煤矿深部巷道锚杆支护技术.pptx

卓越工程师培训,煤矿深部巷道支护技术,主讲王永宝,汇报提纲,1．概念,一、几个基本概念及关系,主井,副井,工作面,锚固力预紧力拉拔力预紧扭（力）矩预应力,1．概念,一、几个基本概念及关系,主井,副井,工作面,1.1锚固力指锚杆对围岩的约束力，它包括径向锚固力和切向锚固力，径向锚固力含托锚力和粘锚力。托锚力是托板阻止向巷道内位移，对围岩施加的径向支护力；粘锚力是锚杆通过粘结剂对围岩施加的径向作用力；切向锚固力是锚杆体施加贯穿岩体弱面，对弱面的滑动和张开产生的限制力，单位kN。,1．概念,一、几个基本概念及关系,主井,副井,工作面,1.1.1锚固力的作用锚杆的锚固作用体现为径向和切向锚固力的作用。径向锚固力对围岩施加围压，将围岩由单向、双向受力状态转化为双向、三向受力状态，提高围岩的稳定性。锚杆贯穿同一岩层中的弱面，切向锚固力改善了弱面的力学性质，从而改善了围岩的力学性质。因此锚杆是兼有支护和加固两种作用的较完美的支护形式。径向锚固力主要起着支护作用，切向锚固力主要起着加固作用。而在煤巷围岩中，主要是径向锚固力起作用，起到支护作用。,1．概念,一、几个基本概念及关系,主井,副井,1.2拉拔力,指阻止锚杆从岩体拔出的力。拉拔力可分为设计拉拔力和检测拉拔力。通常说的拉拔力指设计拉拔力，其值应大于锚杆破断力，单位kN。,1．概念,一、几个基本概念及关系,主井,副井,1.2.1拉拔力检测标准,抗拔力应符合以下规定合格最低值不小于设计的90。优良最低值不小于设计值。检查数量每安装300根锚杆，抽试三组进行测试，每组不得少于3根，其中每组拱顶锚杆2根，边帮锚杆1根；锚索测试数量取总数的5。,1．概念,一、几个基本概念及关系,主井,副井,1.2.1拉拔力检测标准,锚索合格条件为首先锚索支护材料要符合施工措施的规定，且最小锚固长度要≥1.5米；分级张拉，分级方式为030千牛60千牛90千牛130千牛。测试要求ASTMA419-981*715.24mm单根钢绞线，抗拔力大于120KN。,1．概念,一、几个基本概念及关系,主井,副井,1.3锚杆预紧力,在锚杆安装过程中，对锚杆杆体施加的轴向力，单位kN,1.3.1锚杆预紧力的作用,1.3.1.1发挥锚杆主动支护作用，特别是在层状岩层、破碎围岩条件下，增大预紧力能够改变围岩性质，防止围岩破坏，保持围岩稳定，有利于对围岩支护。,1．概念,一、几个基本概念及关系,主井,副井,对顶板稳定性具有决定性的作用。当预紧力大到一定程度时，锚杆长度范围内和锚杆长度以上的顶板离层可以得以消除。高预紧力锚杆指在建立预应力顶板，预应力顶板存在一定程度上保护着顶板使其免受水平应力的破坏，使顶板岩层处于横向压缩的状态，以克服高水平应力对顶板稳定性的影响。,1.3.1锚杆预紧力的作用,1．概念,一、几个基本概念及关系,主井,副井,1.3.1锚杆预紧力的作用,1.3.1.2预应力结构的形成是有条件的，锚杆预紧力是关键。在水平应力大的条件下，锚杆的作用在于给顶板及时提供很高的预应力以形成预应力顶板，形成一个压力自撑结构。,1．概念,一、几个基本概念及关系,主井,副井,1.4锚杆的预紧扭矩,在锚杆安装过程中，对锚杆螺母施加的力矩，单位Nm；,1.4.1锚杆预应力,在锚杆安装过程中，对锚杆杆体施加的轴向拉应力，等于锚杆预紧力与杆体横截面积的比值，单位MPa。,MF*L，M为扭矩，F为力（N），L为距离m,2．几种易混淆的力之间的关系,一、几个基本概念及关系,主井,副井,2.1锚固力与拉拔力区别,2.1.1锚固力是锚杆对围岩产生的约束力，是限制围岩变形，起支护作用的力。锚杆拉拔力是锚杆锚固后拉拔实验时，所能承受的极限载荷，反映的是杆体、锚固剂、岩石粘结到一起后，锚杆破断或失效的最大拉力。,2．几种易混淆的力之间的关系,一、几个基本概念及关系,主井,副井,2.1锚固力与拉拔力区别,2.1.2锚固力随着被支护围岩变形、围岩的膨胀而增大，因此锚固力是一个动态发展并不断变化的力。锚杆拉拔力是一个固定值，不随围岩变形和锚杆受力而改变。如果围岩不发生变形且不考虑杆体的松驰效应，锚固力等于初锚力。,2．几种易混淆的力之间的关系,一、几个基本概念及关系,主井,副井,2.1锚固力与拉拔力区别,2.1.3锚固力检测使用安装于锚杆螺母和托盘之间的锚杆测力计，一般在锚杆安装时把锚杆测力计安好。检测锚固力是为了监测锚杆受力状况，需要进行长期观测。锚杆拉拔力检测使用锚杆拉力计，检测可以在锚杆安装完成后任何时候进行，检测锚杆拉拔力是为了查验锚杆杆体、锚固剂、岩石粘结效果。在施工中，检测锚杆拉拔力时，一般只要达到设计锚固力即可；在做破坏性检测时，则要求锚杆被拉断或锚杆被拉出才终止。,2．几种易混淆的力之间的关系,一、几个基本概念及关系,主井,副井,2.1锚固力与拉拔力区别,2.1.4检查锚杆施工质量时，一般检查锚杆拉拔力。监测分析锚杆工作情况时，测锚固力。测量锚固力是为了验证支护的可靠性，为以后修改支护设计提供依据。设计和施工时，必须保证锚杆拉拔力大于杆体破断力这一基本原则，即锚杆杆体受力超过其破断力后，锚杆可能被拉断，但锚杆不能被拉出。常见错误是设计的锚杆拉拔力小于杆体破断力。,2．几种易混淆的力之间的关系,一、几个基本概念及关系,主井,副井,2.2预紧力和预紧扭矩的关系,2.2.2预紧力是力，是施加在锚杆（锚索）上的拉力，单位kN;预紧扭矩是力矩，施加在压紧螺母上，单位Nm.2.2.3二者测量仪器不同。预紧力可以通过安装在锚杆托盘与螺母间的锚杆测力计观测；预紧扭矩可以通过数字显示或带有刻度显示的锚杆扭力扳手观测。,2．几种易混淆的力之间的关系,一、几个基本概念及关系,主井,副井,2.3预紧力与预紧应力区别,锚杆预紧力在锚杆安装过程中，对锚杆杆体施加的轴向拉力。锚杆预应力锚杆预紧力与杆体横截面积的比值。,2．几种易混淆的力之间的关系,一、几个基本概念及关系,主井,副井,2.2预紧力和预紧扭矩的关系,2.2.4锚杆施工设计要求的是预紧力，而不是预紧扭矩。但在实际施工中，由于预紧扭矩测读方便而预紧力测量相对复杂，且预紧力随着预紧扭矩增大而增大，为了检测方便，通过直接检测预紧扭矩而达到间接检测锚杆的预紧力的目的。因此，锚杆安装时通常检测预紧扭矩，而不检测预紧力。,2．几种易混淆的力之间的关系,一、几个基本概念及关系,主井,副井,2.2预紧力和预紧扭矩的关系,,2．几种易混淆的力之间的关系,一、几个基本概念及关系,主井,副井,2.2预紧力和预紧扭矩的关系,,一、几个基本概念及关系,主井,副井,常见锚杆钢材强度比较,例如王楼煤矿现用φ22mm高强度螺纹钢锚杆Q500施工过程中对锚杆施加预紧扭矩为350Nm，则锚杆预紧力FM/（DK）350Nm/0.022m*0.3940792N≈40KN锚杆预应力PF/S40792N/380*10-6m2107MPaF锚杆预紧力NM预紧扭矩NmD锚杆直径mmP锚杆预应力MPaK系数S锚杆截面积m21KN0.98吨,一、几个基本概念及关系,主井,副井,MT/T11042009煤巷锚杆支护技术规范中明确要求，锚杆的锚固力应不小于锚杆杆体屈服强度的1.2倍。例如Ф222800mm高强度螺纹钢锚杆Q500屈服强度190kN，故锚固力应不小于228kN。现场使用锚杆拉力计做拉拔试验，一般规定达到20MPa，即72.4KN（7.4t）后即认为锚杆施工质量合格，只达到了锚固力的31.2。,一、几个基本概念及关系,主井,副井,从经验来讲，锚杆预紧力不易超出锚杆屈服强度的50。,一、几个基本概念及关系,主井,副井,LDZ-200煤矿用锚杆拉力计千牛、兆帕、吨位对照表,计算公式FSP。其中F为锚固力（KN）；S为活塞面积；P为拉力指示表读数（MPa）。,二、锚杆支护作用机理,拉伸-阻止岩层离层,剪切-阻止岩层滑动,1.锚杆支护作用的新认识控制围岩离层、滑动及新裂纹等不连续、不协调扩容变形，保持围岩完整性和自承能力，减小围岩强度降低。,二、锚杆支护作用机理,1.1锚杆强度-抗破坏能力拉伸屈服强度（力）、拉伸强度（力）、延伸率等；剪切剪切强度（力）。,锚杆杆体拉伸应力-应变曲线,二、锚杆支护作用机理,1.2刚度-抗变形能力,A–锚杆杆体截面积；E–锚杆弹性模量；L–锚杆长度。,安装时间锚杆安装越及时，锚固体刚度越大；预应力锚杆预应力越高，锚固体刚度越大；锚固方式全长锚固刚度大。,位移,支架载荷,支架载荷与位移关系曲线,锚杆支护系统刚度非常重要，及时支护、施加合理的预应力，并有效扩散到围岩是关键，可抑制围岩扩容变形。,围岩变形不连续、不协调扩容变形；连续、整体变形。锚杆主要对前者起作用；,巷道掘进工作面空间布置,二、锚杆支护作用机理,,,,,2、锚杆实际受力状态锚杆井下受力状态复杂,巷道表面凹凸不平及施工原因，井下锚杆与巷道表面不垂直，不处于理想拉伸状态，而是处于受拉、弯、扭、剪切的复合应力状态。,施加预应力前,施加预应力后,二、锚杆支护作用机理,锚杆受拉伸、弯曲、扭转引起的复合应力。,锚杆杆体受力状态的理论分析,,树脂锚固锚杆力学模型,二、锚杆支护作用机理,1．锚杆支护的加固作用,三、锚杆支护的构件及作用,主井,副井,1.1锚杆提供的支护强度,围岩硬度越高，岩石强度越大。在巷道顶板安装锚杆就相当于给顶板提供围压。对于中等强度以上岩石（单轴抗压强度大于30MPa，变形模量大于100MPa），增加的围压很小，因此锚杆支护在岩石破坏前对其强度影响不大。因为煤层强度较低，特别是中等强度以下的煤层（煤层单轴抗压强度小于15MPa），锚杆在煤体破坏前对其强度有比较明显的影响。,1．锚杆支护的加固作用,三、锚杆支护的构件及作用,1.1锚杆提供的支护强度,岩体锚固后可不同程度地提高其强度、弹性模量、黏聚力和内摩擦角等力学参数。锚杆的主要作用是改善破碎区、塑形区内岩石的力学性质，提高其屈服后的强度。,1．锚杆支护的加固作用,三、锚杆支护的构件及作用,1.2锚杆对不连续面（围岩结构）的加固作用围压内存在各种节理、层理、裂隙等不连续面，这些结构面的分布与强度对岩体的整体强度影响很大。通过锚杆提供的轴向力与切向力，提高不连续面的抗剪强度，阻止不连续面产生移动上滑动。通过提高节理岩体的整体强度、完整性与稳定性。,1．锚杆支护的加固作用,三、锚杆支护的构件及作用,,,王楼煤矿27304工作面锚杆受剪切力照片,1．锚杆支护的加固作用,三、锚杆支护的构件及作用,1.3锚杆支护对围岩应力分布的影响巷道开挖后，应力重新分布。通过锚杆给围岩施加一定的压应力，改善围岩应力状态。对于受拉区域，可抵消部分拉应力，提高围岩抗拉能力；对于受剪区域，通过压应力区域，通过压应力产生的摩擦力，提高围岩的抗剪能力。,锚杆杆体及附件,锚固剂,护表构件钢带、金属网,锚索,,2.高强度锚杆支护系列材料与构件,三、锚杆支护的构件及作用,锚杆杆体及附件,高强度锚杆及附件,三、锚杆支护的构件及作用,主井,副井,3锚杆杆体,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。,3.1锚杆杆体的作用,三、锚杆支护的构件及作用,主井,副井,3锚杆杆体,3.2.1在合理孔径差的条件下，保证杆体能顺利插入钻孔；3.2.2有利于提高锚固剂的黏结力与锚杆锚固效果；3.2.3尽量使杆体各部位等强度；3.2.4杆体尾部有利于施加较大的预紧力。,3.2锚杆杆体形状设计的四个准则,三、锚杆支护的构件及作用,主井,副井,3锚杆杆体,3.3.1右旋全螺纹钢体。优点一是杆体截断后不需要任何加工，没有加弱面，杆体强度相等，材料利用高；二是井下安装时，螺母可沿杆体一直拧进，不受螺纹长度的限制，即使杆体外漏长度过大，也能压紧托板。缺点一是螺纹右旋，采用常规的钻机搅拌锚固剂时，有将锚固剂内旋出的力，不能压密锚固剂，影响锚固效果，不符合第二准则；二是杆体精轨螺纹比较高，对于同样外径的杆体，内径较小，强度较低；三是螺母直接安装在杆体螺纹上，对螺纹要求高，螺母与螺纹配合控制难度大。同时螺纹螺距大，很难施加大的预紧力，现场有退扣现象。（深部不建议使用）,3.3螺纹钢锚杆主要有以下两种形式,三、锚杆支护的构件及作用,主井,副井,3锚杆杆体,3.3.2左旋无纵筋螺纹钢杆体。在搅拌锚固剂时，左旋螺会产生压紧锚固剂的力，有利于增加密实度，提高锚固力。杆体尾部滚压成型的螺纹加工精度高，可施加较大的预紧力。,3.3螺纹钢锚杆主要有以下两种形式,三、锚杆支护的构件及作用,主井,副井,4托板,4.1.1托板是锚杆支护系统中的关键部件。是预紧力传导的重要部件，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。,4.1托板的作用,三、锚杆支护的构件及作用,主井,副井,4托板,4.1.2托板的形状、几何尺寸及强度与刚度都影响锚杆的受力状况与支护效果。4.1.3托板失效就会导致整个锚杆失去主动支护能力，而与杆体匹配合理的托板能够充分发挥锚杆的支护作用。（咱们用的托板由于工艺，技术上的限制都是用Q235的钢材，而咱们用的锚杆材质是Q500的钢材，就出现了不配套的情况）,4.1托板的作用,三、锚杆支护的构件及作用,主井,副井,4托板,4.2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。,三、锚杆支护的构件及作用,主井,副井,4托板,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、锚杆支护的构件及作用,主井,副井,5锚固剂,5.1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。5.2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。5.3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，单轴抗压强度不小于60MPa（24h）。,三、锚杆支护的构件及作用,主井,副井,5.4锚杆锚固方式锚杆锚固方式分为端部锚固、加长锚固和全长锚固。5.4.1对于端部锚固的锚杆，锚固剂的作用在于提供黏结力，使锚杆承受一定的拉力。锚杆拉力除锚固端外，沿长度方向是均匀分布的。由于锚杆与钻孔间有较大空隙，所以锚杆抗剪能力只有在岩层发生较大错动后才能发挥出来。5.4.2对全长锚固锚杆，锚固剂作用主要有两个方面将锚杆杆体与钻孔孔壁黏结在一起，使锚杆随着岩层移动承受抗力；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。,三、锚杆支护的构件及作用,主井,副井,5.4锚杆锚固方式,5.4.3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，导致杆体受力时围岩变形和离层不敏感，支护刚度低。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，离层和滑动大的部分锚杆受力很大，杆体受力对围岩变形和离层很敏感，能及时抑制离层和滑动，支护刚度高。这是全长锚固锚杆与端部锚固锚杆的根本区别。,三、锚杆支护的构件及作用,主井,副井,6钢带,6.1钢带的3个关键参数护表面积、抗拉强度和抗弯刚度。,三、锚杆支护的构件及作用,6.2钢带的作用6.2.1钢带是锚杆支护系统的重要构件，对提高锚杆支护整体支护作用、保持围岩的完整性起着关键作用。,主井,副井,6.2钢带的作用,,三、锚杆支护的构件及作用,6.2.2均衡锚杆受力和提高整体支护作用。钢带将数根锚杆连接在一起，可均衡锚杆受力，共同形成组合支护系统，提高整体支护能力。,主井,副井,6.2钢带的作用,,三、锚杆支护的构件及作用,6.2.3锚杆预紧力和工作阻力扩散作用。单根锚杆作用巷道表面可近似看成点载荷，钢带可扩大锚杆作用范围，实现锚杆预紧力和工作阻力扩散，是载荷趋于均匀。6.2.4支护巷道表面和改善围岩应力状态作用。钢带对巷道表面提供支护，抑制浅部岩层离层、裂隙张开，保持围岩的整体性，减少岩层弯曲引起的拉伸破坏，改善岩层应力状态，防止锚杆间松动岩块掉落。,主井,副井,7网的作用,,三、锚杆支护的构件及作用,7.1维护锚杆之间的围岩，防止破碎岩块垮落。7.2紧贴巷道表面，提供一定的支护力，一定程度上改变巷道表面岩层受力状况。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。7.3网不仅能有效控制巷道浅部围岩的变形与破坏，而且对深部也有良好的支护作用。,主井,副井,7网的作用,,三、锚杆支护的构件及作用,如图所示，有网的情况下，虽然巷道表面围岩已破坏，但没有松散、垮落，可作为传介质，是巷道深部围岩仍处三向应力状态，提高岩体的残余强度，显著减少围岩松散、破碎区范围，同时也保证了锚杆的锚固效果。,主井,副井,7网的作用,,三、锚杆支护的构件及作用,王楼煤矿27307工作面塑料网撕裂造成支护失效,主井,副井,1.锚杆预紧扭矩问题,,四、锚杆热点问题探讨,1.1锚杆预紧扭矩达不到设计要求;锚杆主动支护作用发挥不出来。1.2锚杆预紧扭矩过大。,1.3产生问题的原因,1.3.1锚杆在预紧过程中，同时受到拉应力、扭矩产生的剪应力和弯矩产生的拉应力，在施加扭矩达到600-700N.m时产生了永久变形;1.3.2锚杆施加的预紧扭矩超过600N.m时，锚杆受到的应力复合已接近材料的屈服应力。,主井,副井,1.锚杆预紧扭矩问题,,四、锚杆热点问题探讨,1.3产生问题的原因,1.3.3在相同扭矩作用下应力复合要比锚杆受到的单纯拉应力大，预紧扭矩大于600N.m时锚杆会先从弯曲处产生裂纹，进而裂纹发展导致锚杆未达到破断拉力就断裂。1.3.4当锚杆力矩超过400N.m时，预紧力增加变得缓慢，再增加锚杆力矩，获得的预紧力增量也很小。,主井,副井,1.锚杆预紧扭矩问题,,四、锚杆热点问题探讨,1.4得出结论锚杆施工的过程中不要一味地强求预紧力过大，达标就可以，不要超过设计值太多，扭矩放大器的使用要规范，符合要求就可以，并不是越大越好，扭矩过大会出现锚杆杆体及螺帽在施工过程中材质就发生了变化，锚杆螺帽丝直接打坏或者锚杆丝打断，即使当时没有断丝部受损后期也会较多的出现退丝脱丝现象。,主井,副井,1.锚杆预紧扭矩问题,,四、锚杆热点问题探讨,主井,副井,2.锚杆设计角度的选取,,四、锚杆热点问题探讨,2.1带角度锚杆有以下缺点,2.1.1使围岩中压应力区相互分离，大大减弱支护效果;两角锚杆受力偏小，甚至受压，大大减弱了锚杆的支护作用;虽然锚杆抗拉性能好，但抗剪切力方面比较薄弱。2.1.2使锚杆尾部螺纹受力状态恶化，大大增加尾部螺纹破断的机率，锚杆受力若偏荷载在上面会产生较大剪切力，增大丝部断裂机率。,主井,副井,2锚杆设计角度的选取,,四、锚杆热点问题探讨,2.2得出结论综合分析，锚杆垂直岩面施工效果最佳，但锚杆安装时不能垂直于岩面的话，可增加调心球垫，从现场支护效果看两肩的锚杆、底部锚杆、帮部靠上的锚杆都应使用调心球垫。,主井,副井,,四、锚杆热点问题探讨,主井,副井,3锚杆托板的设计及加工,,四、锚杆热点问题探讨,3.1托板承载力3.1.1MT146.2-2002规范中要求托板承载力应不小于杆体的屈服载荷，托盘压缩量达到其高度30时的试验载荷为托板的承载力。3.1.2修订后的MT146.2-2011中对托板尺寸要求相同，托板承载力要求应不小于与之配套杆体屈服力标准值的1.3倍，托板被拉穿前的最大力即为托板承载力。,主井,副井,3锚杆托板的设计及加工,,四、锚杆热点问题探讨,3.1托板承载力3.1.3结合目前煤矿井下最常用的φ22mm的335号和500号锚杆，杆体屈服力分别为127kN和190kN,按照规范要求，对应的托板承载力不低于165kN和247kN。在不考虑托板其它参数的情况下，托板承载力需要在万能试验机试验后确定。,主井,副井,3锚杆托板的设计及加工,,四、锚杆热点问题探讨,3.2托板材质及加工目前煤矿井下较常用的托板材料为Q195或Q235号，即托板钢材的屈服载荷为195MPa或235MPa.很多锚杆托板钢板采用Q195号而不用Q235号，主要是由于Q235钢板强度相对较高，冷冲压后容易出现开裂现象，直接影响了托板的冷冲压托板开裂力学性能。,主井,副井,3锚杆托板的设计及加工,,四、锚杆热点问题探讨,3.2托板材质及加工部分托板加工后，出现托板下端面不平四角翘起的情况，也严重影响了托板的力学性能，并且可能导致对钢带等其它护表构件的损伤。（形成剪切力破坏锚杆丝部）煤矿井下托板使用过程中也出现了由于托板材质及加工问题导致的支护失效情况。甚至出现螺母拉穿托板的现象，托板失效。,主井,副井,3锚杆托板的设计及加工,,四、锚杆热点问题探讨,3.2托板材质及加工,冷冲压托板开裂,托板切穿钢带,主井,副井,3锚杆托板的设计及加工,,四、锚杆热点问题探讨,3.3托板厚度及高度对于托板厚度，规范中最低要求不低于6mm,实际现场使用中要根据配套杆体的强度确定，一般情况下335MPa及400MPa的普通锚杆配套托板厚度不低于8mm,500MPa级以上的热轧及热处理锚杆厚度不低于10mm,其强度才能与杆体匹配。,主井,副井,3锚杆托板的设计及加工,四、锚杆热点问题探讨,3.4研究结论,3.4研究结论,3.4.1拱形托板预紧阶段散预应力的效果好、工作阶段抗变形能力强;圆形拱托板受力最好，但由于其加工制作麻烦，故选用拱形方托板为宜;3.4.2拱形托板的尺寸以不小于120 x120mm,不大于200 x200mm为宜。锚杆托板以150 x150mm的拱形托板为最佳选择;3.4.3拱形托板合理厚度810mm;拱高以34mm为宜。.托板底平面应平整，避免出现尖角或刀刃，以免剪切构件。,主井,副井,3锚杆托板的设计及加工,四、锚杆热点问题探讨,3.5托板新的国家标准,3.5.1对于托板优先采用蝶形托板，并配套球形垫圈;3.5.2锚杆托板钢材屈服强度应不小于235MPa,厚度应不小于6mm;3.5.3锚杆托板应保持下端而平整，不得出现四角翅起的情况;3.5.4锚杆托板高度从下端而至孔口最高位置的距离应不小于拱形底部直径的1/3;,主井,副井,3锚杆托板的设计及加工,四、锚杆热点问题探讨,3.5托板新的国家标准,3.5.5锚杆托板的承载力应不小于与之配套杆体屈服力标准值的1.3倍;宜选用的锚杆托板规格尺寸为100 x100mm;120 x120mm;150 x150mm,在围岩松软破碎或高地应力情况下可选用尺寸更大的托板，也可与护表面积大的钢护板等联合使用;3.5.6锚杆托板球窝几何形状与力学性能应与球形垫圈匹配，球形垫圈应能允许锚杆杆体与托板之间有不小于18”的偏角而不出现卡阳现象。,主井,副井,4锚杆尾部破断问题,四、锚杆热点问题探讨,4.1研究方向,4.1.1锚杆支护材科向高强度高刚度的方向发展。4.1.2高强度锚杆出现尾部螺纹破断现象，威胁矿井和人身安全4.1.3螺纹破断的原因何在4.1.4如何在大幅提高锚杆预紧力的情况下消除螺纹段的破断,主井,副井,4锚杆尾部破断问题,四、锚杆热点问题探讨,4.2锚杆尾部螺纹破断产生的后果,4.2.1尾部螺纹突然弹射，危及人身安全;4.2.2锚杆突然破断造成巷道围岩变形急剧增加，几小时内可达200mm以上;4.2.3如不及时补设锚杆可能造成连锁破断现象，甚至造成冒顶片帮事故。,主井,副井,4锚杆尾部破断问题,四、锚杆热点问题探讨,4.3锚杆破断的原因造成锚杆尾部螺纹破断的原因,4.3.1锚杆材质问题4.3.2应力腐蚀4.3.3螺纹加工损伤4.3.4应力复合作用,主井,副井,4锚杆尾部破断问题,四、锚杆热点问题探讨,4.4锚杆井下安装时一般受三种应力的复合作用,4.4.1拉应力4.4.2剪应力4.3.3扭力矩4.3.4应力复合作用对锚杆破坏不利的是剪应力和扭力矩，拉应力是正常受力，螺纹钢在受剪应力方面是比较脆弱的。,主井,副井,5锚杆尾部结构,四、锚杆热点问题探讨,5.1在杆尾螺纹部分受力状态方面,5.1.1螺纹部分不仅抗拉，而且受到钢带与岩层发生错动时产生的剪应力，受偏载条件下还会出现弯曲变形。由于钢材的抗剪强度明显低于抗拉强度。易发生剪断现象。5.1.2螺纹部分直径与杆体不相等，变径会导致局部应力集中，产生2-3倍的集中应力，对杆体的承载能力极为不利。,主井,副井,5锚杆尾部结构,四、锚杆热点问题探讨,6.1为保证螺纹强度接近或等于甚至大于杆体强度，可采用以下艺与结构,6.1.1优化杆体表面形状与尺寸，采用滚圆加工后滚丝，取消剥皮，减少强度损失；6.1.2杆尾螺纹段进行调质处理，提高螺纹强度；6.1.3墩粗杆体尾部，再加工螺纹，增加螺纹面积；6.1.4杆尾取消螺纹，制成墩头锚杆，从根本上消除螺纹的影响。,主井,副井,7锚索预应力损失问题,四、锚杆热点问题探讨,7.1误区直接将设计预紧力值转化为压力表读数作为验收预紧力标准。,7.2锚索预应力的损失主要原因是素体的回弹、锚索张拉和锁定过程中的损失;,7.3锚索有让性,锚索在张拉过程中，必定会产生预应力损失;根据试验结论损失在20％左右，锚索加压时要加到设计值的1.2倍。煤矿锚索预应力损失普遍存在，造成损失的主要形式有张拉锁定损失、煤岩体的压缩变形损失和动载荷作用损失等。,主井,副井,提高锚杆杆体抗拉强度和屈服强度，如选用超高强度螺纹钢（BHRB500或BHRB600）。,四、锚杆热点问题探讨,深部支护不存在支护过剩现象。巷道顶板不平整等特殊地段，锚杆施工角度问题。提高支护施工质量。,谢谢,