煤巷锚杆支护技术规范
——现场施工、支护施工、质量监测
一、锚杆、锚索支护施工
一）、一般规定煤巷锚杆支护施工应按掘进工作面作业规程的有关规定进行。
掘进作业规程应规定锚杆支护的内容
1、锚杆的材质、规格、间排距、安装（包括药卷的种类、数量及使用要求）、锚固力等要求；
2、锚杆的孔位、孔深和孔径应与锚杆类型、长度、直径相匹配等要求；
3、锚网的铺设与其他锚固装置连接牢固等要求；
4、支护用的作业机具型号和有关技术要求（包括喷浆机具、锚杆钻眼机具、树脂药卷搅拌机具、张拉机具等）；
5、支护工艺（包括临时支护和永久支护工序安排说明）；
6、支护质量监测技术要求（锚杆扭矩、锚杆和锚索的抗拔力检查、顶板离层监测、保护层强度检测等试验器具及各类破坏性检查的控制要求）。
二）、临时支护
锚杆支护巷道掘进工作面应采用临时支护，不应空顶作业，其临时支护形式、规格、要求等应在作业规程、措施中明确规定。
煤巷掘进过程中的临时支护，是保证安全生产，提高掘进效率的一个重要因素。临时支护方法要求其操作简单方便，安全性能可靠，才能在生产过程中才能被有效地使用。目前在生产现场经常使用的临时支护通常有以下几种：
1、点柱式安全点柱
点柱式安全点柱分为木点柱式和可伸缩式。
木点柱取材简单，直接选用圆木作为点柱，成本较低。但是移动不方便，不能随着巷高变化而变化。影响锚杆支护作业，使得作业的空间减小，不方便锚网支护施工。所以木点柱是锚杆支护工艺淘汰的临时支护方式。
可伸缩式的安全点柱有以下几种形式：金属摩擦支柱、内注式单体支柱、千斤顶式点柱。此类支护方式优于木点柱，能在一定程度上适应巷高变化。但是必须在将巷道工作面煤矸排出后才能使用，此类临时支护也不能较好地满足快速施工的需要。
2、吊环前探梁支护
吊环前探梁支护，是利用吊环安装在锚杆外露丝扣部位，前探梁贯穿在吊环中移动，从而使锚网施工操作人员在前探梁掩护下作业，操作空间宽阔。吊环前探梁支护克服了支柱笨重移动不方便的缺点，能适应巷道高度变化，同时也使锚网施工操作空间达到最大化。但存在以下不足：前探梁不能接顶，不能对顶板起直接支撑作用，仅能对跨落矸石起缓冲作用，对前探梁下工作人员不能起到本质的保护作用；上下山施工中，前探梁下蹿易造成伤人事故，故在上下山施工中也不能很好的应用。
3、掘进机机载式临时支护
利用综掘机的泵站供高压液压油，经溢流阀到操作阀，再经分流集流阀分流，控制截割臂上架体的折叠、伸缩等油缸，托住暴露的顶板，起到临时支护的作用。该临时支护存在以下问题：局部影响综掘机司机的视线；支护面积较小，不能覆盖一个循环进尺范围内顶板；使用临时支护时，截割头离迎头距离太近，造成了迎头操作空间狭窄。
三）、顶板支护
锚杆支护巷道落煤（岩）后，应及时进行顶板支护。若两帮煤体稳定，帮锚杆施工可适当滞后，滞后距离和最大空帮时间应在作业规程、措施中明确规定。
爆破或综掘机落煤后，快速将掘进工作面煤矸耙运到后方，使其达到方便锚杆安装的适当高度，创造出煤与锚索施工安装平行作业的条件，提高劳动效率。
规范对煤巷锚杆支护要求及时支护，说明了煤巷锚杆及时支护的重要性。及时支护是锚杆支护工艺技术的关键环节，通常讲的是露头就锚。
及时支护体现以下要求：
1、安全性。在循环进度范围内暴露的顶板都必须先支护好，方可再进行下一道工序的施工，以保护作业区内的人身安全；
2、保障质量。及时加固顶帮，防止出现片帮掉顶，影响锚杆安装质量，减少顶帮松动离层和围岩变形量；
3、体现重点。及时支护在生产现场落实难度较大，是现场控制的重点。特别是对于顶板、煤底、底板都松软的“三软”煤层，在巷道爆破后，待爆破的煤矸扒运其中的一部分后，具备顶板支护条件，就要进行支护。
四）、锚杆孔施工
1、顶板锚杆孔应由外向掘进工作面逐排顺序施工，每排锚杆孔宜由中间向两帮顺序施工。
顶锚杆按照逐排由外向迎头的顺序施工，可以为了保障职工的施工安全，有效的维护顶板。
每排内锚杆由中间向两帮顺序施工，可以对巷道中部变化较快的部位及时得到支护，同时避免由于钢带锚杆孔位置的积累误差导致锚杆安装的失败。同时实施快速安装工艺钻孔、搅拌、安装，应尽可能减少顶板空锚时间。
现场应杜绝采用一次性将所有钻孔打好，再一次性安装锚杆的方法施工。
2、锚杆孔实际钻孔角度相对设计角度的偏差应不大于5°。
3、锚杆孔的间排距误差应不超过100㎜。
4、锚杆孔深度误差应在0㎜～30㎜范围内。
5、锚杆孔内的煤岩粉应吹干净。
6、《煤矿井巷工程质量检验评定标准》规定：锚杆方向与井巷轮廓线（或岩层层理））角度（限值）角度≤15°。
《规范》规定“锚杆孔实际钻孔角度相对设计角度的偏差应不大于5°”于《检验评定标准》相比较为严格。
锚杆孔的间排距误差应不超过100㎜，在生产现场容易实施，部分局规定间排距误差应不超过50㎜的规定高于规范的要求。
7、关于锚杆孔的深度要求
眼孔过浅：有效锚固的范围降低，会导致锚固的深度不足，同时将会锚杆的丝扣全部暴露在外，锚杆螺母不能将托盘紧固到贴紧煤岩面。（锚固杆体的丝扣加工的长度为90mm，眼孔的深度超过标准的30mm后，会导致锚杆的丝扣外露小于60mm，螺母外露丝扣不足20mm。）
眼孔过深：锚固剂被顶入眼底，部分锚固剂不参与支护，锚固长度降低，降低了支护的效果。
现场眼深的控制方法主要采用定长的钎子进行钻眼。
巷道帮部、特别是巷道的底角锚杆孔可采用压风扫眼进行清除岩沫和水分，保持锚固剂与锚杆眼孔亲密结合。现场常用清孔器，利用压缩空气将杂物吹出眼内。
五）、锚杆安装
1、锚杆安装应优先采用快速安装工艺。
使用销钉式力矩螺母或尼龙衬垫力矩螺母，利用锚杆机扭矩将销钉切断并上紧螺母，实现锚、安一体化。
实施过程：先打一个锚杆眼→铺网→上钢带→上托盘→装锚固剂→搅拌(锚固剂初凝)→上紧螺母→对准锚带控制孔打下一个锚杆眼→装锚固剂→搅拌(锚固剂初凝)→上紧螺母。
根据测算使用快速安装螺母比使用普通螺母施工效率可提高1/3上，缩短了掘进循环时间，加快了施工速度，效益显著。
产品类型和技术参数
类型 特性 凝胶时间/s 等待时间/s 参考搅拌时间（s） 颜色标识 CK 超快 8～40 8～15 8～15 红 K 快速 41～90 90～180 15～25 蓝 Z 中速 91～180 480 25～35 白 2、锚固剂使用前应进行检查，不应使用过期、硬结、破裂等变质失效的锚固剂。
3、当使用两卷以上不同型号的树脂锚固剂时，应按锚固剂凝固速度先快后慢的顺序，将锚固剂依次放入钻孔中，先将锚固剂推到孔底，再启动锚杆钻机搅拌树脂锚固剂。
锚固剂必须符合树脂锚杆“锚固剂MT146.1-2002”的标准要求。
现场控制和杜绝变质失效锚固剂的途径：
1）、先进先出的原则；
2）、存放环境杜绝水分影响；
3）、控制码放高度，防止挤压变形；
4）、综掘机作业工作面杜绝油脂影响因素。
当使用两种胶凝速度的树脂药卷时，应将胶凝速度快的放在前面，胶凝速度慢的放在后面。尽量使得两种不同型号的树脂药卷的搅拌安装时间取较长的一种。每个锚杆眼中不得应用两卷及以上的双速药卷。
锚杆安装过程中应严格按树脂药卷说明书上规定的搅拌、等待时间等安装方法操作，向眼孔中送树脂药卷时，应轻轻将药卷试送到孔中。应将树脂药卷缓慢匀速地推到眼底后，方可转动机械边旋转边匀速上推。
4、螺母应采用机械设备紧固，需要二次紧固时，其扭矩或预紧力大小、紧固时间应在作业规程、措施中明确规定。
现场由于爆破、掘进工作面前移等因素的影响。经常出现这种情形：不论应用锚杆钻机或气扳机对锚杆螺母实施的扭矩多大，不论锚索张拉力多大，经过一段时间后，锚杆螺母扭矩和锚索托板的锚托力都经过一个急速下降期、快速承载期和缓慢承载期的过程，甚至有的锚杆的锚托力、螺母扭矩会下降到零。
为了防止锚杆、锚索的锚托力在急速下降期带来的被动承载，在煤巷锚杆支护设计时，给出锚杆螺母的二次紧固、锚索的二次张拉的明确时间和指标。设计时，一方面应考虑到给锚杆、锚索一定的变形、稳定时间，另一方面在不让锚杆、锚索的锚托力下降到最低点且具有一定锚托力的情况下，适时进行锚杆螺母的二次紧固、锚索的二次张拉，以保证锚杆、锚索自安装后自始至终都有适当的锚托力。补强的强度必须高于初期强度。图中的S1、S1’是没有采取补强措施的锚杆、锚索锚托力变化曲线；S2、S2’是采取补强措施的锚杆、锚索锚托力变化曲线。
紧固锚杆可以选用静止扭矩不小于1000N·m的锚杆安装机（风炮、气板机），应杜绝人工紧固锚杆螺母。
5、螺母安装达到规定预紧力矩后，一般不得将螺母卸下重新安装。
6、托板应紧贴钢带、网或巷道围岩表面，当锚杆与巷道的周边不垂直时应使用异型托板。
螺母安装达到规定预紧力矩后，螺母卸下重新安装时，从微观上观察，其控制的区域顶板会发生一定的位移，造成应力的重新分布；松软的顶板围岩往往会导致再次安装螺母失败。
锚杆与巷道的表面不垂直，普通的锚杆托盘对锚杆起剪切作用，导致锚杆断裂。
异型托盘能保证锚杆托盘与围岩壁、锚杆螺母与锚杆托盘紧贴，改善锚杆托盘和杆体的受力状态，实现锚杆杆体及其构件在结构上达到合理匹配的目的。
同时现场施工的锚杆杆体使用该异型托盘后，能达到设计极限载荷受力要求。将锚杆的锚固力完全转化为对托盘的压力，解决了锚杆螺母与托盘对锚杆的剪切破坏的问题，避免了锚杆的断裂破坏。
7、锚杆托板与螺母之间宜使用减摩垫圈。8、网的规格、联网方式及参数应在规程中明确规定。
一般认为，锚杆的预紧力与螺母安装扭矩有密切的关系，可以用以下表达式表示：
P0=kM
其中：预紧力：P0
螺母扭矩：M
比例系数：k
预紧力P0与螺母扭矩M成正比关系。影响k值的关键因素有螺母与螺纹段间摩擦系数，摩擦系数越大，k值越小；螺母、垫圈端面间摩擦系数越小，k值越大；锚杆直径的影响，锚杆越粗，k值越小。所以提高预应力途径必须一是提高螺母扭矩M，二是提高比例系数k。
为了减少螺母与托板之间的摩擦力，以便锚杆安装扭矩最大限度的转化为预紧力、增大锚杆的初锚力，锚杆托板与螺母之间宜使用减摩垫圈。减摩垫圈应具有可塑性、适应性能好，其孔径与托盘眼孔一致，厚度3～5mm。
螺母安装扭矩由锚杆机具输出扭矩决定的，是影响预紧力的关键因素。国外常采用锚杆台车、掘锚机组等钻机提供的400～500N·m的扭矩，来保证锚杆高预紧力。但是国内的单体锚杆钻机，输出扭矩仅仅为100～150N·m，顶推力10kN，无法实现锚杆高预紧力。
当前采用的单体锚杆钻机提高预紧力应该采取以下的途径：
1）、提高螺纹加工精度等级，减少摩擦阻力和摩擦扭矩；采用油脂对螺纹部进行润滑，减少摩擦阻力。
2）、减小螺母、垫圈端面间摩擦系数。即采用高效减摩垫圈，减少螺母、垫圈和托盘之间的摩擦阻力和摩擦扭矩。在螺母与托板之间加金属垫圈和塑料垫圈，可减少摩擦阻力。而且塑料减摩垫圈的材质起着关键作用，一般应根据所要达到的扭矩对材质进行设计，当锚杆钻机提供的扭矩达到设计的要求后，将减摩垫圈均匀地挤压变形，从外观上也可以直接显示出锚杆螺母的扭矩达到设计要求。
六）、锚索施工1、采用锚索钻机或锚杆钻机钻孔。
2、锚索孔深度误差应不大于100mm。
3、锚索宜垂直于顶板或巷道轮廓线布置，实际钻孔角度与设计角度的误差不大于10°。4、锚索间排距误差不大于100mm。5、安装锚索应优先使用电动或气动张拉机具，不宜使用手动式张拉机具。
规范与《评定标准》的要求对比：
1）、锚索孔深度误差应不大于100mm。
2）、规定要求严于《煤矿井巷工程质量检验评定标准》规定。《质量检验评定标准》规定的允许偏差项目中，孔深允许偏差0～＋200mm。本规范规定较为严格。
3）、锚索宜垂直于顶板或巷道轮廓线布置，实际钻孔角度与设计角度的误差不大于10°。
检验方法：用插杆和半圆仪测定实际钻孔方位角与设计钻孔方位角之差值。
4）、《评定标准》锚索钻孔方向应符合以下规定：合格：钻孔轴线与设计轴线的偏差角不应大于3°；优良：钻孔轴线与设计轴线的偏差角不应大于2°。按照评定标准在现场按照标准实施难度较大。
5）、安装锚索应优先使用电动或气动张拉机具，不宜使用手动式张拉机具。出发点是为了提高劳动效率，减轻职工的劳动强度，减少人为作用降低锚索的预紧力。
6、安装锚索时，钢绞线应推到孔底，安装后外露钢绞线长度不宜超过300mm。
《评定标准》规定的锚索外露长度≤100mm。规范规定外露钢绞线长度不宜超过300mm是指眼口外露的钢绞线部分，考虑到锁具、托板等厚度的影响，并考虑到张拉机具千斤顶的抱卡长度一般为120～130mm。事实上外露的长度在150mm～200mm为宜，不影响行人等影响一般不强制的予以切割。
7、锚索施工后，应及时对锚索进行检查，锚索预紧力的最低值应不小于设计预紧力的90%。发现工作载荷低于预紧力时应及时进行二次张拉。
施工中逐根检查，按张拉设备上的压力仪表读数做好施工检查记录。施工后采用敲击、观看等方法抽查，或直接采用张拉机具抽查，及时进行二次张拉。
8、锚索钻孔中有淋水时，应采用补强措施。
1）、采用超前钻孔放水；
2）、加大锚索密度，加长锚索的锚固距离；
3）、在遇到淋水岩层时，可根据经验适当加大用量，达到设计锚固力。
七）、其它施工要求
1、锚杆支护作业时，如遇复杂地段，应停止作业、分析原因，采取措施后方可施工。
2、复杂地段应优先选用锚杆、锚索、锚注等支护形式进行支护，并适当加大支护密度，必要时应采用金属支架、支柱等进行加固。（复杂地段指：断层、向（背）斜的轴心、破碎顶板、富水破碎围岩、交岔点、大断面切眼。）
3、对失效、松动等不合格的锚杆、锚索应及时补打或紧固。
4、采用锚杆支护的煤层巷道，应备有一定数量的其它支护材料作防范措施。（其它支护材料指：一般指架棚支护的材料，如架棚、背帮材料等。）
5、任何煤巷作业地点，作为永久支护的锚杆、锚索、钢带、金属网等不应作为起吊设备或悬挂其他重物。
八）、喷射混凝土施工
1、喷射混凝土的施工应按GB50086-2001的规定执行。
2、为防止混凝土的塑性收缩和龟裂，可选用聚丙烯腈纤维喷射混凝土。
聚丙烯腈纤维喷射混凝土作用：
?1）、抗裂作用：可控制早龄水泥混凝土和砂浆塑性收缩裂缝。它作为次要加筋材料，既可阻止硬化水泥混凝土和沙浆的温度和收缩裂缝，又可阻止面层或板式结构的非结构裂缝；???2）、抗渗（冻）作用：可提高水泥凝土的抗渗性和抗冻性；???3）、增韧作用：增强水泥混凝土的弯曲韧性、抗冲击和抗疲劳性能；???4）、粘结作用：提高水泥混凝土拌合物的粘结性，可以减少喷射混凝土的回弹率。
水泥砂浆的最大塑性收缩力约为28.5N，最大塑性收缩开裂应力约为0.0032MPa；未经改性处理的聚丙烯纤维对水泥砂浆塑性收缩应力影响较小；塑性减裂作用较小；而改性聚丙烯纤维可使其塑性减裂作用明显增加对水泥基材料的塑性减裂作用
二、煤巷锚杆支护监测
一）、煤巷锚杆支护监测
煤巷锚杆支护监测分为综合监测和日常监测两种。
综合监测的目的是验证或修正锚杆支护初始设计，评价和调整支护设计；
日常监测的目的是及时发现异常情况，采取必要措施，保证巷道安全。
二）、监测内容
综合监测的主要内容为巷道表面和深部位移、顶板离层、锚杆（锚索）受力状况；日常监测主要内容为顶板离层观测。
1、巷道围岩变形观测
主要目的是掌握巷道开挖后不同阶段巷道变形及断面的收敛情况，为准确评价支护效果提供量化指标。
2、顶板离层观测
目的是对较大范围可能出现的顶板松动离层情况进行连续直观的监测，便于及时发现异常情况，采取相应措施。
影响锚杆支护巷道顶板离层的主要因素：
1）、地应力；
2）、围岩力学性质；
3）、顶板岩层结构；
锚杆支护参数；在一定的围岩条件下，锚杆的密度、直径、长度、锚固长度增加，锚杆预紧力加大，顶板下沉量都有不同程度的减小，在设计中要综合考虑支护成本和支护效果，最大程度地满足技术和经济双方面的要求。
4）、巷道断面；
5）、采动影响。
日常监测应符合以下规定：
1）、根据围岩条件多长距离安设1个顶板离层指示仪；
2）、地质条件发生变化时，根据条件调整顶板离层指示仪的间距；3）、交岔点增设顶板离层指示仪；复杂地段安设顶板离层指示仪
4）、测站分布绘图标明，每个测站都应设定专门的编号，以便读数和记录；
5）、掘进施工单位指派专人对一定范围的顶板离层指示仪进行观测和记录。
3、深部围岩位移观测
目的是掌握顶、帮煤(岩)体的变形及松动情况，以便了解巷道变形特征，分析其巷道围岩失稳模式提供依据。
4、锚杆受力观测
主要目的是为评价支护参数是否合理，掌握不同时期顶、帮锚杆随围岩变形的受力变化情况，以及随时掌握工程质量状况提供依据。
5、锚杆锚固力矩检测
目的是随时掌握锚杆预紧力是否达到设计要求，以保证锚杆支护系统的作用。
三）、测站安设每条锚杆支护煤巷应安设综合监测测站；每间隔一定距离安设一个顶板离层指示仪进行日常监测。当围岩地质和生产条件发生显著变化时，应增减测站和顶板离层指示仪的数目；复杂地段必须安设顶板离层指示仪。顶板离层指示仪安设时应紧跟掘进工作面。
综合监测应符合以下规定：
1、综合监测方案由各矿生产技术科制定并组织实施；
2、监测人员应对综合监测内容全面掌握；
3、每条锚杆支护巷道应根据其围岩条件和长度设计一定数量的测站。当巷道尺寸和掘进工艺改变，或观察到围岩地质条件发生变化时，应根据变化情况增加测站数；
四）、绘制测站位置和仪器分布图
应绘制每个测站的位置和仪器分布图，测站的监测仪器应专门编号，以便测读时识别。
五）、观测频度
距掘进工作面50m内和回采工作面100m内观测频度每天应不少于一次。在此范围以外，除非离层有明显增长，顶板离层仪的观测频度可为每周一次。
六）、综合监测1、巷道表面位移监测
1）、巷道表面位移监测内容包括顶底板相对移近量、顶板下沉量、底鼓量、两帮相对移近量和巷帮位移量。2）、一般采用十字布点法安设测站，每个测站应安设两个监测断面，基点应安设牢固。3）、巷道深部位移观测范围不小于巷道跨度的1.5倍，孔内测点数不少于4个。
测点布置
1）、每组测点包括4个点：顶板、底板和两帮。测点布置时，保证顶底测点连线与两帮测点连线垂直。
2）、帮部及顶部测点采用打短锚杆的方式布设，顶部及帮部锚杆打入巷道围岩不小于1000mm，采用1卷K2540树脂锚固剂端头锚固。顶板和两帮测点锚杆外露长度不小于220mm（按设计毛断面施工时），底部测点采用Φ16L1900布设，采用1卷K2350树脂锚固剂端头锚固。锚杆打入底板后外露长度不小于550m，以保证铺轨后测点的定位。
3）、测点布设后应作好记号，记录与巷道特征点的距离并编号，并在施工中注意保护，以确保测量数据的准确性和可靠性。
测量仪器及方法
用钢卷尺和塔尺分别测量各测点到基准点的距离，两测点相邻两次测试数据的差值即为两点相对移近，以此累加相邻两次测试数据的差值即可得两点相对总移近量，测量精度0.1mm。
观测时间及数据处理
巷道刚掘进时，每天都必须进行日常观测。每次观测数据需要做好记录表，及时整理，并根据观测结果提出相关建议。每天观测记录及分析应及时上报有关人员。
围岩深部位移观测
测站布置
围岩深部位移测量主要是监测巷道在掘进和受采动影响的整个服务期间内深部围岩变形随时间的变化情况。
围岩深部位移测量的目的是：
1)、了解巷道围岩各部分不同深度的位移，岩层弱化和破坏的范围（离层情况、塑性区、破碎区的分布等）；
2）、判断锚杆与围岩之间是否发生脱离，锚杆应变是否超过极限应变量；
3）、为修改锚杆支护设计提供依据。
4）、根据量测需要，可每隔50m布置一个深部位移测站。
5）、每个测站中钻孔深度为8m，共布置3个钻孔（顶和两帮），每个钻孔内布置不低于4个测点，一个测点安装一个孔内固定器，从巷道表面开始，每1m布置一个测点。
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