30 45.3 60.4
若锚杆仅受拉伸，屈服与拉断载荷294.5 kN、392.7 kN
二、锚杆支护存在的问题
杆体受力状态分析–数值模拟
杆体拉剪组合等效应力
杆体拉弯剪组合等效应力
二、锚杆支护存在的问题
杆体受力状态分析–数值模拟
杆体拉弯扭组合等效应力
杆体拉弯剪扭组合等效应力
二、锚杆支护存在的问题
螺纹受力–拉扭组合
F=80kN，T=160N.m
二、锚杆支护存在的问题
螺纹受力–拉扭弯组合
1°
5°
10°
拉力=80kN、扭矩=160N.m
二、锚杆支护存在的问题
螺纹受力–拉扭弯剪组合
同 向
异 向
二、锚杆支护存在的问题
锚杆杆体破断的原因
托板与调心球垫尺寸不合理、加
工粗糙、配合性差，球垫不起调
动影响加剧，锚杆支护出现了一些问题。
二、锚杆支护存在的问题
1、煤矿顶板事故
近几年来，顶板事故成为煤矿第一大事故； 2012年煤矿死亡事故起数779起，死亡人数1384人，顶板
事故起数366起，死亡人数459人，占47%、33.2%。
所有制 事故起数 死亡人数 比例/%
乡镇煤矿
259
313 70.8/68.2
巷道支护效果差会导致：
对于围岩
原巷道断面
巷道变形大，断面不能 满足生产要求；
发生冒顶、片帮，出现 安全事故。
对于支护体
顶板下沉
1.5m
煤帮挤出
现巷道断面
巷道大变形
支护体受力很小，随围岩一起位移； 支护体破坏、失效。
二、锚杆支护存在的问题
巷道支护效果差的原因 对围岩地质条件及变化认识不清； 支护设计不合理； 支护材料质量不合格； 施工质量不满足设计要求； 矿压监测不及时，不能及早发现问题。
408
7
20
510
7
22
607
7
28.6
900
7
一、煤矿锚杆支护技术现状
应用情况
高强度锚杆支护技术得到推广应用，小孔径锚索支 护加固技术大面积应用；
一些矿区达到90%，很多矿区达到70%； 破碎煤岩体注浆加固； 实现高产高效必不可少的关键技术。 但是，随着开采深度增加，地质条件的复杂化，采
国有地方煤矿 54
75
14.7/16.3
国有重点煤矿 53
71
14.5/15.5
掘进工作面与巷道是顶板事故多发地点。
二、锚杆支护存在的问题
2、顶板冒落原因与分类
地质原因 煤岩体岩性 煤岩体结构 应力主导型 支护原因 支护设计不合理 支护材料不合格 施工质量不合格
顶板垮落
二、锚杆支护存在的问题
大部分从球形垫圈与托 板之间弯曲破断。
二、锚杆支护存在的问题 杆体破断
大部分从锚固与未锚段的分界面破断
二、锚杆支护存在的问题
锚杆杆体破断的原因
井下锚杆与巷道表面不垂直， 不是理想拉伸。杆体受拉、弯 、剪与扭复合应力。杆体承受 过高弯矩及弯曲应力易破断。
受拉、弯、扭、剪切
i 4dPt232dM 3 2768M dt32
二、锚杆支护存在的问题
锚杆破断的受力原因––尾部受力复杂

B
o
o2 o1
x1
Δx
x2
α x
tan bW W
yFKb S' y
锚杆尾部屈服与破断载荷
α/°
5
10
15
20
Fs/kN Fb/kN
160.9 214.5
109.9 146.6
82.9 110.5
65.9 87.9
25 54.1 72.1
B500
500
B600 18-25 600
B700
700
670 780 18-25 60-160 850
一、煤矿锚杆支护技术现状
小孔径树脂锚固锚索
1×19结构，断面更加合理 拉断载荷显著提高，最大900kN 延伸率提高1倍
1×19结构锚索及断面
公称直径/mm 拉断载荷/kN 伸长率()/%
18
低强度
高强度 高预应力 高强度
14-20 18-22 20-25
50-120 120-200 200-400
预应力 /kN
0-10 10-20
60-120
锚固方式
端部锚固 端锚、加长锚固 加长、全长预应力锚固
一、煤矿锚杆支护技术现状
对锚杆支护作用的新认识
锚杆支护的本质作用与关键参数
围岩变形形式：不连续、 不协调变形；连续、整 体变形。锚杆主要对前 者起作用
锚杆预应力及扩散起关键作用： 大幅提高预应力，并实现有效 扩散，可抑制围岩不连续、不 协调变形
不连续、不协调变形
连续变形
一、煤矿锚杆支护技术现状
形成基于地质力学测试、以锚固与注浆加固为核心的煤
矿巷道支护成套技术。
巷道围岩地质力学 测试方法与仪器 1
基于地质力学测试 的动态信息设计法
2
高预力强力锚 杆支护系列材
料与构件
高预应力强力锚杆 高预应3 力支施护工系列材料与构件
机具与工
巷道矿压与 安全监测仪器 6
4
破碎煤岩体 系列注浆材料
5
高预应力施工 机具与工艺
一、煤矿锚杆支护技术现状
高强度锚杆
高强度、高延伸率、高冲击韧性锚杆。
强力锚杆杆体
牌号
直径 屈服强度 抗拉强度 伸长率 冲击
/mm /MPa
/MPa
/% 吸收功/J
煤矿巷道锚杆支护现状和存在若干问题
提纲
一、煤矿锚杆支护技术现状 二、锚杆支护存在的问题 三、解决途径 四、应用实例 五、展望
一、煤矿锚杆支护技术现状
煤矿巷道锚杆支护发展过程
低强度锚杆
早期适用于简 单条件(5%)
高强度锚杆
显著提高了锚 杆支护效果
高预应力强力锚杆
解决复杂巷道支 护难题
锚杆类型 直径/mm 拉断载荷/kN
二、锚杆支护存在的问题
3、锚杆支护构件 锚杆杆体
杆体破断。原材料力学性能不满足设计要求，屈服、拉 断强度低，冲击吸收功小，延伸率低。
杆尾螺纹破断。螺纹精度、强度、尺寸不满足要求，受 力状况差。
螺纹、螺母拉脱。螺纹、螺母强度、尺寸不合要求。 杆体剪断。杆体抗剪能力不够。
二、锚杆支护存在的问题
锚杆杆体破断部位
有4个部位易破断：2个在锚 杆尾部；2个在中部。
螺纹段与球垫接触部位。 杆尾与钻孔口接触部位。 锚固与非锚固的交界面。 杆体与结构面相交部位。
1
4
树 脂 锚 固 剂
2
3
金 属 网
钢 带
托 板
减 摩 垫 片
螺 纹 钢 锚 杆
扭 矩 螺 母
锚杆支护构件
二、锚杆支护存在的问题 杆尾螺纹破断
心作用。球垫卡住螺纹，施加很
f
' 1
f
' 2
f2
N '2
大侧向力，引起螺纹受极大弯曲
N1'
θ N1 N2
f1
应力是尾部断裂主要原因。
Ft
F
中部断裂主要出现在锚固分界面，
受力状态复杂，弯、剪应力大。