锚杆支护原理及施工工艺 材料

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1、锚杆支护原理及施工工艺锚杆支护原理及施工工艺一、锚杆支护原理1、锚杆的悬吊作用悬吊作用是指用锚杆将软弱的直接顶板吊挂在其上的坚固老顶之上。如图1所示，或者是用锚杆将因巷道开挖而引起松动的岩块连接在松动区外的完整坚固岩石上，使松动岩块不至冒落。图1锚杆的悬吊作用（a）悬吊软弱层状顶板；（b）悬吊危岩1-锚杆；2-不稳定岩层；3-危岩；4-稳定围岩这一理论提出的较早（1952-1962年LouisA，paneK经过理论分析及实验室和现场测试提出），只有满足其前提条件时，才有一定的实用价值，在我国，由

2、于锚杆长度一般在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作用，这从一个侧面说明悬吊理论在应用中的局限性。2、锚杆的组合梁理论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。理论认为在没有稳固岩层提供悬吊支点的薄层状岩层中，利用锚杆的拉力将层状岩层组合起来形成组合梁结构进行支护，这就是锚杆组合梁作用。

3、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。如图2图2锚杆的组合梁作用（a）不打锚杆；（b）布置顶板锚杆1-锚杆；2-层状地层这一观点有一定影响，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

4、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，梁的连续性问题、梁的抗弯强度等问题也难以解决。3、挤压加固拱作用形成以锚杆头和紧固端为顶点的锥形体压缩区。如将锚杆沿拱形巷道周边按一定间距径向排列，在预应力作用下，每根锚杆周围形成的锥形体压缩区彼此重叠联结，在围岩中形成一连续压缩带。它不仅能保持自身的稳定，而且能承受地压，组织上部围岩的松动和变形。显然，对锚杆施加预紧力是形成加固拱的前提。如图3图3锚杆的加固拱作用（a）锚固层组合

5、拱；（b）压力拱效应4、锚杆锲固作用是指在围岩中存在一组或多组不同产状的不连续面的情况下，由于锚杆穿过这些不连续面，防止或减少了围岩沿不连续面的移动。如图4。5、锚杆的减跨作用如果把不稳定的顶板岩层看成是支撑在两帮的叠合梁，由于可视悬吊在老顶上的锚杆为支点，安设了锚杆就相当于在该处打了点柱增加了支点而减少了顶板的跨度，从而降低了顶板岩层的弯曲应力和挠度，维持了顶板与岩石的稳定性，使岩石不易变形和破坏。这就是锚杆的“减跨”作用，它实际上来源于锚杆的悬吊作用。上述几种锚杆支护作用并非是孤立存在的，实

6、际上是相互补充的综合作用，只不过在不同地质条件下，某种支护作用占的地位不同而已。二、锚杆支护作用机理分析巷道开掘以后，由于受掘进工作面迎头及两帮的支撑，顶板下沉和变形很小。此时安装锚杆，其主要作用是控制顶板浅部岩层的离层、滑动。锚杆安装越及时，预应力越大，则锚固范围内岩层的整体刚度越高，岩层处于压缩状态，岩层间不发生离层和弯曲变形等有害变形，岩层的完整性和整体强度得到保持。相反，如果锚杆没有预应力，则只有当岩层产生一定变形时锚杆才有载荷，显然不能控制在这以前顶板岩层的离层和错动，导致顶板从浅部向

7、深部逐渐离层、破坏，失去完整性与稳定性。预应力太小也不能起到有效约束顶板离层的作用。如果锚杆安装不及时，较大范围内的岩层已产生离层、滑动，岩层承载能力丧失很大，再打锚杆，支护效果效果会受到明显影响。综上所述，提出锚杆支护机理的要点为：(1)锚杆支护主要作用在于控制锚固区围岩的离层、滑动、裂隙张开、新裂纹产生等扩容变形与破坏，尽量使围岩处于受压状态，抑制围岩弯曲变形、拉伸与剪切破坏的出现，最大限度地保持锚固区围岩的完整性，提高锚固区围岩的整体强度和稳定性。(2)在锚固区内形成刚度较大的次生承载结构

8、，阻止锚固区外岩层产生离层，同时改善围岩深部的应力分布状态。(3)为了实现上述支护效果，锚杆支护系统的刚度十分重要，特别是锚杆预应力起着决定性作用。根据巷道围岩条件确定合理的锚杆预应力是支护设计的关键。当然，较高的预应力要求锚杆具有较高的强度。(4)锚杆预应力的大小对支护效果非常重要，锚杆预应力的扩散同样重要。单根锚杆预应力的作用范围是很有限的，必须通过托板、钢带和金属网等构件将锚杆预应力扩散到离锚杆更远的围岩中。特别是对于巷道表面，即使施加很小的支护力，也会明显抑制围岩的变形与破坏，保持顶板的