位测量方法获得。
4.1.3.3 围岩结构测量应采用巷道表面观察、钻孔取芯和钻孔窥视等方法进行。
结构面力学性质测试可在现场取样后在实验室进行，也可在井下采用岩体结构面直剪试验测定，测定方法参见GB/T50266-2013第2.12节的内容。
4.1.3.4 围岩应力包括原岩应力与采动应力。
原岩应力包括各应力分量、主应力的大小与方向。
原岩应力测量优先采用应力解除法或水压致裂法，测量方法参见GB/T50266-2013第6章的内容。
采动应力测量可采用与原岩应力测量类似的方法。
采动应力变化监测可采用空心包体应变计、钻孔应力计等。
4.1.4 螺纹钢树脂锚杆粘结强度采用短锚固锚杆拉拔试验测定，在锚固长度300mm的条件下，平均粘结力应达到100kN以上时，方可考虑单独使用锚杆支护，试验方法参见附录A。
其它类型的锚杆也应做相应的拉拔试验。
4.1.5 在现场调查与巷道围岩地质力学参数测试完成后进行巷道围岩地质力学评估。
首先确定评估区域，锚杆支护设计应限定在该区域内，并分析巷道服务期间影响锚杆支护性能的其它因素。
4.1.6 根据巷道围岩地质力学评估结果进行巷道围岩稳定性分类，确定评估区域的巷道是否适合采用锚杆支护。
4.1.7 在一个地点获取的地质力学参数用于同一层位的其它地点时，应进行充分的现场调研和分析、评估。
4.1.8 当巷道围岩物理力学性质、围岩结构和围岩应力发生显著变化时，应对地质力学参数进行重新测定。
4.1.9 有下列情况之一时应重新进行巷道围岩稳定性分类：
a） 当巷道围岩条件、开采深度、开采范围与原分类差异很大时；
b） 新采区各巷道首次采用锚杆支护时。
4.2 锚杆支护设计
4.2.1 现场调查与巷道围岩地质力学评估结果证明锚杆支护可行时，进行锚杆支护设计。
4.2.2 在进行巷道布置时，应尽量考虑原岩应力场对巷道围岩稳定性的影响，使巷道轴线方向与主应力方向处于有利的夹角。
4.2.3 锚杆支护设计应采用动态设计方法。
设计应在巷道围岩地质力学评估的基础上，按“初始设计—井下监测—信息反馈—正式设计”的程序进行。
4.2.4 根据现场调查与巷道围岩地质力学评估结果，进行锚杆支护初始设计。
初始设计可采用以下一种或多种方法组合进行：
a） 工程类比法：
根据已经支护巷道的实践经验，通过类比，直接提出锚杆支护初始设计。
应保证设计巷道与已支护巷道在地质与生产条件、围岩物理力学性质、原岩应力等方面相似。
也可根据巷道围岩稳定性分类结果进行锚杆支护初始设计；
b） 理论计算法：
选择合适的锚杆支护理论，建立力学模型，测取支护理论所需的围岩物理力学参数，进行理论计算与分析，确定锚杆支护主要参数，提出锚杆支护初始设计；
c） 数值模拟法：
根据现场调查与巷道围岩地质力学评估结果，采用合适的数值模拟方法，通过数值模拟计算与分析，确定锚杆支护初始设计。
4.2.5 锚杆支护初始设计应包括以下内容：
a） 巷道用途及服务年限
b） 地质与生产条件及巷道围岩地质力学评估结果；
c） 巷道断面设计；
d） 巷道掘进方式；
e） 巷道空顶距设计；
f） 锚杆支护形式与参数设计；
g） 锚索支护形式与参数设计；
h） 喷射混凝土参数设计；
i） 支护材料选择和施工机具设备配套；
j） 施工工艺、安全技术措施和施工质量指标；
k） 矿压监测设计；
l） 辅助支护设计；
m） 巷道复杂地段的支护设计；
n） 巷道受到采动影响时的超前支护设计。
4.2.6 巷道断面形状与尺寸应根据围岩条件、巷道用途等确定。
煤巷断面一般采用矩形或梯形，特殊情况可采用拱形或其它形状断面。
巷道断面设计应考虑以下因素：
a） 巷道布置（运输）的最大设备尺寸；
b） 巷道管线布置和行人要求；
c） 巷道通风要求；
d） 巷道预留变形量：
对锚杆支护巷道围岩变形进行预测，确定合理的预留变形量，使巷道变形后断面仍能满足安全生产要求。
4.2.7 巷道掘进优先采用综合机械化掘进。
当采用钻爆法时，应采用光面爆破，控制巷道成型，为锚杆支护施工创造有利条件。
4.2.8 巷道掘进后应及时支护，尽量减小空顶距、缩短空顶时间。
围岩易风化、遇水易泥化或膨胀的巷道应先喷后支，及时封闭围岩。
4.2.9 根据巷道围岩地质与生产条件，可按表2选择不同类型的锚杆。
锚杆支护可配套使用钢筋托梁、钢带、钢梁、钢护板、护网等护表构件，也可与锚索、喷射混凝土联合使用。
常用支护形式及适用条件见表3。
4.2.10 支护形式与参数设计应包括以下内容：
a） 锚杆类型；
b） 锚杆杆体几何参数（直径和长度等）；
c） 锚杆杆体力学参数（屈服力、拉断力、伸长率和冲击吸收功等）；
d） 锚杆附件（托盘、球形垫圈、减摩垫圈和螺母等）材料和规格；
e） 树脂锚固剂规格及数量，锚固剂物理力学性能；
f） 锚杆预紧力；
g） 锚杆设计锚固力；
h） 锚杆布置参数（锚杆间距、排距、安装角度等）；
i） 锚杆锚固参数（钻孔直径，锚固方式和锚固长度）；
j） 锚杆组合构件（钢筋托梁、钢带等）形式、规格和力学性能；
k） 护网形式、材料和规格；
l） 注浆锚杆用注浆材料物理力学性能及注浆参数；
m） 锚索形式与参数；
n） 喷射混凝土参数；
o） 巷道支护布置图；
p） 支护构件加工示意图；
q） 支护材料消耗清单。
表2 常用锚杆类型及适用条件
序号
锚杆类型
适用条件
1
螺纹钢树脂锚杆
在保证设计锚固力的条件下，适用于各类围岩条件的巷道。
2
圆钢树脂锚杆
围岩强度较高、完整、稳定，围岩应力小的巷道。
3
缝管锚杆
超前支护和岩巷临时支护。
4
注浆锚杆
围岩节理、裂隙等结构面发育，破碎围岩巷道。
5
钻锚注锚杆
围岩极破碎，成孔困难，不能实现先钻孔后安装锚杆。
6
玻璃纤维增强塑料锚杆
采煤机截割的回采巷道煤帮及围岩应力与变形小的巷帮。
表3 常用支护形式及适用条件
序号
支护形式
适用条件
1
单体锚杆支护
围岩强度较大、完整、稳定，埋藏浅、围岩应力小。
2
锚杆支护
围岩完整、强度大的岩巷。
3
锚网喷支护
岩巷和服务时间长的煤巷。
4
锚杆钢带（梁）支护
围岩强度较大、较完整，节理、裂隙等结构面不发育。
5
锚网支护
围岩强度较大、较稳定，发育一定的节理、裂隙等结构面，围岩应力不大。
6
锚网带（梁）支护
围岩强度较低，节理、裂隙等结构面较发育。
7
锚网、桁架支护
大断面巷道、硐室和交岔点，复合顶板巷道。
8
锚注支护
围岩节理、裂隙等结构面发育，松散破碎，锚杆锚固效果差。
9
锚网与锚索联合支护
适用于多种巷道条件。
4.2.11 锚杆支护基本参数宜按表4选取。
表4 锚杆支护基本参数
序号
参数名称
单 位
参 数 值
1
锚杆长度
m
1.6～3.0
2
锚杆公称直径
mm
16.0～25.0
3
锚杆预紧力
kN
锚杆屈服力的30-60%
4
锚杆设计锚固力
kN
锚杆屈服力的标准值
5
锚杆排距
m
0.6～1.5
6
锚杆间距
m
0.6～1.5
4.2.12 巷道支护应优先采用预应力螺纹钢树脂锚杆。
软岩巷道、煤层顶板巷道、破碎围岩巷道、深部高应力巷道、采动影响明显的巷道及大断面巷道等复杂困难巷道，宜采用高预应力（大于锚杆屈服力的30%）、高强度（杆体屈服强度大于500MPa）螺纹钢树脂锚杆。
必要时，可采用锚杆、锚索联合支护，锚杆与锚索的力学性能与支护参数应相互匹配。
4.2.13 回采巷道被采煤机截割的煤帮应优先采用玻璃纤维增强塑料锚杆等可切割锚杆。
4.2.14 巷道复杂地段应进行联合支护，联合支护范围应延伸到正常地段5m以上。
破碎围岩巷道应优先采用锚注支护。
4.2.15 螺纹钢树脂锚杆的钻孔直径、锚杆直径和树脂锚固剂直径应合理匹配，钻孔直径与锚杆杆体直径之差应为6mm～10mm；圆钢树脂锚杆的钻孔直径与锚头顶宽之差应为4mm～6mm；钻孔直径与树脂锚固剂直径之差应为4mm～8mm。
4.2.16 锚杆支护施工设计应包括施工工艺、施工设备与机具、施工质量指标和安全技术措施等。
4.2.17 锚杆支护矿压监测设计应包括监测内容、监测仪器、测站布置、测站安设方法、数据测读方法、测读频度等。
综合监测应给出反馈指标和锚杆支护初始设计修改准则，日常监测应给出监测方法、合格标准和异常情况的处理措施。
4.2.18 锚杆支护初始设计在井下实施后应及时进行矿压监测。
将巷道受掘进影响结束时的监测结果用于验证或修正初始设计。
修正后的支护设计作为正式设计在井下使用。
巷道受到采动影响期间的监测结果可用于其它类似条件巷道支护设计的验证与修改。
4.2.19 锚杆支护正式设计实施过程中，应进行日常监测。
当地质条件发生显著变化时应及时修正。
4.3 锚杆支护材料与构件
4.3.1 一般要求
锚杆支护材料与构件应符合国家标准和相关行业标准，并具有产品合格证。
煤矿巷道锚杆杆体及附件、组合构件
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