锚杆支护原理、类型、设计 (1)

第九章 巷道锚杆支护 第一节 简介

第二节 锚杆支护原理 第三节 锚杆支护类型 第四节 锚杆支护设计

第一节 简 介国外： 1912年煤矿开始使用锚杆支护； 1940-50,机械涨壳式锚杆应用广泛；

70-80,砂浆、树脂、管缝式锚杆； 90年代，树脂锚杆占据了市场。 国外锚杆支护的发展方向为：提高锚杆的锚固 力，并使其得到充分发挥，扩大锚杆支护应用 范围，提高锚杆支护效率。

第一节 简 介我国： 1956年煤矿开始使用锚杆支护； 60年代进入采区； 70-90年代发展缓慢。 95年，新掘巷道中28.9%,其中岩巷57.2%,半煤 岩30.07%,煤巷15.15%。 近十年，高速发展时期。 “锚注”研制成功。“预应力”高强锚杆。高阻 让压锚杆。

第二节 锚杆支护机理 一、锚杆作用机理 二、锚喷作用机理 三、锚梁作用机理 四、锚杆桁架作用机理 五、锚索作用机理 六、锚注作用机理

第二节 锚杆支护机理 锚杆支护的作用机理尚在探讨之中。目前 己提出的观点较多，其中影响较大的有悬 吊作用、组合梁(拱)作用、加固(提高C、φ 值)作用等几种。这几种观点都是以围岩状 态和利用锚杆杆体受拉(力)为前提来解释锚 杆支护护作用机理的，因此，围岩状态及 锚杆受拉力这两个前提的客观性是判定上 述理论正确性的标准。

一、锚杆作用机理 (一)悬吊作用 (二)组合梁作用 (三)挤压加固作用 (四)围岩强度强化理论 (五)最大水平主应力作用 (六)减跨作用 (七)松动圈理论 (八)关键承载圈理论

(一)悬吊作用

(一)悬吊作用

(一)悬吊作用 1952-1962年，Louis A, Pane K经过理论分析及 实验室和现场测试，提出锚杆杆作用机理是将直 接顶板悬吊到坚硬岩层上(如图4-1)。 例如，在缓倾斜煤层中锚杆的悬吊作用就是锚杆 将下部不稳定的岩层(直接顶或块状结构中不稳固 的岩块)悬吊在上部稳固的岩层上，阻止岩块或岩 层的垮落。 锚杆所受的拉力来自被悬吊的岩层重量，并据此 设计锚杆支护参数。

(一)悬吊作用 这一理论提出的较早，只有满足其前提条件时， 才有一定的实用价值。 在我国，由于锚杆长度一般都在1.6-2.2m之间， 当破碎带较大超过其锚杆长度时，采用悬吊理论 无法设计支护参数，而且大量的工程实践证明， 即使巷道上部没有稳固的岩层，锚杆也能发挥其 作用。 例如，在全煤巷道中，锚杆锚固在煤层中也能起 到支护的作用，这从一个侧面说明悬吊理论在应 用中的局限性。

(一)悬吊作用 由于锚杆支护的主要对象不是破碎带

内岩 石的重量(自重),而是破碎带产生和发展过 程中的碎胀变形力，而后者碎胀变形力远 大于前者破碎带内岩石的自重。

(一)悬吊作用 软弱围岩中，

锚杆的作用是将直接顶板的破碎岩石悬吊在 其上部部的自然平衡拱 上，拱高可采用普氏的 压力拱理论估算。

(二)组合梁作用

(二)组合梁作用 为了解决悬吊理论的局限性，1952年德国 Jacobio等在层状地层中提出了组合梁理论。 该理论认为：在没有稳固岩层提供悬吊支 点的薄层状岩层中，可利用锚杆的拉力将 层状地层组合起来形成组合梁结构进行支 护护，这就是所谓的锚杆组合梁作用(如图 4-2)。

(二)组合梁作用组合梁作用的本质 在于通过锚杆的预拉应力将原视为叠合梁(板)的 岩层挤紧，增大岩层间的摩擦力； 同时，锚杆本身也提供一定的抗剪能力，阻止其 层间错动。 锚杆把数层薄的岩层组合成类似铆钉加固的组合 梁，这时被锚固的岩层便可看成组合梁，全部锚 固层能保持同步变形，顶板岩层抗弯刚度得以大 大提高。 决定组合梁稳定性的主要因素是锚杆的预拉应力 及杆体强度和岩层的性质。

(二)组合梁作用 这一观点有一定的影响，但是其工程实例 比较少，也没有进一步的资料供锚杆支护 设计应用，尤其是组合梁的承载能力难以 计算，而且组合梁在形成和承载过程中， 锚杆的作用难以确定。 另外，岩层沿巷道纵向有裂缝时粱的连续 性问题、梁的抗弯强度等问题也难以解决。

(三)挤压加固拱作用 组合拱理论是由兰氏(T A Lang)和彭德 (Pender)通过光弹试验提出来的。 组合拱原理认为: 在拱形巷道围岩的破裂 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 边布置的锚杆间距足够小，各个锚杆的压 应力锥体相互交错，这样使巷道周围的岩

层形成一种连续的组合带(拱)。

组合拱理论示意图

(三)挤压加固拱作用