锚杆支护理论
锚杆支护原理
锚杆支护一、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。
锚杆的悬吊作用2、锚杆的组合梁理论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。
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。
锚杆的组合作用3、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3。
锚杆的楔固作用p бbp锚杆的楔固作用-б p (бbp4、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。
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。
锚杆支护理论计算方法
锚杆支护参数的确定锚杆长度L》L l + L2+L3 -------------------- ①=0.1+1.5+0.3=1.9m式中：L —锚杆总长度，mL1 - -—锚杆外露长度（包括钢带+托板+螺母厚度），取0.1m;L2 - -―锚杆有效长度或软弱岩层厚度，mL3 —锚入岩（煤）层内深度（锚固长度），按经验L3>300mm （一）锚杆外露长度L1L1=（0.1〜0.15）m ,［钢带+托板+螺母厚度+ （0.02〜0.03 ）］（二）锚入岩（煤）层内深度（锚固长度儿31. 经验取值法《在锚杆喷射混凝土支护技术规范》GBJ86- 85 “第三节锚杆支护设计”中、第3.3.3条第四款规定：第333条端头锚固型锚杆的设计应遵守下列规定:一、杆体材料宜用20锰硅钢筋或3号钢钢筋；二、杆体直径按表333选用；三、树脂锚固剂的固化时间不应大于10分钟,快硬水泥的终凝时间不应大于12分钟；四、树脂锚杆锚头的锚固长度宜为200〜250毫米,快硬水泥卷锚杆锚头的锚固长度公式(3.3.11 -1) （3311-2）见图形所示(3.3.11-1)(3.3.11 -2)宜为300〜400毫米；五、托板可用3号钢,厚度不宜小于6毫米,尺寸不宜小于150X150 毫米；六、锚头的设计锚固力不应低于50千牛顿；七、服务年限大于5年的工程,应在杆体与孔壁间注满水泥砂浆。
一般取 300mn〜400mm2. 理论估算法《在锚杆喷射混凝土支护技术规范》 GBJ86- 85 “第三节锚杆支护设计”中规定:第3311条局部锚杆或锚索应锚入稳定岩体。
水泥砂浆锚杆或预应力锚索的水泥砂浆胶结式内锚头锚入稳定岩体的长度，应同时满足下列公式:式中la——锚杆杆体或锚索体锚入稳定岩体的长度（cm）；d1—锚杆钢筋直径走私或锚索体直径（cm ；d2 --- 锚杆孔直径（cn）；f st ――锚杆钢筋或锚索体的设计抗拉强度（N/cm）；f cs——水泥砂浆与钢筋或水泥砂浆与锚索的设计粘结强度（N/cm2）;4d2 f cr圆钢为2.5MPa螺纹钢为5MPafcr ――水泥砂浆与孔壁岩石的设计粘结强度（N/cm2）；砂浆与石灰岩粘结强度为2.5MPa砂浆与粘土岩粘结强度为1.8MPaK――安全系数，取1.2。
锚杆支护理论
锚杆支护理论一、悬吊理论锚杆支护的作用，就是将巷道顶板较软弱的岩层悬吊在上部稳定的岩层上，以增强较软弱岩层的稳定性。
对于回采巷道经常于到的层状岩体当巷道开掘后，直接顶因弯曲、变形与基本顶分离，如果锚杆及时将直接顶挤压并悬吊在基本顶上，就能减小和限制直接顶的下沉和离层，以达到支护的目的。
悬吊理论只适用于巷道顶板，不适用于巷道帮、底。
二、组合梁理论在层状岩体中开掘巷道，当顶板在一定范围内不存在稳定岩层时，锚杆的悬吊作用居次要地位。
如果顶板岩层中存在若干分层，顶板锚杆的作用，一方面是依靠锚杆的锚固力增加各岩层间的摩擦力，防止岩层沿层面滑动，避免各岩层出现离层现象；另一方面，锚杆杆体可增加岩层间的抗剪刚度，阻止岩层间的水平错动，从而将巷道顶板锚固范围内的几个薄岩层锁紧成一个较厚的岩层（组合梁）。
这种组合厚岩层在覆岩层载荷的作用下，其最大弯曲应变和应力都大大减小，组合梁的挠度亦减小，而且组合梁越厚，梁内的最大应力、应变和梁的挠度也就越小。
组合梁理论是对锚杆将顶板岩层锁紧成较厚岩层的解释。
同悬吊理论适用于层状顶板锚杆支护的设计，对于巷道的帮、底不适用。
三、组合拱理论在拱形巷道围岩的破裂区中安装顶应力锚杆时，在锚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锚杆群，只要锚杆间距足够小，各个锚杆形成的压应力圆锥体将相互交错，就能在岩体中形成一个均匀的压缩带，即承压拱（亦称组合拱或压缩拱），这个承压拱可以承受其上部破碎岩石施加的径向荷载。
承压拱内的岩石在径向及切向均受压，处于三向应力状态，其围岩强度得到提高，支撑能力也相应加大。
因此，锚杆支护的关键在于获取较大的承压拱厚度和较高的强度，其厚度越大越有利于围岩的稳定和支撑能力的提高。
锚杆支护原理
锚杆支护一、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。
锚杆的悬吊作用2、锚杆的组合梁理论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。
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。
锚杆的组合作用3、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3。
锚杆的楔固作用p бb p 锚杆的楔固作用-б p (бbp4、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。
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。
锚杆支护理论和工程实践培训课件
2）全属倒楔式锚杆
由杆体、固定楔、活动倒楔、垫板和螺帽组成， 属端头锚固型，安装后可立即承载，可回收。锚固 力达40kN左右。常用于围岩比较破碎，需要立即承 载的地下工程。
3） 楔缝式锚杆
楔缝式锚杆结构
1-杆体 2-楔缝 3-丝扣 4-楔子 5-垫板 6-螺母
锚杆支护具有巨大的技术经济效益和社会效益，是 我国煤炭行业继综合机械化之后的第二次支护技术革命
木支架严重损坏
支架破坏实况
拱型可缩性支架破坏
架棚巷道变形和支架损坏情况
沿空掘巷维护状况
锚杆支护巷道维护状况
2 锚杆支护理论
（1）悬吊理论
机理：将巷道顶板较软弱岩层悬吊在稳定岩层上，以 避免较软弱岩层的破坏、失稳和塌落，锚杆所受的拉 力来自被悬吊的岩层重量。 缺点：没有考虑围岩的自承能力，而且将被锚固体与 原岩体分开。
有比较可靠的配套机具，采用掘锚一体化联合掘 进机或性能良好的单体锚杆钻机，满足施工要求， 并能实现快速掘进。
国内支护发展
2个阶段：以1995年引进澳大利亚锚杆支护技术为 分界点。（之前机械锚固、钢丝绳砂浆锚杆以及开发 研制的快硬水泥锚杆；之后高强度树脂锚固锚杆）
锚杆支护理论、锚杆支护设计方法、施工机具、小 孔径预应力锚索加强支护、锚杆孔径、锚固剂及锚固 方式、监测技术等均发生了变化。
（4）最大水平应力理论
（5）锚杆支护围岩强度强化理论
围岩与支护强度的关系 随支护强度增加，围岩的极限强度和残余强度提高， 围岩残余强度提高到一定程度就能保持巷道稳定。
（5）锚杆支护强度强化理论
锚杆与围岩相互作用，形成锚杆—围岩的共同承载 结构，改善锚固体力学性能，提高锚固体峰值强度和残 余强度，特别是残余强度的提高，有效提高围岩的自承 能力，控制围岩塑性区、破碎区发展，促使巷道围岩由 不稳定状态向稳定状态转变。
煤矿井下锚杆支护知识、原理和锚杆(索)计算及支护设计公式
锚杆支护一、锚杆支护的原理锚杆支护就是以维护和利用围岩的自承能力为基点，及时地进行支护，控制围岩的变形和松弛，使围岩成为支护体系的组成部分。
通过锚入围岩内部的杆体，改变巷道围岩的本身的力学状态，在巷道周围形成一个整体而又稳定的承载环，和围岩共同作用，达到维护巷道的目的。
这一支护形式与传统的棚式支护相比属于主动积极加固巷道围岩的支护形式。
二、锚杆在支护中的作用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。
2、锚杆的组合梁理论在层状岩层的巷道顶板中，通过锚入一系列的锚杆，将锚杆长度以内的薄层岩石锚成岩石组合梁，从而提高其承载力。
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。
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。
3、锚杆锲固作用锚杆的悬吊作用锚杆的组合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3。
44、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。
如将锚杆沿拱形锚杆的楔固作用p бb p 锚杆的楔固作用-б p (бbp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。
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。
锚杆支护理论
二、国内锚杆支护理论近十年来，国内许多学者在公认的三大传统的锚杆支护理论基础上，对锚杆作用机理做了大量的深入研究与探讨，进一步揭示了锚杆支护的实质，促进了锚杆支护理论的发展，扩大了锚杆支护技术的应用范围，主要观点如下。
1.全长锚固中性点理论全长锚固中性点理论由东北大学王明恕教授等提出。
该理论认为在靠近岩石壁面部分（锚杆尾部），锚杆阻止围岩向壁面变形，剪力指向壁面。
在围岩深处（锚杆头部），围岩阻止锚杆向壁面方向移动。
锚杆上的剪力指向相背的分界点，称为分界点，该点处剪应力为零，轴向拉应力最大。
由中性点向锚杆两端剪应力逐渐增大，轴向拉应力逐渐减小（图1-）。
今年来在国内理论分析中该理论的“中性点”观点被普遍接受，但该理论形式还存在着一定的争议，因为它难以解释锚杆尾部的断裂机理，有人认为是该理论假设未设托盘之故。
2.松动圈理论围岩松动圈巷道支护理论由中国矿业大学董学庭教授等提出，该理论是在对巷道围岩状态进行深入研究后提出的。
该理论认为，巷道开挖以后巷道围岩应力将发生显著变化，巷道周边径向应力为0，围岩强度明显下降；围岩中出现应力集中现象。
如果集中应力小于岩体强度，围岩将处于塑性状态。
当围岩应力超过围岩强度之后，巷道周边将首先破坏，并逐渐向深部扩展，直至在一定深度取得三向应力平衡为止。
此时，围岩以过渡到破碎状态，围岩中产生的这种松弛破碎带被定义为围岩松动圈。
研究发现围岩松动圈的存在时巷道固有的特性，它的范围大小(厚度值L)目前可以用声波仪或者多点位移计等仪器进行测定。
巷道支护的主要对象是围岩松动圈产生、发展过程中产生的碎胀变形力，锚杆承受的拉力来源于松动圈的产生、发展，并根据围岩松动圈的厚度值得大小，将其分为小、中、大3类。
松动圈的类别不同，则锚杆支护机理不同，Ⅰ类围岩L=0—400mm，围岩的碎胀变形量很小,此类围岩巷道支护一般无需锚杆，可以裸露围岩或者喷射混凝土单独支护；Ⅱ、Ⅲ类围岩L=400—1500mm，用悬吊理论设计锚喷支护参数；Ⅳ、Ⅴ类围岩L=1.5—2.0m，L=2.0—3.0m，采用组合拱理论确定锚喷支护的参数；Ⅵ类围岩L＞3.0m，在没有进一步研究资料之前，应采用以锚喷网为基础的复合支护。
(完整版)锚杆支护理论计算方法
锚杆支护参数的确定一、锚杆长度L≥L1+L2+L3------------------------- ①=0.1+1.5+0.3=1.9m式中：L——锚杆总长度，m；L1 ——锚杆外露长度(包括钢带+托板+螺母厚度)，取0.1m；L2 ——锚杆有效长度或软弱岩层厚度，m；L3——锚入岩（煤）层内深度（锚固长度），按经验L3≥300mm。
(一)锚杆外露长度L1L1=(0.1～0.15)m，[钢带+托板+螺母厚度+（0.02～0.03）](二)锚入岩(煤)层内深度(锚固长度)L31.经验取值法《在锚杆喷射混凝土支护技术规范》GBJ86－85“第三节锚杆支护设计”中、第3.3.3条第四款规定：第3.3.3条端头锚固型锚杆的设计应遵守下列规定:一、杆体材料宜用20锰硅钢筋或3号钢钢筋;二、杆体直径按表3.3.3选用;三、树脂锚固剂的固化时间不应大于10分钟,快硬水泥的终凝时间不应大于12分钟;四、树脂锚杆锚头的锚固长度宜为200～250毫米,快硬水泥卷锚杆锚头的锚固长度宜为300～400毫米;五、托板可用3号钢,厚度不宜小于6毫米,尺寸不宜小于150×150毫米;六、锚头的设计锚固力不应低于50千牛顿;七、服务年限大于5年的工程,应在杆体与孔壁间注满水泥砂浆。
一般取300mm ～400mm2. 理论估算法《在锚杆喷射混凝土支护技术规范》GBJ86－85“第三节 锚杆支护设计”中规定：第3.3.11条 局部锚杆或锚索应锚入稳定岩体。
水泥砂浆锚杆或预应力锚索的水泥砂浆胶结式内锚头锚入稳定岩体的长度,应同时满足下列公式:公式(3.3.11-1)、(3.3.11-2)见图形所示。
cs st f f d k l 412≥ (3.3.11-1)crst a f d f d k l 2214≥ (3.3.11-2) 式中la ——锚杆杆体或锚索体锚入稳定岩体的长度（cm ）； d1——锚杆钢筋直径走私或锚索体直径（cm ）；d2——锚杆孔直径（cm ）；f st ——锚杆钢筋或锚索体的设计抗拉强度（N/cm 2）；f cs ——水泥砂浆与钢筋或水泥砂浆与锚索的设计粘结强度(N/cm 2)；圆钢为2.5MPa ，螺纹钢为5MPa 。
(完整版)锚杆支护理论
锚杆支护理论锚杆支护理论研究的目的是弄清楚锚杆、锚索与围岩之间的相互作用关系，从而为锚杆支护设计提供理论基础。
第一节锚杆支护构件的作用锚杆支护由锚杆杆体、托板和螺母、锚固剂、钢带及金属网等构件组成，锚杆支护的作用是由这些构件共同完成的。
一、锚杆杆体的作用对于锚杆杆体本身来说，由于杆体长度方向的尺寸远大于其他两个方向的尺寸，所以力学上属于杆体.这种构件主要可以提供两方面的作用，一是抗拉，二是抗剪。
至于杆体的抗弯能力和抗压能力是非常小，可忽略不计。
1、锚杆的抗拉作用锚杆杆体所能承受的拉断载荷计算：式中P—锚杆拉断载荷,N；d—锚杆直径，mm；—锚杆钢材抗拉强度.2、锚杆的抗剪作用锚杆杆体所能承受的剪切载荷计算：式中Q-锚杆剪切载荷,N；d-锚杆直径，mm；—锚杆钢材剪切强度。
二、锚杆托板的作用一是通过给螺母施加一定的扭矩使托板压紧巷道表面，给锚杆提供预紧力，并使预紧力扩散到锚杆周围的煤岩体中，从而改善围岩应力状态，抑制围岩离层、结构面滑动和节理裂隙的张开，实现锚杆的主动、及时支护作用；二是围岩变形使载荷作用于托板上，通过托板将载荷传递到锚杆杆体，增大锚杆的工作阻力,充分发挥锚杆控制围岩变形的作用。
托板力学性能应与锚杆杆体的性能匹配，才能充分发挥锚杆的支护作用.托板强度不足、安装质量差、受较大偏载都会显著降低锚杆的作用。
对于端部锚固锚杆，托板是锚杆尾部接触围岩的构件，通过托板给锚杆施加预紧力,传递围岩载荷至锚杆杆体，托板本身失效，以及托板下方的围岩松散脱落,导致托板与表面不紧贴,都会使锚杆失去支护作用.托板对全长锚固锚杆的受力分布有明显的影响。
无托板时锚杆轴力在巷道表面处为零，在一定深度达到最大值，剪力在轴力最大处为零;有托板时，由于锚杆施加的预紧力和围岩通过托板作用在锚杆杆体上的力，使得锚杆轴力在巷道表面处达到一定值，而且使锚杆轴力最大的位置向孔口移动，更接近巷道表面。
三、锚固剂的作用锚固剂的作用是将钻孔孔壁岩石与杆体粘结在一起，使锚杆发挥支护作用。
(完整word版)锚杆支护理论
（4）新奥法。20世纪60年代，奥地利工程师L.V.Rabcewicz在总结前人经验基础上，提出了新奥法（NATM），目前新奥法已成为地下工程的主要设计施工方法之一。1978年，米勒（L.Miiller）教授比较全面地阐述了新奥法的基本指导思想和主要原则，并将其概括为22条。1980年，奥地利土木工程学会地下空间利用分会把新奥法定义为：“在岩质为砂质介质中开挖隧道，以使围岩形成一个中空筒状支承环结构为目的的隧道设计施工方法”。施工时遵循下列原则：①应当考虑岩体的力学特性；②应当在适宜时机构筑支护结构，避免围岩中出现不利的应力应变状态；③为使围岩形成力学上十分稳定的中空筒状支承环结构，必须构筑一个闭合的支护结构；④现场量测监控围岩动态，根据允许变形量求得最适宜的支护结构。新奥法的上述定义简明扼要地揭示了新奥法核心问题-充分利用围岩自承能力，使围岩本身形成支承环。
（a）平行（b）斜交（c）垂直
图7-32巷道走向与最大水平应力不同夹角下巷道破坏
图7-30锚杆的组合梁作用
（3）组合拱理论。兰氏（T•A•Lang）和彭德（Pende）通过光弹试验提出组合拱理论。组合拱理论认为，在拱形巷道围岩中安装预应力锚杆时，在锚固区内将形成以杆体两端为端点的圆锥形分布的压应力，只要沿巷道周边安装的锚杆间距足够小，相邻锚杆的压应力椎体将相互交错，在巷道周围锚固区中部形成一个连续的压缩带（拱）。承压拱内岩石处于径向、切向均受压的三向应力状态，使得岩体强度大大提高，支撑能力相应增加。该理论充分考虑了锚杆支护的整体作用，在软岩巷道中应用广泛。
锚杆支护理论
（1）悬吊理论。1952年路易斯•阿•帕内科（Louis.A.Panek）等提出了第一个锚杆支护理论—悬吊理论，该理论认为锚杆支护的作用就是将巷道顶板浅部较软弱破裂岩层悬吊在深部稳固的岩层上，增强浅部较软弱岩层的稳定性。
(完整版)锚杆支护理论计算方法
锚杆支护参数的确定一、锚杆长度L≥L1+L2+L3------------------------- ①=0.1+1.5+0.3=1.9m式中：L——锚杆总长度，m；L1 ——锚杆外露长度(包括钢带+托板+螺母厚度)，取0.1m；L2 ——锚杆有效长度或软弱岩层厚度，m；L3——锚入岩（煤）层内深度（锚固长度），按经验L3≥300mm。
(一)锚杆外露长度L1L1=(0.1～0.15)m，[钢带+托板+螺母厚度+（0.02～0.03）](二)锚入岩(煤)层内深度(锚固长度)L31.经验取值法《在锚杆喷射混凝土支护技术规范》GBJ86－85“第三节锚杆支护设计”中、第3.3.3条第四款规定：第3.3.3条端头锚固型锚杆的设计应遵守下列规定:一、杆体材料宜用20锰硅钢筋或3号钢钢筋;二、杆体直径按表3.3.3选用;三、树脂锚固剂的固化时间不应大于10分钟,快硬水泥的终凝时间不应大于12分钟;四、树脂锚杆锚头的锚固长度宜为200～250毫米,快硬水泥卷锚杆锚头的锚固长度宜为300～400毫米;五、托板可用3号钢,厚度不宜小于6毫米,尺寸不宜小于150×150毫米;六、锚头的设计锚固力不应低于50千牛顿;七、服务年限大于5年的工程,应在杆体与孔壁间注满水泥砂浆。
一般取300mm ～400mm2. 理论估算法《在锚杆喷射混凝土支护技术规范》GBJ86－85“第三节 锚杆支护设计”中规定：第3.3.11条 局部锚杆或锚索应锚入稳定岩体。
水泥砂浆锚杆或预应力锚索的水泥砂浆胶结式内锚头锚入稳定岩体的长度,应同时满足下列公式:公式(3.3.11-1)、(3.3.11-2)见图形所示。
cs st f f d k l 412≥ (3.3.11-1)crst a f d f d k l 2214≥ (3.3.11-2) 式中la ——锚杆杆体或锚索体锚入稳定岩体的长度（cm ）； d1——锚杆钢筋直径走私或锚索体直径（cm ）；d2——锚杆孔直径（cm ）；f st ——锚杆钢筋或锚索体的设计抗拉强度（N/cm 2）；f cs ——水泥砂浆与钢筋或水泥砂浆与锚索的设计粘结强度(N/cm 2)；圆钢为2.5MPa ，螺纹钢为5MPa 。
锚杆支护理论计算方法
锚杆支护参数的确定一、锚杆长度L≥L1+L2+L3------------------------- ①=0.1+1.5+0.3=1.9m式中：L——锚杆总长度，m；L1 ——锚杆外露长度(包括钢带+托板+螺母厚度)，取0.1m；L2 ——锚杆有效长度或软弱岩层厚度，m；L3——锚入岩（煤）层内深度（锚固长度），按经验L3≥300mm。
(一)锚杆外露长度L1L1=(0.1～0.15)m，[钢带+托板+螺母厚度+（0.02～0.03）](二)锚入岩(煤)层内深度(锚固长度)L31.经验取值法《在锚杆喷射混凝土支护技术规范》GBJ86－85“第三节锚杆支护设计”中、第3.3.3条第四款规定：第3.3.3条端头锚固型锚杆的设计应遵守下列规定:一、杆体材料宜用20锰硅钢筋或3号钢钢筋;二、杆体直径按表3.3.3选用;三、树脂锚固剂的固化时间不应大于10分钟,快硬水泥的终凝时间不应大于12分钟;四、树脂锚杆锚头的锚固长度宜为200～250毫米,快硬水泥卷锚杆锚头的锚固长度宜为300～400毫米;五、托板可用3号钢,厚度不宜小于6毫米,尺寸不宜小于150×150毫米;六、锚头的设计锚固力不应低于50千牛顿;七、服务年限大于5年的工程,应在杆体与孔壁间注满水泥砂浆。
一般取300mm ～400mm2. 理论估算法《在锚杆喷射混凝土支护技术规范》GBJ86－85“第三节 锚杆支护设计”中规定：第3.3.11条 局部锚杆或锚索应锚入稳定岩体。
水泥砂浆锚杆或预应力锚索的水泥砂浆胶结式内锚头锚入稳定岩体的长度,应同时满足下列公式:公式(3.3.11-1)、(3.3.11-2)见图形所示。
cs st f f d k l 412≥ (3.3.11-1)crst a f d f d k l 2214≥ (3.3.11-2) 式中la ——锚杆杆体或锚索体锚入稳定岩体的长度（cm ）； d1——锚杆钢筋直径走私或锚索体直径（cm ）；d2——锚杆孔直径（cm ）；f st ——锚杆钢筋或锚索体的设计抗拉强度（N/cm 2）；f cs ——水泥砂浆与钢筋或水泥砂浆与锚索的设计粘结强度(N/cm 2)；圆钢为2.5MPa ，螺纹钢为5MPa 。
锚杆支护的作用原理
锚杆支护的作用原理
锚杆支护是一种在地下工程中常用的支护方法，其作用原理可以概括为以下几点：
1. 载荷传递：锚杆通过与地层接触，将地层的荷载传递到锚杆身上，从而减轻了地层对工程结构的荷载作用。
2. 刚性支撑：锚杆本身具有一定的刚性，能够提供稳定的、持久的支撑力，有效地减轻地层的变形和位移。
3. 阻止破坏扩展：在地层中存在一些裂隙或弱层，锚杆的作用可以阻止这些破坏的进一步扩展。
4. 加固地层：通过适当的锚杆布置和固结材料的注入，可以增强地层的强度和稳定性，提高工程结构的安全性。
总的来说，锚杆支护通过牢固地固定在地层中，将地层的荷载传递到锚杆上，并提供刚性支撑，以减轻地层的变形和位移，阻止破坏扩展，加固地层，从而保证地下工程的稳定和安全。
注意：以上的解释已经避免了重复使用标题相同的文字。
锚杆支护理论计算方法
锚杆支护理论计算方法锚杆支护是一种常用的地下工程支护方法，在隧道、井筒、挖掘和救援等领域都有应用。
本文将介绍锚杆支护的理论计算方法，以帮助读者了解该支护方法的原理和应用。
1. 锚杆支护的基本原理锚杆支护是通过在锚杆周围注浆粘结的方式，将地下岩土固定住，起到支护作用。
锚杆的作用主要包括以下几个方面：•在岩土中形成坚固的支护体系•抵抗岩土因地表荷载变形而引起的变形和破裂•承受岩土因水压力等内部因素引起的位移和变形锚杆的支护效果可通过下列几个方面来评价：•抵抗支护区荷载产生的位移和变形•将支护区与未支护区分隔开来，确保支护区稳定•降低支护区岩土破坏产生的风险2. 锚杆支护的设计方法锚杆支护的设计方法主要包括以下几个方面：2.1 锚杆的数量和位置锚杆的数量和位置应根据工程要求和实际情况来确定。
在设计过程中，应首先确定支护区的形状和大小，然后根据支护区的大小来确定锚杆的数量和位置。
此外，锚杆的长度、直径等参数也需要根据实际情况进行合理选择。
2.2 锚杆的布置锚杆的布置应根据实际情况进行合理选择，以确保支护效果。
在锚杆的布置过程中，应考虑到锚杆之间的距离，避免太近或者太远。
若太近则会造成锚杆之间产生干扰，影响支护效果；若太远则会造成支护作用不均，影响支护效果。
2.3 锚杆的设计计算锚杆的设计计算是锚杆支护设计的重要环节。
在设计计算过程中，应考虑到锚杆的受力情况和支护效果，选取合适的锚杆材料，确定锚杆的直径和长度，并进行力学计算。
在进行力学计算时，应考虑到锚杆的受力情况和支护效果，确定锚杆的受力状态和受力分布，评估锚杆的强度和稳定性，并进行安全性评估。
同时，还应进行锚杆和周围岩土之间的相互作用分析，以确保锚杆支护具有足够的强度和稳定性。
3. 锚杆支护的施工方法锚杆支护的施工方法主要包括以下几个方面：3.1 预处理在进行锚杆支护施工前，需要对地下岩土进行预处理。
通常预处理的方法包括清理、探测和采样，以便于进行后续的工程设计和施工。
煤矿锚杆支护理论
煤矿锚杆支护理论煤矿锚杆支护是一种常见的地下工程支护方法，它通过将锚杆嵌入岩体中，利用锚杆的固结力和摩擦力来增强岩体的稳定性，以防止岩体的破坏和滑动。
锚杆支护具有结构简单、施工方便、经济实用等优点，在煤矿工程中得到了广泛应用。
锚杆支护的关键是锚杆的固结力。
锚杆经过锚固体和锚固浆料的锚固作用，使锚杆与岩体之间形成紧密的连接，并通过摩擦力来将锚杆与岩体相互拉紧。
锚杆支护的固结力主要由两部分组成：摩擦力和粘结力。
摩擦力是指锚杆与岩体之间的摩擦作用力，在锚杆支护中起到了主要的支撑作用。
粘结力是指锚固浆料的粘结效应，它通过填充岩体的裂缝和孔隙，增加了锚杆支护的固结度。
锚杆支护的力学模型可以简单地描述为一根弹簧，锚杆就像是一根拉伸的弹簧，可以承受岩体的应力，阻止岩体的破坏和变形。
在锚杆支护中，岩体的应力主要通过锚杆传递到岩体中，从而分散岩体的应力集中，并提高岩体的整体稳定性。
锚杆支护理论的核心是合理确定锚杆的布设参数。
布设参数的选择应根据具体的工程条件来确定，主要包括锚杆的类型和规格、锚杆的埋设深度、锚杆的间距和锚固浆料的使用量等。
一般来说，锚杆的埋设深度应超过岩石的不稳定带，以保证锚杆可以承受岩体的应力。
锚杆的间距应根据岩体的强度和稳定性来确定，一般情况下，岩体的强度越高，锚杆的间距可以适当增大。
锚杆支护的施工过程包括预埋、注浆和张拉三个环节。
首先，要提前设置好锚杆的预埋点，通常采用钻孔和锚固体来完成。
然后，将锚固浆料注入锚杆孔中，填充岩体的裂缝和孔隙，形成粘结力。
最后，通过张拉锚杆来增加锚杆与岩体之间的摩擦力，提高支护的稳定性。
在实际工程中，锚杆支护的设计和施工应根据不同的地质和工程条件进行综合考虑，并结合监测和检测数据进行调整和优化。
同时，要加强对锚杆支护工程的质量控制，保证锚杆的质量和使用效果。
总之，煤矿锚杆支护理论是一门综合性的学科，它涉及到地质、力学、材料和工程等多个领域。
通过研究和应用锚杆支护理论，可以提高地下工程的稳定性和安全性，为煤矿锚杆支护工程的设计和施工提供科学的依据。
锚杆支护理论计算方法(规范)
锚杆支护参数的确定一、锚杆长度L≥L1+L2+L3------------------------- ①=0.1+1.5+0.3=1.9m式中：L——锚杆总长度，m；L1 ——锚杆外露长度(包括钢带+托板+螺母厚度)，取0.1m；L2 ——锚杆有效长度或软弱岩层厚度，m；L3——锚入岩（煤）层内深度（锚固长度），按经验L3≥300mm。
(一)锚杆外露长度L1L1=(0.1～0.15)m，[钢带+托板+螺母厚度+（0.02～0.03）](二)锚入岩(煤)层内深度(锚固长度)L31.经验取值法《在锚杆喷射混凝土支护技术规范》GBJ86－85“第三节锚杆支护设计”中、第3.3.3条第四款规定：第3.3.3条端头锚固型锚杆的设计应遵守下列规定:一、杆体材料宜用20锰硅钢筋或3号钢钢筋;二、杆体直径按表3.3.3选用;三、树脂锚固剂的固化时间不应大于10分钟,快硬水泥的终凝时间不应大于12分钟;四、树脂锚杆锚头的锚固长度宜为200～250毫米,快硬水泥卷锚杆锚头的锚固长度宜为300～400毫米;五、托板可用3号钢,厚度不宜小于6毫米,尺寸不宜小于150×150毫米;六、锚头的设计锚固力不应低于50千牛顿;七、服务年限大于5年的工程,应在杆体与孔壁间注满水泥砂浆。
一般取300mm ～400mm2. 理论估算法《在锚杆喷射混凝土支护技术规范》GBJ86－85“第三节 锚杆支护设计”中规定：第3.3.11条 局部锚杆或锚索应锚入稳定岩体。
水泥砂浆锚杆或预应力锚索的水泥砂浆胶结式内锚头锚入稳定岩体的长度,应同时满足下列公式:公式(3.3.11-1)、(3.3.11-2)见图形所示。
cs st f f d k l 412≥ (3.3.11-1)crst a f d f d k l 2214≥ (3.3.11-2) 式中la ——锚杆杆体或锚索体锚入稳定岩体的长度（cm ）； d1——锚杆钢筋直径走私或锚索体直径（cm ）；d2——锚杆孔直径（cm ）；f st ——锚杆钢筋或锚索体的设计抗拉强度（N/cm 2）；f cs ——水泥砂浆与钢筋或水泥砂浆与锚索的设计粘结强度(N/cm 2)；圆钢为2.5MPa ，螺纹钢为5MPa 。
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锚杆支护理论
（1）悬吊理论。
1952年路易斯•阿•帕内科（Louis.A.Panek ）等提出了第一个锚杆支护理论—悬吊理论，该理论认为锚杆支护的作用就是将巷道顶板浅部较软弱破裂岩层悬吊在深部稳固的岩层上，增强浅部较软弱岩层的稳定性。
（2）组合梁理论。
1952年德国Jacobio 等基于层状地层提出了组合梁理论。
该理论认为通过在岩体内施加锚杆，可以将多层薄岩层组合成类似铆钉加固的组合梁，因此，锚杆锚固范围内岩层被视为组合梁，并认为组合梁作用的实质就是通过锚杆的预拉应力将锚固区内岩层挤紧，增大岩层之间的摩擦力；同时，锚杆本身也具有一定的抗剪能力，可以约束岩层间的错动。
锚固范围内岩层同步变形，这种组合厚岩层在载荷作用下，其最大弯曲应力和应变较之前单一薄岩层都将大大减小，该理论充分考虑了锚杆对离层及层间滑动的约束作用。
组合梁理论适用于若干层状岩层组成的巷道顶板。
(a) 未打锚杆
(b) 布置顶板锚杆
1—锚杆 2—层状地层
图7-30 锚杆的组合梁作用 （3）组合拱理论。
兰氏（T•A•Lang ）和彭德（Pende ）通过光弹试验提出组合拱理论。
组合拱理论认为，在拱形巷道围岩中安装预应力锚杆时，在锚固区内将形成以杆体两端为端点的圆锥形分布的压应力，只要沿巷道周边安装的锚杆间距足够小，相邻锚杆的压应力椎体将相互交错，在巷道周围锚固区中部形成一个连续的压缩带（拱）。
承压拱内岩石处于径向、切向均受压的三向应力状态，使得岩体强度大大提高，支撑能力相应增加。
该理论充分考虑了锚杆支护的整体作用，在软岩巷道中应用广泛。
图7-31 组合拱（压缩拱）作用示意图
（4）新奥法。
20世纪60年代，奥地利工程师L.V.Rabcewicz在总结前人经验基础上，提出了新奥法（NATM），目前新奥法已成为地下工程的主要设计施工方法之一。
1978年，米勒（L.Miiller）教授比较全面地阐述了新奥法的基本指导思想和主要原则，并将其概括为22条。
1980年，奥地利土木工程学会地下空间利用分会把新奥法定义为：“在岩质为砂质介质中开挖隧道，以使围岩形成一个中空筒状支承环结构为目的的隧道设计施工方法”。
施工时遵循下列原则：①应当考虑岩体的力学特性；②应当在适宜时机构筑支护结构，避免围岩中出现不利的应力应变状态；③为使围岩形成力学上十分稳定的中空筒状支承环结构，必须构筑一个闭合的支护结构；④现场量测监控围岩动态，根据允许变形量求得最适宜的支护结构。
新奥法的上述定义简明扼要地揭示了新奥法核心问题-充分利用围岩自承能力，使围岩本身形成支承环。
（5）围岩强度强化理论。
侯朝炯、勾攀峰提出来巷道围岩强度强化理论。
该理论认为：①巷道锚杆支护的实质是锚杆与锚固区域的岩体相互作用而组成锚固体，形成统一的承载结构；②锚杆提高了锚固体的力学参数E、C、Φ，改善了锚固体的力学性能；③锚固体的峰值强度和残余强度都得到强化。
锚固体的峰值强度和残余强度随锚杆支护强度的增加而得到强化，达到一定程度就可保持围岩稳定。
该理论的分析方法是将锚杆的作用简化为对锚固围岩从锚杆的两端施加径向约束力，由实验室锚固块体试验确定围岩塑性应变软化本构关系，再利用弹塑性理论定量分析锚杆的支护效果。
（6）松动圈理论。
20世纪70年代末期，以中国矿业大学董方庭为首的“松动圈巷道支护研究室”，提出围岩松动圈支护理论。
该理论包括三个部分：（1）巷道工程的外载荷问题：围岩松动圈理论认为，围岩破裂过程中所产生的碎胀力（剪切力）是支护的危险载荷；（2）围岩分类方法：围岩松动圈是围岩应力、围岩强度、水的影响等综合因素的指标，它与支护难度关系密切；（3）巷道锚喷支
护机理及技术：小松动圈（Lp≤40cm ）是围岩自稳的条件，中松动圈（Lp=40-150cm ）用悬吊理论，大松动圈（Lp≥150cm ）用组合拱理论。
（7）最大水平应力理论。
20世纪90年代初澳大利亚学者盖尔（W.J.Gale ）提出了最大水平应力理论。
该理论认为：矿井岩层的水平应力通常大于垂直应力且具有明显的方向性，最大水平应力一般为最小水平应力的1.5~2.5倍。
巷道顶底板稳定性主要受水平应力影响：①与最大水平应力平行的巷道受水平应力影响最小，顶底板稳定性最好；②与最大水平应力呈锐角相交的巷道，其顶板变形破坏偏向巷道某一帮；③与最大水平应力垂直的巷道，顶底板稳定性最差。
锚杆的作用是约束其沿轴向岩层膨胀和垂直于轴向的岩层剪切错动，因此要求锚杆强度大、刚度大、抗剪切阻力大等特点。
最佳方向）
（c）最劣方向
应力集中
（b）应力集中平面
断面
（a ）平行（b ）斜交（c ）垂直 图7-32 巷道走向与最大水平应力不同夹角下巷道破坏。