一、概述

　　錨杆是錨噴支護中錨固圍岩，主要承受拉應力和剪切應力的構件
。錨杆支護就是在巷道掘進後向圍岩鑽錨杆眼，然後将錨杆安設在錨杆眼内，對巷道圍岩予以人工加固，加以維護。通常其一端(錨固端)設有錨固機構，以将錨杆固定在圍岩鑽孔之中;另一端(錨杆尾部)裝有緊貼岩石表面緊固的托闆承受圍岩的荷載，並(bìng)将其傳遞給錨杆。在錨固力的作用下，錨固端和托闆之間的圍岩就處於(yú)應力之下，緻使岩體摩擦阻力增大，應力分布和應力狀态改變，從而發揮和利用圍岩的強度、提高圍岩的穩定性與自承能力，防止圍岩産生松動塌落。

　　錨杆的分類。根據在岩層(céng)中的錨固形式分爲粘結式鈾杆、摩擦脹固式錨杆、機械錨杆：按錨固範圍可分爲端部錨固錨杆，全長(zhǎng)錨固式錨杆;按受力狀況可分爲預應力錨杆、無預應力錨杆;按材質可分爲鋼錨杆、木錨杆、竹錨杆、化學錨杆等等。

　　全長錨固式錨杆又分爲全長粘結式和摩擦脹固式錨固錨杆，前者是通過粘結劑來取代錨固機構，錨固力向岩層(céng)傳遞，主要是通過粘結的形式;而後者是向鑽孔壁通過機械或者摩擦脹固等施加壓力。全長粘結式錨杆安裝時一般不産(chǎn)生預應力。

　　二、錨杆作用原理

　　1、加固拱作用

　　對於(yú)被縱橫交錯的弱面所切割的塊狀或破裂狀圍岩，如果及時用錨杆加固，就能提高岩體結構縱弱面的抗剪強庋，在圍岩周邊(biān)一定厚度範圍内形成一個不僅能維持自身穩定，而且能防止其上部圍岩移動和變形的加固拱，從而保持巷道的穩定性。

　　在彈性體上安裝具有預張力的錨杆，一方面對圍岩産生壓應力，增加岩體節理裂隙面的摩擦阻力，另一方面預張力将岩塊夾持在一起，能防止岩塊的相對轉動滑移和裂隙的張開，保證瞭(le)裂隙面間的擠壓結合。因而在彈性體内便以錨杆的錨頭和擰緊部爲頂點，形成算盤珠式分布的錐形體壓縮帶。如将錨杆以适當間距排列
，使相鄰錨杆的錐形體壓縮帶相重疊，便可形成連續壓縮帶，即岩石加固拱，它使巷道圍岩由“載荷”變(biàn)成瞭(le)“承載結構”。

　　2、懸吊作用

　　懸吊作用是指錨杆把将要冒落的軟弱岩壓或危岩懸吊於(yú)上部堅固穩定的岩體上，用錨杆來承擔危岩或軟弱岩層(céng)的重量。如煤巷的直接頂闆一般比較軟弱，且不厚，很容易離層(céng)冒落，它上面的老頂則比較堅固，這時，錨杆可以通過直接頂闆達到老頂，把直接頂錨固在老頂上。錨杆的這種作用就象是“釘釘子”，把容易冒落的直接頂闆“釘牢”在老頂上。

　　3、組合梁作用

　　在層狀岩層的巷道頂闆中，通過錨入一系列的錨杆，将錨杆長度以内的薄層岩石錨成岩石組合梁
，從而提高其承載能力。在層狀頂闆中安設錨杆後，岩層由疊合梁變成組合梁，從而提高瞭(le)頂闆岩層的承載能力。錨杆本身也起著(zhe)抗剪銷釘的作用，有效地防止瞭(le)岩層的層間錯動。

　　4、圍岩補強作用

　　巷道圍岩深部的岩石處於(yú)三向受壓狀态。靠近巷道周邊的岩石則處於(yú)二向受力狀态，故易於(yú)破壞而喪失穩定性。巷道周圍安設錨杆後，有些岩石又部分地恢複瞭(le)三向受力狀态，增大瞭(le)它本身的強度。另外，錨杆也可以增加岩層弱面的剪斷阻力，使圍岩不易被破壞和失穩。這就是錨杆時圍岩的補強作用。

　　5、減小跨度作用

　　巷道頂闆打瞭(le)錨杆，相當於(yú)在該處打瞭(le)點柱，減少瞭(le)頂闆跨度，從而增強瞭(le)頂闆岩石的穩定性，使岩石不易變形和破壞。

　　6、擠壓連結作用

　　錨杆将巷道圍岩錨栓擠緊，對岩石施加預應力，以平衡岩石内所産生的張應力，阻止裂隙的繼續擴大。而且對於(yú)松散的岩石能起到擠壓連結和加固作用。通過錨杆的預應力作用，可以在彼此毫無粘結力的碎石之間産生一種側(cè)向擠壓摩擦阻力，足以支持碎石自身的重量而不會摔下未，好象碎石間互相連結起來一樣。

　　錨杆支護的上述幾項作用並(bìng)非各自獨立存在，往往是同時並(bìng)存、互爲補(bǔ)充，隻不過在不同條件下，某種支護作用占主導地位而已。

　　三、 粘結式錨杆

　　(一)樹(shù)脂錨(máo)固錨(máo)杆系統

　　樹脂錨固錨杆系統
，系由錨固劑(聚乙稀類的複合薄膜卷制成膠囊分别注入樹脂、固化劑和促凝劑，嚴密包裝在膠囊袋中，並(bìng)根據需要制成不同長(zhǎng)度和不同直徑的規格)、金屬的或木制的錨杆杆體和托闆組合(金屬的或木制的錨杆杆體塞入樹脂膠囊中)，形成錨固系統。

　　安裝過程中，錨杆杆體起混合器的作用，錨杆旋轉進入鑽孔，使預先放置於(yú)鑽孔頂部的樹脂膠囊被搗(dǎo)破，使樹脂和固化劑混合起化學反應，樹脂會很快的固化，把岩石與錨杆膠結在一起，起到錨固作用，安裝後一般 4～15分鍾即可承受載荷。

　　樹脂錨固膠囊是由不飽(bǎo)和聚胺樹脂、固化劑、促進劑和無機填料等按一定配比組成膠泥狀粘結的錨固材料，其特點是：常溫快速固化、粘結強度高、錨固力可靠、具有抗震效應。适應於(yú)鋼錨杆、木錨杆、竹錨杆等配套使用。

　　錨杆杆體一般採(cǎi)用圓鋼加工而成，其錨固端壓扁擰轉成反麻花狀
，使固化後杆體有較大的結構阻力，增強錨固的可靠性。直徑16～20mn的杆體其錨固長度應爲200～250mm。杆體端頭橫向壓扁，其頂部寬度爲38mm。自杆體至端頭壓扁截面之間應是漸變(biàn)的，以防止變(biàn)化過大産生的應力集中。杆體端頭錨固部分應設置擋圈，以防止樹脂外流。

　　對沿鑽孔全長(zhǎng)錨固的錨杆，則採(cǎi)用螺紋鋼做杆體加工。

　　金屬(shǔ)錨(máo)杆杆體的材質，按圍岩性質、所需要的錨(máo)固力等選項用
。

　　樹脂錨杆的錨固力是指錨杆被拔出的最大載荷。其大小取決於(yú)錨固劑(jì)與杆體之間的粘結強度、錨固劑(jì)與錨固體(圍岩、混凝土等)之間的粘結強度、杆體本身的強度。

　　影響樹(shù)脂錨(máo)杆錨(máo)固力的因素：

　　1、安裝操作：如鑽孔偏深，未錨到底：杆體絲扣破壞：攪拌時間短混合不勻，固化不完全;攪拌時間過長(zhǎng)，破壞已開始膠凝的固化劑分子結構;固化劑尚未固化而發生杆體與錨固劑産(chǎn)生相對移動等，均将降低錨固力、增大錨杆的移動量。

　　2、圍岩與地質條件
：一般來說，岩石堅硬，與錨固劑的粘結強度高，錨固力大，位移則小：岩石松軟或節理層(céng)理發育，特别是煤層(céng)
、斷層(céng)破碎帶(dài)等，其錨固力則低，位移就大。

　　3、放炮震動(dòng)和低溫條件：樹脂錨杆半小時後，震動(dòng)對(duì)錨固力無影響。低溫時對(duì)固化不利。

　　4、鑽孔中有淋水、積(jī)水
、特别是孔中的泥漿，會(huì)降低錨固力。

　　5、錨孔直徑與杆體直徑相适應：錨孔直徑應大於(yú)杆體直徑4～12mm、或者通過(guò)頭部砸扁成麻花狀，以形成需要的環形間隙。

　　錨杆安裝操作步驟：

　　1、安裝前檢查錨孔深度(錨杆的眼深不應小於(yú)杆體有效長度，但也不應超過杆體有效長度30mm;錨杆眼距誤差不宜超過150mm，其鑽孔軸線應符合設計規定)，錨杆眼位、眼徑、眼深及布置形式應符合設計要求。錨杆原材料型号、規格、品種，錨杆各部件質量及技術性能應符合設計要求。檢查樹脂膠囊有否變(biàn)質、硬化現象，遇有早固化硬結者不能使用。

　　2、安裝前用壓縮空氣吹掃眼内積(jī)水和岩粉、泥漿，防止影響錨固劑(jì)與孔壁的粘結。

　　3、樹脂錨杆攪拌的工具——鑽機和連接頭，必須對(duì)正中(連接頭由長(zhǎng)0.2～0.3m的麻花鑽杆焊上套筒或螺母構成)。

　　4、安裝時，先将膠囊送入鑽孔内，再把杆體插入孔中，将膠囊徐徐推入到孔底，然後在杆體尾部套上鑽機，開動(dòng)鑽機撕破塑料薄膜並(bìng)攪拌(鋼杆體攪拌30S左右，木杆體攪拌20S左右)，在安裝、攪拌過程中不能停鑽。

　　5、杆體安裝完畢(bì)後(hòu)，爲防止在膠凝期間杆體因自重而下滑
，在取下鑽機之前可用木楔或矸石等在鑽孔口楔緊杆體。

　　6、在樹脂固化程度已達(dá)到80~90%的最終強度時，(一般可控制在安裝後15min)再在杆體下端安設墊闆，並(bìng)用30cm的扳手擰緊螺母等進行孔口錨固
。

　　7、樹脂錨杆宜存放在陰涼、幹(gàn)燥和溫度在+5%~+25℃的防火倉(cāng)庫中。

　　(二)水泥膠結錨固卷 ，除需放入水中浸泡時間(jiān)要求在2分鍾外，其餘安裝與樹脂錨固劑(jì)相同
。 (略)

　　四、摩擦脹固式錨杆

　　摩擦脹固式型錨杆，它是通過杆體自身被壓縮、膨脹
，或通過注入高壓水，或通過引爆炸藥等手段，使杆體與眼壁間生産(chǎn)徑向壓力和摩擦力，獲得可靠而有效的錨固力。這種類型的錨杆，多爲全長(zhǎng)錨固式，且又有較大的預應力和較好的滑移讓壓特性。其主要類型有：管縫式錨杆、水力膨脹式管狀錨杆、壓縮木錨杆、液力頂闆梢釘、爆固式錨杆。下面介紹管縫式錨杆的結構特點等有關情況。

　　1、管縫(fèng)式錨杆結構特點(diǎn)：管縫(fèng)式錨杆系由杆體、托闆及環形法蘭三部分組成。

　　錨杆杆體，由低碳鋼或低碳合金鋼薄闆，按設計尺寸冷軋壓滾成開口管狀的杆體，沿管狀杆體全長開有一條開縫，管的上端壓成錘形體，下端焊有一個φ6～8mm盤條制成的圓環，用以支鎖托闆，杆體壁厚 2～3mm，直徑35～45mm，開縫寬度10~15mm，安裝時錨杆直徑比錨孔直徑大2～4mm，當杆體被外力強壓入錨孔後，杆體被迫壓縮，與孔壁之間産(chǎn)生徑向擠壓應力，使杆體牢固地脹撐在錨孔内;杆體與眼壁間産(chǎn)生的摩擦力便形成爲錨固力。並(bìng)是沿杆體全長分布的。

　　其主要特點：全長錨固
、錨固力随支護時間增長而增大，随圍岩變形移動而增大，錨固可靠;安裝方便簡捷，不需任何外加的及輔助的錨具或材料，一次楔入，易於(yú)實現機械化操作;有較大的預應力和滑移讓壓特性，因而有廣泛的适用範圍，尤其在壓力、位移較大的礦山動壓和軟岩井巷，有良妤的效果。但其最大缺點是，當岩層發生脫落時，則容易失去錨固作用，随著(zhe)時間的推移，容易産生疲勞失效。

　　2、管縫(fèng)式錨(máo)杆技術特性

　　管縫式錨杆
，在岩層中的錨固力基本上由三個變量來控制，即管壁越厚錨固力越大，錨杆所用鋼材的屈服應力值越高，應變越小，錨固力越大;管縫杆體與錨孔直徑差越大，其錨固力越大。改變其中任何一個變量，都會使錨固力發生變化。在使用過程中，随著(zhe)圍岩的收斂變形，錨孔被擠壓縮小，将使錨固力進一步增大，並(bìng)由於杆體的柔體作用，可适應圍岩的變形影響，是優於任何脆性材料的一個特點。

　　管管縫式錨杆特性曲線表明，管縫式錨杆柱位移爲零時，對應爲初始錨固力。這類似於(yú)杆體的預應力，它等於(yú)或小於(yú)管縫式錨杆安裝時的楔進力。随著(zhe)位移的增大
，錨固力增大到某一定值，特性曲線趨於(yú)平緩狀态。這表明，随著(zhe)位移的繼續增大，管縫式錨杆既能保持其錨固力，又不被拉斷破壞。這就是管縫式錨杆有預應力的全長錨固、适應較大壓力位移的滑移讓壓特性。

　　3、安裝操作

　　(1)測(cè)量錨孔深度，應不小於(yú)杆體總長度。

　　(2)清理錨(máo)孔，用壓縮空氣或掃孔器清淨(jìng)眼内浮渣。

　　(3)從杆體上端套入托闆，然後将杆體錐端插入錨孔，以人力方式或機械方式，将杆體打入錨孔，直到托闆緊貼於(yú)岩面上，並(bìng)産生足夠的錨固預應力。

　　(4)向錨孔打入管縫杆體時，需要足夠的撞擊力，打入的杆體越長(zhǎng)，打進力相應增大，杆體軸線必須與錨孔軸線一緻，防止縱向彎曲變(biàn)形
。打進方法有三種
：

　　①人工安裝：用大錘(chuí)撞擊(jī)杆體尾部，杆體逐漸入孔。

　　②用風鑽安裝：使用一内徑大於(yú)杆體圓環鋼筋的短套筒釺尾，用風鑽與套筒聯接，然後開動風鑽，通過其活塞沖(chōng)擊作用，逐步将錨杆錨入鑽孔。

　　③機械安裝：國内採(cǎi)用專用的液壓安裝機(單體式)，美國有專用的液壓錨杆安裝台車，鑽孔完畢(bì)後，更換一專用的錨杆安裝振動器用以撞擊安裝，效果更佳。

　　(5)安裝錨杆前，必須精確(què)確(què)定錨孔與杆體直徑。杆體直徑過小，容易打入鑽孔，但損失瞭(le)摩擦阻力，降低錨固力甚至失效瞭(le)。杆體直徑過大，則很很難打入錨孔，撞擊力過大則又産生杆體彎折，因此，必須特别注意確(què)定兩者直徑比例。

　　五、機械式錨杆

　　機械式錨杆是使用最平、結構多樣的錨杆類型，基本上是屬於(yú)端頭錨固的類型。其共同特點是：錨固機構主要通過一個楔子錨頭系統在鑽孔中進行軸向或徑向相互錯動而張緊在鑽孔壁上，從而錨著(zhe)於(yú)岩孔壁，達到錨固的目的
。

　　錨固機構通過摩擦連接将錨固力大都傳(chuán)遞給岩層(céng)。一般，錨固機構必須直接領先預應力來固定。

　　機(jī)械式錨杆的主要類型有：漲殼式、楔縫(fèng)式、倒楔式等。

　　六、 小孔徑錨杆

　　小孔徑(jìng)錨杆，系對(duì)常用的普通孔徑(jìng)錨杆而言，即鑽孔直徑(jìng)小，錨杆直徑(jìng)小。一般的普通孔徑(jìng)錨杆，其直徑(jìng)爲41～45mm，相應的孔徑(jìng)也在40mm以上。而小孔徑(jìng)錨杆直徑(jìng)約爲23～32mm左右，鑽孔直徑(jìng)27～34mm左右。

　　小孔徑錨杆是一種新型的
、先進的、並(bìng)有好的技術經濟指标。特點是：安全、快速、節約鋼材。符合錨噴支護的有關規定，滿足礦井支護巷道的作業要求。是一項錨噴支護方面的創(chuàng)新成果，正在廣泛應用。我國有兩種類型的小孔徑錨杆：一是村脂錨固劑小孔徑藥卷，二是管縫式小孔徑錨杆。

　　(一)樹脂錨固劑(jì)小孔徑(jìng)錨杆

　　此種樹脂錨固劑，現國内已成批生産(chǎn)，可生産(chǎn)出适合小孔徑錨杆所需要的小直徑樹脂藥卷。如可生産(chǎn)直徑爲23mm、28mm、32mm等系列産(chǎn)品。前兩種分别适合於(yú)不同杆體直徑錨杆、岩孔。配合低碳合金鋼的杆體，可獲得足夠的錨固力。

　　(二)管縫(fèng)式小孔徑(jìng)錨杆

　　現也在現場(chǎng)實際中廣泛應用。現将一個主要品種GFMG～29型管縫(fèng)錨杆的主要性能介紹如下：

　　1、普通孔徑(jìng)錨(máo)杆與小孔徑(jìng)錨(máo)杆的主要區别

　　(1)普通孔徑管縫錨杆杆體本身機械強度超過規範要求的強度多，潛力甚大，直徑43～45mm的管縫錨杆，壁厚2.5mm，採(cǎi)用低碳合金鋼，其杆體破壞強度達(dá)150KN以上。本身機械強度與實際需要的錨固力不相匹配，一般超過需要強度近1倍。

　　(2)普通孔徑錨杆，需配以直徑41～43mm的鑽杆鑽錨杆孔，其鑽進速庋平均爲0.46m/min。小孔徑錨杆，配以直徑27mm的鑽頭鑽錨杆孔，其鑽進速度平均爲0.73m/min(均在相同的砂質頁岩頂(dǐng)闆條件下鑽孔)，後者比前者的鑽進速並(bìng)提高約58%。

　　(3)此種小孔徑管縫式錨杆斷面系略呈橢圓形截面，安裝時減少一部分杆缽(bō)與岩體摩擦阻力，便於(yú)安裝。安裝後杆體彈脹力有效地與孔壁緊密接觸，增強與鑽孔壁的摩擦力，有效地穩固圍岩。

　　2、結構特點

　　小孔徑錨杆其結構及工作原理與普通管縫(fèng)式錨杆基本相同，系由杆體、法蘭套環
、托闆組成。小孔徑杆體是呈橢圓形截面，長(zhǎng)軸29.5mm，短軸28.5mm，孔徑與錨杆杆體直徑差2mm，杆體壁厚2.2～2.5mm，縫(fèng)槽寬度10mm，杆體長(zhǎng)度1000mm~2000mm。

　　材質：低碳合金鋼(gāng)或冷壓延低碳鋼(gāng)，托闆爲低碳鋼(gāng)沖(chōng)壓成扇形凸緣面形狀。

　　3、技術(shù)性能、規(guī)格 (略)

　　4、影響(xiǎng)錨(máo)固力的主要因素

　　經測試、驗算得知，影響錨固力的主要因紊是：孔徑差，有效錨固長度，杆體與岩體的摩擦系數，杆體鋼材的彈性模量(成正比關系)以及管壁厚度與管縫寬度。管縫錨杆的錨固力並(bìng)不因爲管徑減小而減小，錨固力並(bìng)不全取決於(yú)管徑。

　　七、錨(máo)杆的質量檢(jiǎn)驗

　　錨杆的質量檢驗，僅僅涉及單根錨杆的實際性能檢驗，即可在試驗室，也可在現場(chǎng)進行，但主要應以現場(chǎng)試驗爲主。試驗的主要内容包括：錨杆的最大錨固力，錨杆的錨固力特性曲絨，錨杆錨固力的大小及其随時間的變(biàn)化，震動時錨固力的影響等。

　　錨杆施工質量，主要指單根錨杆的施工質量。必須按設計技術要求 ，採(cǎi)用相應的檢驗方法，並(bìng)且必須在地下施工現場進行檢驗。

　　其檢測程序如下：

　　(一)確(què)定檢測的數量：巷道每30-50m,硐室每300根錨杆或300要以下，取樣不少於(yú)一組;300根以上，每增加1-300根相應多取樣一組。設計或材料發生變更，應另取一組。每組不得少於(yú)3 根。

　　可使用MLJ—10錨杆拉力計(jì)或MC扭力矩扳手進行抗拔力測(cè)定.

　　(二)檢查點(diǎn)：在檢查點(diǎn)同一斷(duàn)面内的一排錨杆呈均勻取3根或3根以上作爲一組。

　　(三)檢(jiǎn)驗：檢(jiǎn)驗錨(máo)杆抗拔力要做到：

　　1)安裝拉力計(jì)時，其作用線應與錨(máo)杆同心。

　　2)緩慢均勻加壓，直至壓力表讀數達(dá)到錨杆設計抗拔力相對應的數值爲止，或使錨杆松動(dòng)爲止，一般不作破壞性試驗。

　　3)接力計(jì)安裝應(yīng)牢靠。

　　4)應有安全保護(hù)措施，防止拉拔裝置脫落傷(shāng)人。

　　5)樹脂、快硬水泥、早強水泥砂漿錨杆應在安裝後(hòu)28天測(cè)定抗拔力。樹脂錨杆若在安裝後(hòu)半小時測(cè)定，應将測(cè)定什乘以1.3的系數。

　　6)将壓力表讀(dú)數(數顯值)按以下公式換(huàn)算成錨杆抗拔力：

　　F=CPF

　　式中：F-----錨(máo)杆抗拔力(N)

　　C------壓力表與抗拔力之間相關(guān)系數，在儀器标定時確(què)定;

　　P------壓力表讀(dú)數(shù)(Mpa)

　　S-----錨杆拉力計千斤頂(dǐng)活塞面積(jī)(mm2)

　　(四)根據《錨噴支護工程質量檢測(cè)規程》、《煤礦井巷工程質量檢驗評定标準》中的有關(guān)規定進行質量評定：

　　1)在檢查點(diǎn)一組錨杆中，錨杆抗拔力最小值不小於(yú)設計值的90%，該檢查點(diǎn)合格;若最低值大於(yú)或等於(yú)設計值，該點(diǎn)爲優良。

　　2)所檢工程所有檢查點(diǎn)均合格，則該工程錨杆抗拔力質量合格;在合格的基礎(chǔ)上，其中有50%及其以上檢查點(diǎn)符合優良規定，則該工程錨杆抗拔力質量評爲優良。

　　八、錨杆選擇原則

　　1、技術(shù)先進(jìn)
、質量穩定

　　錨杆的材質要好、構造要先進，适應範圍要廣泛;錨固裝置要适應具體岩性和工程地質條件;錨固力要大於(yú)設計錨固力;要保證達(dá)到安全可靠的支護目的。

　　2、經濟合理

　　在滿足技術要求的條件下，對(duì)預選錨杆的價格進行排隊(duì)，選取價格合理的錨杆，以降低工程造價，提高經濟效益。

　　3、操作簡(jiǎn)單(dān)、安裝方便

　　根據錨杆安裝技術要求的高低、安裝操作的難易程度，優先考慮機(jī)械化安裝，以提高安裝工作效率，減輕工人的體力勞動(dòng)，加快工程進度。

　　4、貨(huò)源充足、保證供應(yīng)

　　供貨單位要滿足施工數量的要求、運輸條件要保證錨杆按時按量滿足施工的需要，確(què)保生産(chǎn)的連續性。

　　根據以上原則，結合各種錨杆的性能特點(diǎn)及國(guó)内實際情況，目前錨噴支護應優先選擇樹脂錨杆和水泥錨杆。