1、在破裂区中安装预应力锚杆时，在杆体两端将形成圆锥形分布的压应力，如果沿巷道周边布置锚杆群，只要铺杆间距足够小，各个错杆形成的压应力圆锥体将相互交错，就能在岩体中形成一个均匀的压缩带，即承压拱，这个承压拱可以承受其上部破碎岩石施加的径向荷载。在承压拱内的岩石径向及切向均受压，处于三向应力状态，其围岩强度得到提高，支撑能力也相应加大。一般不能作为准确的定量设计。 （4） 最大水平应力理论 矿井岩层的水平应力通常大于垂直应力，水平应力具有明显的方向性。在最大水平应力作用下，顶底板岩层易于发生剪切破坏，出现错动与松动而膨胀造成围岩变形，锚杆的作用即是约束其沿轴向岩层膨胀和垂直于轴向的岩层剪切错动。直观
2、性较差。第三章、锚杆钻机及支护材料一、锚杆钻机的分类：锚杆钻机按结构分为单体式、钻车式、机载式；按动力分为电动式、气动式、液压式；按破岩方式分为回转式、冲击式、冲击回转式、回转冲击式。到目前为止，我国已开发了30多种型号和不同类型的锚杆钻机，但适于井下使用且可靠性较好的只有34种产品。另外，还有许多煤矿在锚杆支护施工中大量使用的还是传统气动凿岩机与煤电钻，这不利于安全、高效作业。1、气动冲击式锚杆钻机基本情况：气动冲击式锚杆钻机基本以双级气腿式为主，因其结构较成熟，可以在坚硬岩石上钻进。尽管在某种岩石条件下的凿岩速度低于回转式，且噪声颇高，仍被相当多地应用于锚杆支护。条件限制：国产气动锚杆钻机
3、已基本能代替进口产品。但煤矿井下压缩空气系统的输送管道距离长，井下气动设备多，工作面气体工作压力偏低，常常在0.4MPa以下，使钻机性能与钻进速度都比0.63MPa压力下下降30%以上，影响锚杆孔钻进的效果，特别是在坚硬岩石与深孔作业条件下，钻进作业更加困难。2、液压锚杆钻机。基本情况:该机型输出的扭矩高于气动锚杆钻机，在某些场合下应用较好，特别是与掘进机配套是较优越的工作方式。从目前已正式投入使用的支腿式液压锚杆钻机来看，钻机输出扭矩仍然偏低，液压系统容易发热。由于以矿物油为工作介质，在煤矿井下使用中存在安全隐患。液压锚杆钻机的输出扭矩比气动锚杆钻机大，但是，有的产品扭矩值偏低，扭矩低于60
4、N.m，加上管路压力损失，井下钻进无力。有的产品液压系统温升过高，连续运转2h后系统温度升至65以上，性能急剧下降。若保持工作压力不变，转速下降率达50%以上。有的产品性能尚好，虽然液压系统温度高于65，性能下降率不到20%，但过高的温度易使工作液变质，密封件容易早期失效。3、电动锚杆钻机的输出特性较差，实际钻孔速度较低，电机可靠性及防水性能存在严重问题，尚无良好的推进方式。另外，电动锚杆钻机扭矩特性不好，有的产品过载能力不到额定值的2倍，不能满足锚杆孔钻进时需克服相当于额定扭矩2.5倍左右的阻力矩的要求，产品固有可靠性不高，因此电动锚杆钻机尚未正式在井下成批使用。与锚杆钻机配套的钻具，因破岩
5、方式不同而不同，总的来说有回转类破岩钻具、冲击类破岩钻具以及回转冲击类破岩钻具。煤矿锚杆钻机多为回转式，所以回转式钻头也比较流行。为配合推广小直径树脂锚杆，钻头采用2729mm的回转钻头，其结构类型多为两翼对称、两翼不对称和两翼连筋式，可供钻进不同性质岩石时选用。目前，硬质合金仍是钻头采用的主要材料。钻头型式与国产硬质合金片的性能，影响钻头的应用范围。目前，普通硬质合金的岩石钻头主要适用于页岩、砂页岩及部分砂岩（磨蚀性不高的砂岩），寿命为30m左右。高于常规钻头价格50%的国产优质合金钻头，可以钻进抗压强度6080MPa的中等磨蚀性岩石，寿命可达2530m.然而，相当多的生产厂家因受经济利益驱
6、动，不按标准要求组织生产，硬质合金质量低劣，工艺技术不高，产品寿命只有 1020m. 甚至5-10m.钻杆由B19或B22（少数）六角中空钢加工。经多年联合攻关，我国锚杆钻头和钻杆已能初步满足一定条件下锚杆支护的需要。二、锚杆类型1、机械式锚杆机械式锚杆是使用最早、结构多样、数量较大的锚杆主要类型。机械式锚杆的锚固机构本身是一个统一体，在安装锚杆时，锚固机构主要通过一个楔子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。锚固机构通过摩擦连接将锚固力大多传递给岩层。机械式锚杆在安装时，大多都产生预紧力。有时，甚至锚固机构必须直接依靠预紧力来固定。机械式锚杆的优点是，安装迅速，可即时达到承载力
7、，可二次张紧，某些结构的锚杆还可以回收。其缺点是，钻孔中的锚固段较短，在高应力区容易导致岩层破坏和锚固区松动；因此，它主要用于强度较高的岩层。2、管缝式锚杆 管缝式锚杆的杆体，由高强度、高弹性钢管或薄钢板卷成。沿管全长有一条开缝，管的上端是锥体，在管的下端焊有一个用钢筋制成的圆环。杆体壁厚为2-4mm、直径多为35-45mm（要求比钻孔直径大2-5mm），长度可据需要加工，一般为1.60-2.0M；开缝宽度一般10-15mm为宜。当杆体被外力强压入钻孔后，开缝管被迫压缩，与孔壁之间产生径向挤压应力，使杆体牢固的胀撑在钻孔内；杆体与孔壁间的摩擦力，便成为锚固力，并且是沿杆体全长分布的。管缝式锚杆
8、具有锚固可靠、安装方便且易于实现机械化操作；即可实现全长锚固、又有较大预应力和滑移让压特性。3、 粘结式锚杆粘结式锚杆是通过粘结剂来取代锚固机构。粘结剂注入钻孔内，凝固后可将杆体粘固在钻孔中。锚杆锚固力向岩层的传递，主要是通过粘结的形式，而不是向钻孔壁通过机械或摩擦胀固等施加的挤压力。粘结式锚杆的优点是，它能在较深的钻孔中显示出很好的粘着力，而且可以不可压缩的传递很大的力。由于它在锚固岩层时，并不产生特别的接触压力，所以对岩层强度无特殊要求，从而也可在松散岩层中成功的使用。4、高强锚杆锚杆的结构主要由螺纹钢杆体、穹形球体、塑料增压垫圈、驱动螺母、托盘和树脂药卷等组成。三、锚固剂我国煤矿中主要使
9、用的锚固剂是树脂和快硬水泥两种类型。这两种类型的锚固剂在如下几个方面的性能具有十分显著的差别。（1）固化时间超快型树脂锚固剂的凝胶（初凝）时间为0.5-1.0钟，快硬水泥锚固剂的凝胶（初凝）时间为3-5分钟。这就意味着使用树脂锚固剂更能及时地支护围岩，保证顶板安全和稳定。（2）不同时期的抗压强度超快型树脂锚固剂在锚杆安装5分钟后强度就可达到21MPa，相当其最终强度的30%左右;半小时后的强度大于35MPa。各种类型树脂锚固剂在1天后的强度便可超过60MPa，达到最终强度的80%以上。快硬水泥锚固剂的早期强度则很低，锚杆安装5分钟时强度几乎为零;半小时后的强度为4.3-4.6MPa，一小时后的
10、强度也仅为8-10MPa；7天以后抗压强度仅可达到树脂锚固剂强度的一半左右。树脂锚固剂的强度性能比快硬水泥好得多，尤其是在早期强度方面树脂锚固剂有更大的优越性。（3）锚固力树脂锚固和水泥锚固相比最大的优点是锚固力大。根据邢台矿务局葛权、东庞，邢台等矿煤巷数百根锚杆拉拔力试验对比分析，树脂锚杆的拉拔力一般比使用水泥锚固剂大2.7-4.2倍。使用CK型树脂锚固剂时，15-25分钟时的锚固力就是用水泥药卷1天后的锚固力的2.7倍左右，这对于及时加固围岩具有重要意义。（4）可靠性使用树脂锚固剂时锚杆一般使用机具安装，安装质量容易保证，所以每根树脂锚杆的锚固力通常都能达到设计能力。使用快硬水泥锚固剂的锚
11、杆安装都是手工作业，许多工序（例如浸水时间、捣固药卷等）的施工质量不好控制，很难保证锚杆安装质量。根据实测结果，水泥药卷锚固时各根锚杆的锚固力相差很大，达不到设计锚固力的锚杆往往占较大比例锚杆支护形式 ：（1）单体锚杆支护 （2）锚网支护 （3）锚梁（带）支护 （4）锚梁（带）网支护 （5）锚梁（带）网、锚索支护 （6）锚棚支护 （7）锚网、喷等联合支护。第四章、锚杆钻机操作安全技术措施（一）、基本规定1、施工锚杆眼前，必须仔细检查钻具、电缆、管路，确保完好。2、施工锚杆时必须派专人观山，且保持退路畅通，随时注意帮顶情况，支设锚杆机必须将顶锥立于实底，防止滑移，严禁将顶锥立于溜子中或其他物件上
12、。3、锚杆机右侧手把必须用6.5mm2及以上钢丝绳固定，钢丝绳的另一端必须固定在距锚杆机一定距离的锚杆托盘上，且钢丝绳两端必须用两个以上的绳卡卡死后方可使用锚杆机。4、钻眼前，要检查顶板安全情况，及时处理片帮、伞檐、活石等不安全隐患。在临时支护下施工锚杆。5、用锚杆机进行钻眼工作时，必须检查设备完好情况，并检查连接头是否牢固可靠，并注油试运转，保证钻机处于完好正常。6、操作锚杆机打锚杆时，严禁戴手套，工作服袖口必须扎好，防止钎杆转动而扭转伤人。打眼扶钻人员，要躲开眼口方向，站在钻机侧面，各操作人员要相互配合，根据岩石硬度，恰当控制锚杆机速度，以免折断钎杆或损坏其他部件伤人，当出现卡钻时，操作人
13、员要立即停钻并降下锚杆机后重新施工，严禁强行操作锚杆机。7、打眼后要做到“一净二齐”。一净：掘进工作面的锚杆机，管路撤干净。二齐：撤出的管件要盘放整齐，撤出的钻具要擦拭干净，存放整齐。8、站在高处操作时，要站在合适的位置，并要站稳，双手操作，双腿叉开，操作过程中不许移动脚步，停机后方可移动脚步。9、打锚杆操作时不许一人打锚杆，操作过程中不许参与打锚杆无关的工作。10、移锚杆机时必须将锚杆机伸缩头缩到最小位置。11、在施工锚杆操作前，锚杆杆体等物品，必须放距操作地点5M以外处。12、打锚杆时，钻杆及机身与顶板不垂直时，钻杆及机身与顶板夹角大的一侧不许站人。打完锚杆后，必须将锚杆机平放在底板，不许
14、斜放在巷道帮上或综掘机机身上。13、锚杆在操作过程中要注意打锚杆眼时卡钻形成的反扭距。（二）、操作要求一、一般规定 1、上岗前必须经过专门培训并考试合格，取得本工种岗位操作资格证。2、认真学习“作业规程”的有关内容，熟悉掌握锚杆支护施工工艺，具有一定的现场施工经验和自保、互保的意识和能力。3、掌握设备性能、结构原理、操作与维护方法及有关安全规定。4、锚杆机操作设两名司机，一名负责操作锚杆机钻机，另一名负责传递物料，司机之间要统一口令、相互配合、协调一致。5、操作锚杆钻机时，人员应站立在钻机摇臂端的外侧，注意好安全。二、准备工作 1、作业环境安全检查：由外向里、先顶后帮，认真检查工作范围的顶帮、
15、支护状况及其它安全情况，找净活矸、危岩。操作人员应穿戴整齐，扎紧袖口，其他施工人员处于安全位置。工具材料检查：（1）钎子、钻头完好，连接可靠。（2）锚杆、锚固剂的质量、规格符合“作业规程”规定。2、作业前检查：（1）接装进气、进水接头时，都应冲洗出管内砂石异物。包括压缩空气管路内的聚留水。（2）接装进气、进水接头前，所有操作阀必须都处于关闭位置。（3）按顶板高度选用合适的钻杆，钻杆过长，会使顶板孔钻不垂直；过短，会增加套钎钻杆数量，降低作业效率。（4）钻孔前，先空运转，检查马达旋转、气腿升降、水路启闭，全部正常，才能正式投入作业。三、锚杆机操作 1、 钻孔作业 （1）开眼定位时，钻杆转速不可过
16、快，气腿推力要调小一些。当钻进孔眼30mm左右时，方可逐步加快转速，加大推力，进入正常钻孔作业。（2）钻孔到位后，关闭气腿进气，调小出水量，减慢钻杆转速，使钻机靠自重平稳地带出钻杆回落。（3）套钎钻孔时，长钻杆的钻头直径宜稍小于短钻杆所有的钻头直径。2、 搅拌和安装锚杆作业 （1）单独将锚杆插入锚杆孔应能转动自如，无卡紧现象，不允许使用弯曲不直的锚杆。（2）人工用锚杆将药卷向锚杆孔内推入，并顶到位，装上搅拌套筒。（3）钻机搅拌锚杆时，钻机的转速，先以中速为宜。气腿推进时间应与锚固工艺规定的搅拌时间基本符合，使锚固剂在孔壁与锚杆之间处于最佳充盈状态，锚固效果好。 3、 搅拌时，要注意，切勿将气腿
17、一下子顶到位，然后开足马达，旋转搅拌。以防将锚固剂挤出锚固区域，影响锚固效果。四、 作业之后 1、先关水，并用水冲洗钻机外表，然后空载运转一下，达到去水防锈的目的。2、检查钻机有否损伤，螺栓有否松动，并及时处理好。3、将钻机竖直方式置于安全场所。五、安全事项 1、使用钻机前，必须检查气腿完好，禁止气腿带伤使用，如有损坏必须及时更换。2、钻孔前，必须确保在顶板与煤帮的稳定情况下，方可进行作业。3、禁止钻机平直置于地面，以防一旦通气并误操作，气腿突然伸出，会造成伤害事故。4、钻孔时，不准用手去试握钻杆，且不允许单手操作。5、钻孔时，不要一味加大气腿推力，以免降低钻孔速度，造成卡钻、断钎、崩裂刀刃等
18、事故。6、钻机回落时，手不要扶在气腿上，以防伤手。7、钻机加载和卸载时，会出现反扭矩，操作人员要合理把持摇臂，取得平衡。8、当钻机满载突停时，将产生逆转扭矩，使操作臂向某一方向摆动，操作者应采用正确的站位，以防扭伤。9.在顶板超高的情况下，不允许钻机下衬垫木料，应考虑正确调整钻杆的长短来实现。10、锚杆机打锚杆眼、退锚杆、安装锚杆、退钻机等四个关键环节，现场安检员必须全程监督，直至整棵锚杆施工结束。六、维修与保养1、主机在工作、停放和运输时，需要妥善保护，防止砸伤。2、不要随意拆卸阀件、油管接头。拆卸接头时应采取保护措施，严格防止赃物污染液压元件及液压油。3、油箱中的网式滤油器每23月清洗一次
19、。4、使用液压油时一旦发现有变质、乳化现象时，必须及时更换，严禁不同品牌的的液压油混合使用。5、钻机的保养：修理项目小修中修大修累计钻孔深度3000600012000维修人员操作人员井下电工及操作人员机修工6、常见问题及排除方法故障现象产生原因排除方法液压系统工作压力异常压力过高且调不下溢油阀出现故障，一般是油液中污染物卡主溢油阀阀芯拆洗或更换溢油阀压力太低且调上1、油阀密封件损坏或油泵出现故障。2、溢油阀处故障3、油箱内网式滤器被赃物堵塞。4、电机转速异常1、修理油泵2、拆洗溢油阀3、清洗网式滤器4、电工检查电机压力波动1、油箱油位过低2、油泵进油管路漏油3、溢油阀工作不正常1、加油到油位2
20、、加强密封3、拆洗溢油阀钻孔时卡钻1、钻头损坏2、右马达输出扭矩不足3、油压过低1、换钻头2、检修旋转机马达3、调整马达压力钻孔时不推进或转速太慢1、钻头严重磨损或损坏2、支腿密封圈损坏、推力不足3、组合阀失灵4、主杆上的控制阀阀芯卡住2、更换密封圈3、检查组合阀4、修磨阀芯，并清洗干净旋转机头运转不正常1、油马达油路堵塞2、油马达故障3、主轴水密封圈损坏、水窜入壳体4、壳体内轴承损坏1、清洗疏通2、检修马达3、更换密封圈4、更换轴承主轴窜动旋转机头主轴轴承间隙太大调整轴承间隙钻孔时钻机过分摇摆1、钻杆变形不直2、钻套磨损1、换钻杆2、换转套泵站噪声太大1、初次使用，系统中空气未排除2、油箱油
21、位太低3、油箱滤油器破损，赃物进入齿轮泵4、齿轮泵磨损1、空运转一段时间，排除系统空气2、加油3、更换滤油器4、检修油泵锚固剂安装不到位或者安装困难1、支腿推力过小2、钻机偏离钻孔3、使用了不合适的树脂药卷4、使用了不直的锚杆1、检查支腿的密封件2、将钻机对准锚杆孔或调整压力3、检查药卷是否符合要求4、换用合格是锚杆第五章、锚杆支护操作安全技术措施一、锚杆安装操作前的准备1、备齐锚杆、网、梁、锚固剂、垫片等支护材料，并检查其材料质量是否合格，严禁使用不合格、变质的支护材料。2、备齐施工机具（如风钻、煤电钻、钻杆、钻头等）并检查其完好性，严禁使用弯曲的钻杆、失爆的煤电钻等不合格规定的钻具。3、检
22、查施工所需的风、水管路及风嘴、水针，确保畅通。4、空载试运转机具，确保正常使用。5、检查控顶距及顶、帮永久支护情况，进行敲帮问顶工作。6、检查、照看施工中腰线。二、 锚杆支护工操作程序1、准备、检查支护材料、支护机具及风、水管路，处理隐患问题。2、敲帮问顶，处理活矸危岩。3、进行临时支护。4、当顶板涌水量大，锚杆无法安装时，应在与设计锚杆眼平行距设计锚杆眼300mm处重新打一个锚杆眼进行锚杆安装。5、按中、腰线标定眼位。6、钻眼。7、安装锚杆、金属网、锚梁，上垫片。8、测试锚杆锚固力，检查支设质量，对不合格的锚杆进行补支处理。9、清理现场，收拾好钻具、材料。三、锚杆支护操作安全要点1、 在支护
23、前和支护过程中要敲帮问顶，及时摘除危岩悬矸。2、严禁空顶作业。3、煤巷两帮打锚杆前用手镐刷至硬煤，并保持煤帮平整。4、 严禁使用不符合规定的支护材料。5、锚杆的直径、间距、排距、深度、方向等，必须符合作业规程规定。6、 安装锚杆时，必须使托盘（钢板、槽钢）紧贴岩面，未接触部分必须楔紧垫实，不得松动。7、 锚杆支护巷道必须配备锚杆检测工具，锚杆安装后，对每根锚杆进行预紧力检测，不合格的锚杆要立即上紧；对锚杆锚固力进行抽查，不合格的锚杆必须重新补打。8、当工作面遇断层、构造时，必须补充专门措施，加强支护。9、 要随打眼随安装锚杆。10、 锚杆的安装顺序：应从顶部向两侧进行，两帮锚杆先安装上部、后安
24、装下部。铺设金属网时，铺设顺序、搭接及联接长度要符合作业规程的规定。铺设网时要把网张紧。11、 锚杆必须按规定作拉力试验。煤巷必须进行顶板离层监测，并用记录牌板显示。12、 巷道支护高度超过2m，或在倾角较大的上下山进行支护施工，要有工作台。四、锚杆安装和联网的质量要求 1、锚固力：最低值不小于设计值的90%； 2、帮锚杆：安装牢固，托板基本密巾壁面，不松动；3、间、排距：误差-100+100mm；4、锚杆角度：锚杆方向与巷道轮廓线的角度75； 5、锚杆外露长度：有托板，露出托板50mm，无托板50mm；6、铺网质量：铺设平整，接茬符合设计，基本密贴壁面。五、锚杆施工的“五不”制度 1、巷道断
25、面不符合实际要求,危岩活石不处理,险情未排除,班组长不划眼位。2、验收员不划眼位,打眼工不打眼。3、不按规定打眼或打眼不合格,不准安装锚杆。4、锚固剂质量不合格, 不准使用。5、杆题、托盘不符合规定要求,不准使用。第六章、锚杆支护操作安全技术措施锚杆支护工岗位责任制 1、锚杆支护工必须熟悉巷道支护方式及规格，正确使用支护材料。 2、锚杆支护工要有明确的分工，也要精诚合作。 3、锚杆支护工应按要求连接网片、安装锚梁、打注锚杆和锚索。 4、锚杆支护工必须掌握钻孔的深度、垂度、角度及锚杆、锚索外露长度、锚固力、拧紧力等，各项指标符合设计要求。 5、锚杆支护工进行支护前必须严格执行敲帮问顶制度，作业过
26、程中随时注意顶帮变化，严防冒顶或片帮，坚持不违章作业，制止违章作业。对于不符合工程质量要求的坚决按规定补打或重打，直至合格为止。 6、要随时检查钻孔瓦斯涌出情况，严禁超限作业。 锚杆支护工危险源辨识 1装卸锚杆操作不规范，作业规程未对树脂药卷运送要求。 2启动前未检查锚杆机的完好或检查不到位，操作锚杆机时，没仔细观察周围环境。 3启动锚杆机前未检查水路、油路。 4未检查或检查不到位，顶板、两帮状况差。 5操作不当；掘进支护工戴手套、松散袖口、衣襟作业；液压管路接口松动或老化；锚杆机不完好；持证上岗、熟悉本岗位工作、熟练操作，锚杆钻机，锚杆钻机钻杆。 6、敲帮问顶工具不合适。 7、顶板和巷帮不完
27、好。 8、高空作业未挂保险带。 9、打眼过程中操作不当或操作人员配合不当。 10、锚杆安装质量不合格。第七章、锚杆支护操作手指口述 一、施工前安全确认内容 手指口述：安全退路畅通，确认 。顶帮活矸危岩已处理，确认 。机载临时支护支设可靠，确认 。风水管路连接可靠，确认 。锚杆钻机完好，确认 。 （二）、施工中安全确认内容眼位已确定，确认完毕。钻杆连接可靠，确认。锚杆孔深度达到要求，确认。孔壁已清洁干净，确认。垫片、螺母已上好，确认。金属网已连接好，确认完毕。 （三）、施工后安全确认内容支护质量符合要求，确认 。风水管路已关闭，确认 。钻机已放在指定位置，确认 。钻头、钻杆已收好，确认 。第八章、事故案例分析 1、事故经过： 1999年4月22日晚六点班，XX掘
