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1、光爆锚喷技术基础知识第一部分光面爆破一、概述(-)光爆的发展光面爆破简称光爆，是一种合理利用炸药能量的控制爆破技术。用 这种方法开掘出来的井巷成型规格平整、符合设计的断面轮廓尺寸，岩 壁无明显的爆震龟裂，保护了围岩的强度和整体性，提高了围岩的稳定 性和自承能力。它发展于上世纪50年代的瑞典、接着这种技术并很快传到了加拿大、 美国、挪威，并且创造了 一些新的光爆方法。如预裂法、缓冲爆破法、 线状钻孔法等。60年代这种技术传到了我国，并给光爆取了多种名称， 如轮廓爆破、预裂爆破、剪切爆破、雕刻爆破、整平爆破、精确爆破和 控制爆破等。它在我国的发展是随着推广应用锚喷支护而相应发展起来的。光爆 是锚喷
2、的重要前提和基础，光爆与锚喷的有机结合，构成了 “光爆锚喷” 新技术，这是我国锚喷支护的进一步重大发展。(二)光爆的类型1、按爆破时序分类(1)周边后裂法，又称修边法。当全断面一次爆破时，周边眼的光 爆炮孔安排在最后起爆：当全断面分次爆破时，周边光爆炮孔仍安排在 最后起爆。后者又称为预留托面层法或预掘导嗣法。周边先裂法，又称预裂法。其起爆顺序与周边后裂法相反，即首 先起爆周边炮孔，沿轮廓线形成一条预裂通裂缝，然后再爆掉中心岩石。 此法可大大减弱爆破地震作用。2、按爆破深度分类(1 )浅孔光爆法。这是我国采用的孔深不大于22.5m的简易光面 爆破。(2)中深孔光爆法。指孔深大于2.5m、小于56
3、m的极限深度的 深循环掘进的光面爆破。(3)特深孔光爆法，又称超深光爆法。即一次钻爆的掘进深度可达 6m以上，超过了用普通掏槽法所能达到的极限深度。同时，把已广泛应用的修边光爆称为普通光爆，把应用于交岔点岔 墩、复杂嗣室、软岩等特殊条件下质量更高的修边光爆称为特殊光爆。在我国当前的施工技术条件下，浅孔修边光爆是最常用最重要的一 种光爆。(三)光爆的原理光爆的原理经大量的试验己提出了多种，下面介绍两种。1、周边眼同时起爆。当两炮眼同时起爆后，两眼产生的压缩应力波 将在两孔中间相遇，两压缩波波峰相互迭加、汇合形成拉伸变形波，产 生拉应力，从而使炮孔间形成贯通裂缝，崩落光面层岩体、获得光爆效 果。2
4、、以静压为主的光爆原理。光爆是以静压一一爆生气体膨胀压力为主，动压一爆震冲击压缩波作用为辅。其原理：应力集中预裂效应。平等布置的两个炮眼，当一个眼先爆时，另一 个眼相当于空眼，在两眼联线上的空眼侧造成应力集中而产生预裂裂缝; 然后后一眼爆炸时，将预裂裂缝扩大、伸展、形成贯通裂缝。眼距愈小, 应力愈集中，预裂效果越好。静压拉应力作用。炮孔内的平均静压力合力，既要满足不压坏孔壁 岩体，即要小于岩体的爆破抗压强度；又要等于或略大于两炮眼联线间 岩体的抗拉强度，从而将光面层岩体崩落，获得好的光爆效果。二、光面爆破的参数（一）光面爆破炸药光爆炸药应具有的性能是：高爆力、低猛度、低爆速、低密度，起 爆容易
5、，传爆性能良好，爆轰稳定，临界直径较小（便于制成小直径药 卷作不偶合装药使用）。在无专用的光爆炸药情况下，只要注意其特点， 不要改制成过细的（直径25mm以下的）药卷，勿使用变质受潮炸药， 就能取得比较好的爆破效果。（二）不偶合系数光面爆破既要最大限度地控制和减少爆震冲击波对眼壁的龟裂粉碎 的动压作用，使之居于次要的从属地位，又要合理和最大限度利用发挥 爆生气体扩胀静压作用，使之在光爆中起主导作用。从而获得预期的理 想光爆效果。不偶合装药，即药卷直径小于炮孔直径，构成径向空气间隙，使爆 轰冲击波因径向空气缓冲大大衰减其对孔壁的动压作用。不偶合装药不 仅要有合适的不偶合系数，还要采取措施使药卷尽
6、可能居于炮孔中心或 者使药卷与孔壁的接触点，始终位于自由面一侧才能获得预期的爆破效 果。（三）光爆装药量根据围岩岩性及所使用的炸药而定。（四）光爆炮眼眼距光爆炮眼间距对光爆效果有十分重要的影响。在主导的炮眼静压应 力作用下，孔壁产生切向拉应力，在两光爆眼中心联线上，因切向拉应 力的迭加作用达到岩体的极限抗拉强度时，则形成两炮眼间的贯通裂缝。 由此可得出光爆炮眼间距E值。E值与炮孔直径成正比；对于硬脆性岩 石，E值偏大，对于软韧性岩石，E值偏小；当井巷断面有多层不同岩石 时，不仅每米装药量不同，且E值亦不同；对小断面拱形巷道拱部的光 爆炮眼，其夹制性较大，故其E值相对偏小；对于层、节理发育、构造
7、 带、松软岩层等，应适当加密眼距，或在两光爆炮眼间增打空眼导向。三、光爆炮眼的装药结构与起爆（-）光爆炮眼装药结构爆生气体充满炮眼全长的时间，必须接近于光面层岩体被破坏时间 才能收到预期效果。如果眼孔太深、爆生气体来不及充满炮孔全长时， 眼底部分岩体已被破坏而产生泄气现象，致使眼口部分岩体爆破作业下 来一一产生“挂门帘”现象。如果眼孔太浅，气体过早充击全长而大量 泄气、使光面层岩体爆不下来一一产生“打抢”现象。所以，光爆常采 用如下装药结构。1、眼底集中装药结构。炸药卷集中装于眼底、雷管置于孔底、反向 爆破；眼口用炮泥塞紧，其余炮孔为空气柱。在瓦斯矿井中，在药卷外 面应装上几节水炮泥，且眼口塞
8、泥应适当加长。根据煤矿安全规程 使用前必须编制专门的安全措施，以确保安全集中装药结构简单、可靠，为目前现场广泛应用。它适应于深度较 小的浅孔爆破，炮眼深度一般在2.5m以内。2、分段间隔装药结构。在中孔和深孔光爆中，采用分段间隔装药、 使爆生气体均匀作用于炮孔全长，收到预期光爆效果。这种分段间隔装 药结构，要注意以下几点：(1 )分段间距不大于浅孔光爆深度。(2)各药卷之间可用竹片固定并使药卷居于炮孔中心或靠进自由面 侧孔壁。(3)各段药卷间用高速导爆索引爆。瓦斯矿井中只能使用安全导爆 索，且不允许索端伸出炮眼之外。导爆索爆速一般在6000m/s左右。(4)只在眼口封泥塞150300mm即可，
9、其余为空气柱。在高瓦斯 矿井中，空气柱应改装水炮泥。3、细药卷不偶合装药。类似与分段间隔装药法，只是每段药卷增长、空气间距相对减小。其导爆效果更佳，但需要专用小直径光爆药卷。（二）光爆炮眼起爆时差周边的光爆炮眼（周边眼）最好同时起爆（用即发管），获得的巷道 周边光滑、完整，效果更住。毫秒微差起爆（用毫秒雷管）稍次。延期 时间起爆（段发雷管）最差。总之，起爆时差越小越好，一般120rns 足以保证光爆效果，采用25ms间隔的毫秒雷管即可。（三）光面爆破的起爆1、光面爆破可采用全断面一次爆破和预留光面层的二次爆破。尤其 是预留光面层。周边光爆炮眼最后起爆的方法，在目前是光爆比较可靠 的方法，特别是
10、在松软岩层等特殊工程地质条件下。2、光面爆破的电爆网路常采用串联、并联、串并联、并串联四种形 式。串联：简单方便、导线消耗少、准爆电流小。在瓦斯矿井使用放炮 器时，只能使用串联。缺点是网路上只要一个雷管发生故障而导致整个 网路拒爆。并联：亦较简单，但导线消耗多、准爆电流比串联大，易超过电源 供电能力。串并联和并串联：串并联由于将各串联组并联于母线上，要求各支 路串联的雷管数与电阻基本相同。并串联因是先并后吕，联线方式复杂、 要求高，一般很少采用。3、电爆网路的电流。使用直流电时应保证大于2A （康铜桥丝雷管） 或1.5A （镇辂桥丝雷管）。对于交流电，厂家要求最小为3.5A。（四）管道效应及其
11、控制在中深孔爆破时，对装药长度较大、径向空气间隙较大时，药卷不 能全部爆炸的现象称为管道效应或空隙效应。管道效应产生的原因主要是因药卷爆炸在径向间隙中产生的空气冲 击波速度大于爆轰波速度，药卷引爆后，很快发展到空气冲击波超前于 爆轰波阵面运动，造成空气冲击波超前压缩爆轰波阵面前方尚未爆炸反 应的炸药，使其密度增大、爆轰受阻、爆速下降；当炸药密度被压缩至 临界值以后，则爆炸反应完全停止，转发为燃烧或息爆。对于一般爆破和非周边眼爆，主要采用接近于炮孔直径的药卷，尽 量减小M （光爆合适的不偶合系数，为孔径与药径的比值）的偶合装药 （试验证明ML4时，管道效应才明显表现出来），以消除管道效应， 提高
12、爆破效果。对于光爆炮眼，则须采用不偶合装药，且通常其M1.4。其管道效 应的解决措施主要是：1、对浅孔爆破，其装药长度小于管道效应允许的引爆长度时，可采 用不偶合集中装药。2、对于中、深孔光爆，则采用分段间隔装药，每段装药长度要小于 管道效应的引爆长度、用高速导爆索引爆。（五）掏槽方式掏槽是井巷掘进的关键，也是影响光爆效果的重要因素。掏槽方法 大致分为:1、斜眼掏槽法：如楔形、锥形、扇形等。2、直眼掏槽法：如龟裂法、螺旋法、角柱法等。龟裂法又称为直线 法、裂缝法。斜眼掏槽法可充分利用自由面、炮眼少、消耗低、全断面爆破需雷 管段数较少、钻眼技术要求不甚严，易于操作掌握，故是最常用的一种 方法。斜
13、眼掏槽中较为简单可靠常用的是楔形掏槽，根据岩层情况又分 别采用水平楔形、垂直楔形、复楔形掏槽等。斜眼掏槽法是煤矿光爆锚 喷常用的掏槽方法。斜眼掏槽的缺点：主要是掏槽眼深度受到井巷断面的限制，故只适 应于深度较小的浅孔光爆，炮眼深度多限制在2.0m以内。直眼掏槽的特点是眼深不受井巷断面限制，可以进行深孔爆破，钻 眼方向平等一致，利于多台钻机作业。但其眼距小、要求高、炸药消耗 高、雷管段数多，不宜在软岩及有瓦斯煤尘爆炸危险的工作面使用。在 中深孔光爆中适宜采用直眼掏槽法。四、光面爆破的标准根据煤矿安全质量标准化标准中的规定，光爆的标准应达到下 述三项指标。1、眼痕率不少于50%。眼痕率是指周边眼留
14、有半边炮眼痕的长度（或 总个数）与周边眼的总长度（或总个数的百分比。对于整体性较好的 硬岩，眼痕率不少于50%是较容易达到的，但对于整体性较差的软岩就 不容易达到。2、超挖尺寸不得大于150mm。欠挖尺寸必须符合煤矿安全质量标 准中的规定要求。在井巷施工验收规范中对欠挖标准规定如下：立井井筒：有提升设备时欠挖应小于20mm;无提升设备时欠挖应小于 50 mm巷道高度：欠挖应小于30mm巷道宽及：主要巷道欠挖应小于20 mm; 一般巷道欠挖应小于50mmo3、岩面上不应有明显的炮震裂缝。对于非常松软、散碎的围岩，要留下50%的眼痕不容易办到，即使 留下也是短时间的，故必须及时喷射砂浆或混凝土封闭
15、保护。关键是严 格按光爆施工，即使留不下眼痕，对围岩的强度与稳定起到了保护作用。五、光面爆破施工要求实现光面爆破必须有一套科学管理办法、精心设计、认真操作、严 格管理。1、优化钻爆参数，设计切合实际的光面爆破图，编制贯彻好作业规 程。(1)施工前，技术员应根据施工图和光爆参数选择的原则，精心设 计合理的光爆图表，并在施工中及时根据岩性变化，不断修改完善光面 爆破图表。(2)设计的光爆图表中要明确规定炮眼位置、角度、装药量、装药结构、联线方式及起爆顺序。2、认真做好施工准备工作。(1)打眼前先进行敲帮问顶工作，敲掉活石，架好前探支架，刷齐 工作面。若工作面已支护好。可不架设前探支架。(2)看线、
16、定点。看准中线，量好腰线，定准拱部圆心点。使用激 光定向的井巷，利用激光标高找准拱部圆心点。(3)量尺、画眼位。按照爆破图表规定的尺寸，量出每个炮眼的位 置，并用油漆广告粉或炮泥等做好标记。最好是使用光爆炮眼布孔仪， 准确定出拱部周边光爆炮眼的位置。当岩石较坚硬时，周边眼布置在轮廊线上；反之，则布置在轮廊线 的内沿，向内不超过50mm。(4)在钎子上标定出眼深的位置，为保证同类型的眼深一致，保证 爆破效果，打眼前必须在钎子上标定出各类眼深的标记。(5)检查凿眼机的完好情况。打眼前必须检查凿眼机的风水管是否 完好、畅通，其连接头是否牢固，凿眼机的零部件是否齐全，螺丝是否 坚固，并注油试运转。若达
17、不到上述完好要求，必须进行处理，处理好 后方可打眼。3、精心钻眼。钻出的眼孔要做到准、平、直、齐。准：各炮眼准确打在点好的眼位上，上下左右的误差要控制在20mm 以内。周边眼的误差则应尽量减小。平：要求周边眼、辅助眼、掏槽眼(当采用直眼掏槽时)，要互相平行。为防止巷道超欠挖，帮眼、周边眼的外插和上爬不得超过3度；不 得向内插和下栽。直：要求上述各炮眼的方向，尤其是周边眼的方向与巷道轴线的方 向平行一致。齐：同一类型的炮眼深度要基本一致；眼底要基本位于平行于井巷 断面的同一平面上；误差要控制在50mm以内。(1)打眼。为保证打出的眼孔准、平、直、齐，打眼时点眼工必须 将钎子放在所标定的眼位上，扶
18、钎工必须严格按爆破图表规定的各类炮 眼的角度以及钎于上标定的深度进行打眼。打周边眼时，当岩石较坚硬 时，周边眼布置在轮廓线上；反之，则布置在轮廓线的内沿，向内不超 过 50mm。(2)扫孔。打完眼后，必须用高压风进行扫孔，将岩粉积水排净后 方可装药放炮。(3)现场施工中在围岩稳定正常的情况下，按爆破图表规定的爆破 参数进行施工。当围岩发生变化时，要根据现场实际情况对爆破图表的 爆破参数适当进行修改。(4)炮眼检查。打完炮眼后，要根据爆破图表规定的眼位、眼间距、 角度、深度进行检查。凡是眼位、间距、角度不合格的炮眼要重新打眼。 深度不合格的炮眼，若炮眼深度大于设计要求，眼内要垫炮泥，直到与 设计
19、的眼深一致；眼深小于设计要求的，要重新打眼至设计深度。为确保钻孔符合要求，应采取以下措施：(1 )坚持先打出高质量的导向孔并插上钎子或炮棍，作为其它各眼的导向。(2)坚持“五定”。即一定钻工、二定风钻、三定眼深和眼位、四 定孔位和人位、五定职责。(3)为减少两茬炮之间的接茬台阶,打周边眼的钎子应适当加长300 mm左右。并可将风钻偏转使用，可将接茬距控制在30 mm左右。大断面上部炮眼应采用蹬渣打眼、使用“马腿”、脚手架等，以保 证钻眼质量。4、严格管理制度，坚持钻眼工序的“五定”，坚持施工过程中的“五 不”制度。五定：定人、定钻、定眼、定位、定责。五不：没有爆破图表不定眼位、未定眼位不开钻、
20、钻孔不合格不装 药、装药不正确不起爆、爆破质量不合格不验收。六、光爆的优点光爆与普通爆破相比，具有如下四个方面的优点：1、由于光爆巷道成型规整，消除围岩凹凸处的应力集中，最大限度 地保持了围岩自身强度，从而增强了围岩自承能力，为锚喷支护提供了 基础。2、由于光爆大大地减少了掘进超挖量(一般普通爆破的超挖量为 20% -30%,而光爆的超挖量则只有4% 6%),因此可减少材料(支护 和炸药等)消耗，从而降低了成本，回忆了掘进速度。3、光爆可有效地减少岩面的危岩，使井巷围岩较为稳定，有利于施 工和安全。同时也减少了井巷的维修量，降低了井巷失修率。4、光爆消除了围岩的凹凸不平，从而减少了通风阻力和瓦
21、斯积聚， 有利于安全。第二部分锚杆及其钻孔机构一、概述锚杆是锚喷支护中锚固围岩，主要承受拉应力和剪切应力的构件。 锚杆支护就是在巷道掘进后向围岩钻锚杆眼，然后将锚杆安设在锚杆眼 内，对巷道围岩予以人工加固，加以维护。通常其一端（锚固端）设有 锚固机构，以将锚杆固定在围岩钻孔之中；另一端（锚杆尾部）装有紧 贴岩石表面紧固的托板承受围岩的荷载，并将其传递给锚杆。在锚固力 的作用下，锚固端和托板之间的围岩就处于应力之下，致使岩体摩擦阻 力增大，应力分布和应力状态改变，从而发挥和利用围岩的强度、提高 围岩的稳定性与自承能力，防止围岩产生松动塌落。锚杆的分类。根据在岩层中的锚固形式分为粘结式铀杆、摩擦胀
22、固 式锚杆、机械锚杆：按锚固范围可分为端部锚固锚杆，全长锚固式锚杆; 按受力状况可分为预应力锚杆、无预应力锚杆；按材质可分为钢锚杆、 木锚杆、竹锚杆、化学锚杆等等。全长锚固式锚杆又分为全长粘结式和摩擦胀固式锚固锚杆，前者是 通过粘结剂来取代锚固机构，锚固力向岩层传递，主要是通过粘结的形 式；而后者是向钻孔壁通过机械或者摩擦胀固等施加压力。全长粘结式 锚杆安装时一般不产生预应力。二、锚杆作用原理1、加固拱作用对于被纵横交错的弱面所切割的块状或破裂状围岩，如果及时用锚 杆加固，就能提高岩体结构纵弱面的抗剪强皮，在围岩周边一定厚度范 围内形成一个不仅能维持自身稳定，而且能防止其上部围岩移动和变形 的
23、加固拱，从而保持巷道的稳定性。在弹性体上安装具有预张力的锚杆，一方面对围岩产生压应力，增 加岩体节理裂隙面的摩擦阻力，另一方面预张力将岩块夹持在一起，能 防止岩块的相对转动滑移和裂隙的张开，保证了裂隙面间的挤压结合。 因而在弹性体内便以锚杆的锚头和拧紧部为顶点，形成算盘珠式分布的 锥形体压缩带。如将锚杆以适当间距排列，使相邻锚杆的锥形体压缩带 相重叠，便可形成连续压缩带，即岩石加固拱，它使巷道围岩由“载荷” 变成了 “承载结构”。2、悬吊作用悬吊作用是指锚杆把将要冒落的软弱岩压或危岩悬吊于上部坚固稳 定的岩体上，用锚杆来承担危岩或软弱岩层的重量。如煤巷的直接顶板 一般比较软弱，且不厚，很容易离
24、层冒落，它上面的老顶则比较坚固， 这时，锚杆可以通过直接顶板达到老顶，把直接顶锚固在老顶上。锚杆 的这种作用就象是“钉钉子”，把容易冒落的直接顶板“钉牢”在老顶上。3、组合梁作用在层状岩层的巷道顶板中，通过锚入一系列的锚杆，将锚杆长度以 内的薄层岩石锚成岩石组合梁，从而提高其承载能力。在层状顶板中安 设锚杆后，岩层由叠合梁变成组合梁，从而提高了顶板岩层的承载能力。 锚杆本身也起着抗剪销钉的作用，有效地防止了岩层的层间错动。4、围岩补强作用巷道围岩深部的岩石处于三向受压状态。靠近巷道周边的岩石则处 于二向受力状态，故易于破坏而丧失稳定性。巷道周围安设锚杆后，有 些岩石又部分地恢复了三向受力状态，
25、增大了它本身的强度。另外，锚 杆也可以增加岩层弱面的剪断阻力，使围岩不易被破坏和失稳。这就是 锚杆时围岩的补强作用。5、减小跨度作用巷道顶板打了锚杆，相当于在该处打了点柱，减少了顶板跨度，从 而增强了顶板岩石的稳定性，使岩石不易变形和破坏。6、挤压连结作用锚杆将巷道围岩锚栓挤紧，对岩石施加预应力，以平衡岩石内所产 生的张应力，阻止裂隙的继续扩大。而且对于松散的岩石能起到挤压连 结和加固作用。通过锚杆的预应力作用，可以在彼此毫无粘结力的碎石 之间产生一种侧向挤压摩擦阻力，足以支持碎石自身的重量而不会摔下 未，好象碎石间互相连结起来一样。锚杆支护的上述几项作用并非各自独立存在，往往是同时并存、互
26、为补充，只不过在不同条件下，某种支护作用占主导地位而已。三、粘结式锚杆（一）树脂锚固锚杆系统树脂锚固锚杆系统，系由锚固剂（聚乙稀类的复合薄膜卷制成胶囊 分别注入树脂、固化剂和促凝剂，严密包装在胶囊袋中，并根据需要制 成不同长度和不同直径的规格）、金属的或木制的锚杆杆体和托板组合 （金属的或木制的锚杆杆体塞入树脂胶囊中）,形成锚固系统。安装过程中，锚杆杆体起混合器的作用，锚杆旋转进入钻孔，使预 先放置于钻孔顶部的树脂胶囊被捣破，使树脂和固化剂混合起化学反应， 树脂会很快的固化，把岩石与锚杆胶结在一起，起到锚固作用，安装后 一般4 15分钟即可承受载荷。树脂锚固胶囊是由不饱和聚胺树脂、固化剂、促进
27、剂和无机填料等 按一定配比组成胶泥状粘结的锚固材料，其特点是：常温快速固化、粘 结强度高、锚固力可靠、具有抗震效应。适应于钢锚杆、木锚杆、竹锚 杆等配套使用。锚杆杆体一般采用圆钢加工而成，其锚固端压扁拧转成反麻花状， 使固化后杆体有较大的结构阻力，增强锚固的可靠性。直径1620mn 的杆体其锚固长度应为200 250mme,杆体端头横向压扁，其顶部宽度为 38mm。自杆体至端头压扁截面之间应是渐变的，以防止变化过大产生的 应力集中。杆体端头锚固部分应设置挡圈，以防止树脂外流。对沿钻孔全长锚固的锚杆，则采用螺纹钢做杆体加工。金属锚杆杆体的材质，按围岩性质、所需要的锚固力等选项用。树脂锚杆的锚固力
28、是指锚杆被拔出的最大载荷。其大小取决于锚固剂与杆体之间的粘结强度、锚固剂与锚固体（围岩、混凝土等）之间的 粘结强度、杆体本身的强度。影响树脂锚杆锚固力的因素：1、安装操作：如钻孔偏深，未锚到底：杆体丝扣破坏：搅拌时间短 混合不匀，固化不完全；搅拌时间过长，破坏已开始胶凝的固化剂分子 结构；固化剂尚未固化而发生杆体与锚固剂产生相对移动等，均将降低 锚固力、增大锚杆的移动量。2、围岩与地质条件：一般来说，岩石坚硬，与锚固剂的粘结强度高, 锚固力大，位移则小：岩石松软或节理层理发育，特别是煤层、断层破 碎带等，其锚固力则低，位移就大。3、放炮震动和低温条件：树脂锚杆半小时后，震动对锚固力无影响。 低
29、温时对固化不利。4、钻孔中有淋水、积水、特别是孔中的泥浆，会降低锚固力。5、锚孔直径与杆体直径相适应：锚孔直径应大于杆体直径412mm、 或者通过头部砸扁成麻花状，以形成需要的环形间隙。锚杆安装操作步骤：1、安装前检查锚孔深度（锚杆的眼深不应小于杆体有效长度，但也 不应超过杆体有效长度30mm;锚杆眼距误差不宜超过150mm,其钻孔 轴线应符合设计规定），锚杆眼位、眼径、眼深及布置形式应符合设计要 求。锚杆原材料型号、规格、品种，锚杆各部件质量及技术性能应符合 设计要求。检查树脂胶囊有否变质、硬化现象，遇有早固化硬结者不能 使用。2、安装前用压缩空气吹扫眼内积水和岩粉、泥浆，防止影响锚固剂 与
30、孔壁的粘结。3、树脂锚杆搅拌的工具一一钻机和连接头，必须对正中（连接头由 长0.20.3m的麻花钻杆焊上套筒或螺母构成）o4、安装时，先将胶囊送入钻孔内，再把杆体插入孔中，将胶囊徐徐 推入到孔底，然后在杆体尾部套上钻机，开动钻机撕破塑料薄膜并搅拌 （钢杆体搅拌30s左右，木杆体搅拌20S左右），在安装、搅拌过程中不 能停钻。5、杆体安装完毕后，为防止在胶凝期间杆体因自重而下滑，在取下 钻机之前可用木楔或汗石等在钻孔口楔紧杆体。6、在树脂固化程度已达到8090%的最终强度时，（一般可控制在安 装后15min）再在杆体下端安设垫板，并用30cm的扳手拧紧螺母等进行 孔口锚固。7、树脂锚杆宜存放在阴
31、凉、干燥和温度在+ 5% + 250的防火仓库 中。（二）水泥胶结锚固卷，除需放入水中浸泡时间要求在2分钟外， 其余安装与树脂锚固剂相同。（略）四、摩擦胀固式锚杆摩擦胀固式型锚杆，它是通过杆体自身被压缩、膨胀，或通过注入 高压水，或通过引爆炸药等手段，使杆体与眼壁间生产径向压力和摩擦 力，获得可靠而有效的锚固力。这种类型的锚杆，多为全长锚固式，且 又有较大的预应力和较好的滑移让压特性。其主要类型有：管缝式锚杆、 水力膨胀式管状锚杆、压缩木锚杆、液力顶板梢钉、爆固式锚杆。下面 介绍管缝式锚杆的结构特点等有关情况。1、管缝式锚杆结构特点：管缝式锚杆系由杆体、托板及环形法兰三 部分组成。锚杆杆体，由
32、低碳钢或低碳合金钢薄板，按设计尺寸冷轧压滚成开 口管状的杆体，沿管状杆体全长开有一条开缝，管的上端压成锤形体， 下端焊有一个66 8mm盘条制成的圆环，用以支锁托板，杆体壁厚2 3mm,直径3545mm,开缝宽度1015mm,安装时锚杆直径比锚孔直 径大2 4mm,当杆体被外力强压入锚孔后，杆体被迫压缩，与孔壁之间 产生径向挤压应力，使杆体牢固地胀撑在锚孔内；杆体与眼壁间产生的 摩擦力便形成为锚固力。并是沿杆体全长分布的。其主要特点：全长锚固、锚固力随支护时间增长而增大，随围岩变 形移动而增大，锚固可靠；安装方便简捷，不需任何外加的及辅助的锚 具或材料，一次楔入，易于实现机械化操作；有较大的预
33、应力和滑移让 压特性，因而有广泛的适用范围，尤其在压力、位移较大的矿山动压和 软岩井巷，有良妤的效果。但其最大缺点是，当岩层发生脱落时，则容 易失去锚固作用，随着时间的推移，容易产生疲劳失效。2、管缝式锚杆技术特性管缝式锚杆，在岩层中的锚固力基本上由三个变量来控制，即管壁 越厚锚固力越大，锚杆所用钢材的屈服应力值越高，应变越小，锚固力 越大；管缝杆体与锚孔直径差越大，其锚固力越大。改变其中任何一个 变量，都会使锚固力发生变化。在使用过程中，随着围岩的收敛变形， 锚孔被挤压缩小，将使锚固力进一步增大，并由于杆体的柔体作用，可 适应围岩的变形影响，是优于任何脆性材料的一个特点。管管缝式锚杆特性曲线
34、表明，管缝式锚杆柱位移为零时，对应为初 始锚固力。这类似于杆体的预应力，它等于或小于管缝式锚杆安装时的 楔进力。随着位移的增大，锚固力增大到某一定值，特性曲线趋于平缓 状态。这表明，随着位移的继续增大，管缝式锚杆既能保持其锚固力， 又不被拉断破坏。这就是管缝式锚杆有预应力的全长锚固、适应较大压 力位移的滑移让压特性。3、安装操作(1)测量锚孔深度，应不小于杆体总长度。(2)清理锚孔，用压缩空气或扫孔器清净眼内浮渣。(3)从杆体上端套入托板，然后将杆体锥端插入锚孔，以人力方式 或机械方式，将杆体打入锚孔，直到托板紧贴于岩面上，并产生足够的 锚固预应力。(4)向锚孔打入管缝杆体时，需要足够的撞击力
35、，打入的杆体越长,打进力相应增大，杆体轴线必须与锚孔轴线一致，防止纵向弯曲变形。打进方法有三种：人工安装：用大锤撞击杆体尾部，杆体逐渐入孔。用风钻安装：使用一内径大于杆体圆环钢筋的短套筒钎尾，用风 钻与套筒联接，然后开动风钻，通过其活塞冲击作用，逐步将锚杆锚入 钻孔。机械安装：国内采用专用的液压安装机(单体式)，美国有专用的 液压锚杆安装台车，钻孔完毕后，更换一专用的锚杆安装振动器用以撞 击安装，效果更佳。(5)安装锚杆前，必须精确确定锚孔与杆体直径。杆体直径过小， 容易打入钻孔，但损失了摩擦阻力，降低锚固力甚至失效了。杆体直径 过大，则很很难打入锚孔，撞击力过大则又产生杆体弯折，因此，必须
36、特别注意确定两者直径比例。五、机械式锚杆机械式锚杆是使用最平、结构多样的锚杆类型，基本上是属于端头 锚固的类型。其共同特点是：锚固机构主要通过一个楔子锚头系统在钻 孔中进行轴向或径向相互错动而张紧在钻孔壁上，从而锚着于岩孔壁， 达到锚固的目的。锚固机构通过摩擦连接将锚固力大都传递给岩层。一般，锚固机构 必须直接领先预应力来固定。机械式锚杆的主要类型有：涨壳式、楔缝式、倒楔式等。六、小孔径锚杆小孔径锚杆，系对常用的普通孔径锚杆而言，即钻孔直径小，锚杆 直径小。一般的普通孔径锚杆，其直径为41 45mm,相应的孔径也在 40mm以上。而小孔径锚杆直径约为23 32mm左右，钻孔直径2734mm 左
37、右。小孔径锚杆是一种新型的、先进的、并有好的技术经济指标。特点 是：安全、快速、节约钢材。符合锚喷支护的有关规定，满足矿井支护 巷道的作业要求。是一项锚喷支护方面的创新成果，正在广泛应用。我 国有两种类型的小孔径锚杆：一是村脂锚固剂小孔径药卷，二是管缝式 小孔径锚杆。（一）树脂锚固剂小孔径锚杆此种树脂锚固剂，现国内已成批生产，可生产出适合小孔径锚杆所 需要的小直径树脂药卷。如可生产直径为23mm、28mm、32mm等系列 产品。前两种分别适合于不同杆体直径锚杆、岩孔。配合低碳合金钢的 杆体，可获得足够的锚固力。（二）管缝式小孔径锚杆现也在现场实际中广泛应用。现将一个主要品种GFMG 29型管缝
38、 锚杆的主要性能介绍如下：1、普通孔径锚杆与小孔径锚杆的主要区别（1 ）普通孔径管缝锚杆杆体本身机械强度超过规范要求的强度多， 潜力甚大，直径4345mm的管缝锚杆，壁厚2.5mm,采用低碳合金钢， 其杆体破坏强度达150KN以上。本身机械强度与实际需要的锚固力不相 匹配，一般超过需要强度近1倍。（2）普通孔径锚杆，需配以直径4143mm的钻杆钻锚杆孔，其钻 进速皮平均为0.46m/min。小孔径锚杆，配以直径27mm的钻头钻锚杆孔, 其钻进速度平均为0.73m/min （均在相同的砂质页岩顶板条件下钻孔）， 后者比前者的钻进速并提高约58%。（3）此种小孔径管缝式锚杆断面系略呈椭圆形截面，安
39、装时减少一 部分杆钵与岩体摩擦阻力，便于安装。安装后杆体弹胀力有效地与孔壁 紧密接触，增强与钻孔壁的摩擦力，有效地稳固围岩。2、结构特点小孔径锚杆其结构及工作原理与普通管缝式锚杆基本相同，系由杆 体、法兰套环、托板组成。小孔径杆体是呈椭圆形截面，长轴29.5mm, 短轴28.5mm,孔径与锚杆杆体直径差2mm,杆体壁厚2.2 2.5mm,缝 槽宽度10mm,杆体长度1000mm2000mmo材质：低碳合金钢或冷压延低碳钢，托板为低碳钢冲压成扇形凸缘 面形状。3、技术性能、规格（略）4、影响锚固力的主要因素经测试、验算得知，影响锚固力的主要因紊是：孔径差，有效锚固 长度，杆体与岩体的摩擦系数，杆
40、体钢材的弹性模量（成正比关系）以 及管壁厚度与管缝宽度。管缝锚杆的锚固力并不因为管径减小而减小， 锚固力并不全取决于管径。七、锚杆的质量检验锚杆的质量检验，仅仅涉及单根锚杆的实际性能检验，即可在试验 室，也可在现场进行，但主要应以现场试验为主。试验的主要内容包括: 锚杆的最大锚固力，锚杆的锚固力特性曲绒，锚杆锚固力的大小及其随 时间的变化，震动时锚固力的影响等。锚杆施工质量，主要指单根锚杆的施工质量。必须按设计技术要求， 采用相应的检验方法，并且必须在地下施工现场进行检验。其检测程序如下：（一）确定检测的数量：巷道每30-50m,砌室每300根锚杆或300要 以下，取样不少于一组；300根以上
41、，每增加1-300根相应多取样一组。 设计或材料发生变更，应另取一组。每组不得少于3根。可使用MLJ10锚杆拉力计或MC扭力矩扳手进行抗拔力测定.（二）检查点：在检查点同一断面内的一排锚杆呈均匀取3根或3根 以上作为一组。（三）检验：检验锚杆抗拔力要做到：1）安装拉力计时，其作用线应与锚杆同心。2）缓慢均匀加压，直至压力表读数达到锚杆设计抗拔力相对应的数 值为止，或使锚杆松动为止，一般不作破坏性试验。3）接力计安装应牢靠。4）应有安全保护措施，防止拉拔装置脱落伤人。5）树脂、快硬水泥、早强水泥砂浆锚杆应在安装后28天测定抗拔力。树脂锚杆若在安装后半小时测定，应将测定什乘以1.3的系数。6）将压
42、力表读数（数显值）按以下公式换算成锚杆抗拔力：F=CPF式中：F锚杆抗拔力（N ）C-压力表与抗拔力之间相关系数，在仪器标定时确定；P压力表读数（Mpa）S锚杆拉力计千斤顶活塞面积（mrr?）（四）根据锚喷支护工程质量检测规程、煤矿井巷工程质量检验 评定标准中的有关规定进行质量评定：1）在检查点一组锚杆中，锚杆抗拔力最小值不小于设计值的90%, 该检查点合格；若最低值大于或等于设计值，该点为优良。2）所检工程所有检查点均合格，则该工程锚杆抗拔力质量合格；在 合格的基础上，其中有50%及其以上检查点符合优良规定，则该工程锚 杆抗拔力质量评为优良。八、锚杆选择原则1、技术先进、质量稳定锚杆的材质要
43、好、构造要先进，适应范围要广泛；锚固装置要适应 具体岩性和工程地质条件；锚固力要大于设计锚固力；要保证达到安全 可靠的支护目的。2、经济合理在满足技术要求的条件下，对预选锚杆的价格进行排队，选取价格 合理的锚杆，以降低工程造价，提高经济效益。3、操作简单、安装方便根据锚杆安装技术要求的高低、安装操作的难易程度，优先考虑机 械化安装，以提高安装工作效率，减轻工人的体力劳动，加快工程进度。4、货源充足、保证供应供货单位要满足施工数量的要求、运输条件要保证锚杆按时按量满 足施工的需要，确保生产的连续性。根据以上原则，结合各种锚杆的性能特点及国内实际情况，目前锚 喷支护应优先选择树脂锚杆和水泥锚杆。第
44、三部分喷射混凝土喷射混凝土是将一定配比的水泥、砂子、石子和速凝剂的拌合物， 通过混凝土喷射机，用压缩空气做动力，沿着管路压送到喷嘴处，与水 混合后，以较高的速度(30 120rn/s)喷射到岩面上凝结硬化的一种新 型支护形式。喷射混凝土，除应具有一般混凝土的要求外，还应具有特殊的性能, 如凝固速度快、吸湿性小、保水性好、早期强度增长快、体积稳定、与 围岩表面粘结力好、回弹率低、粉尘小等。根据喷射混凝土的不同喷射工艺，分为干式喷射混凝土、潮湿式喷 射混凝土、湿式喷射混凝土以及SEC喷射混凝土。根据喷射混凝土的组分不同，可分为一般喷射混凝土与纤维增强喷 射混凝土。一、喷射混凝土支护的特点与普通混凝
45、土相比，喷射混凝土在物理力学性能及围岩支护特性方 面，具有以下特点：1、混凝土以较高的速度从喷头喷向岩面，使水泥颗粒受到重复碰撞 冲击，混凝土层得到连续冲实和压密；同时，喷射工艺又允许采用较小 的水灰比（约0.45左右），因此喷射混凝土层具有良好的物理力学特性。2、喷射混凝土能随着巷道掘进及时施工，且加入了速凝剂后它的早 期强度成倍增长，能控制围岩的过度放松与松驰。3、喷射混凝土层较薄，具有较好的柔性，可以同围岩一起共同变形, 产生一定量的径向位移。喷射混凝土在技术上和经济上均比普通混凝土优越得多，概括起来 主要有以下几个方面：1、由于喷射混凝土能提高井巷围岩的自身稳定性和承载能力，并与 岩层
46、构成共同承载的整体，支护厚度可减薄一半，井巷掘进断面亦可相 应减少10%20%。2、喷射混凝土支护使混凝土的运输、浇灌、捣固等工序合为一条作 业线，免除了立模、拆模等繁琐工序，施工工艺大为简化。而且喷射混 凝土还可以用管道进行长距离输送。3、和砌硝相比，可以节约木材和钢材约40%左右，施工速度可提高 23倍，成本可降低1/31/2,工效提高3-4倍，工时减少75%-80%）。二、喷射混凝土支护的作用原理1、支撑作用由于喷射混凝土（或喷浆）具有良好的物理力学性能，特别是抗压 强度较高，可达20Mpa,因此能起到支撑地压的作用。又因其中掺有速 凝剂，使混凝土凝结快，早期强度高，紧跟掘进工作面作业，
47、起到及时 支撑围岩的作用，有效地控制了围岩的变形和破坏。2、充填作用由于混凝土的喷射速度很高，能很好地充填围岩的裂隙、节理和凹 穴的岩面。大大提高了围岩的强度。3、隔绝作用喷射混凝土层封闭了围岩表面，完全隔绝了空气、水与围岩的接触, 有效地防止了风化潮解引起的围岩破坏与剥落。同时，由于围岩裂缝中 充填了混凝土，使裂隙深处原有的充填物不致因风化作用而降低强度， 也不致因水的作用而使得原充填物流失，使围岩得以保持原有的稳定和 强度。4、转化作用高速喷射到岩面上形成混凝土层，具有很高的粘结力（粘结力一般 达700N/cm2）和较高的强度，混凝土层与围岩紧密结合，能在接合面上 传递各种应力，再加上充填
48、、隔绝作用的结果，提高了围岩的稳定性和 自身的支撑能力，因而使混凝土层与围岩形成一个共同工作的力学统一 体，具有把岩石载荷转化为岩石承载结构的作用。喷射混凝土支护作用原理的这几个方面，并非彼此独立存在，而是 互为补充、相互联系、共同作用的。三、喷射混凝土原材料、混合料及施工机具的有关规定(-)原材料1、应优先选用普通硅酸盐水泥，也可选用矿渣硅酸盐水泥，必要时 采用特种水泥。水泥标号不得低于325#,性能应符合现行水泥标准。2、应采用坚硬耐久的中砂或粗砂，细度模数宜大于2.5,含水率宜 控制在5%-7%。3、应采用坚硬耐久的卵石或碎石，粒径不宜大于15mm。当使用碱 性速凝剂时，不得使用含有活性二氧化硅的石材。