锚杆支护原理及类型

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（四）锚杆的加固作用
• 对这种观点来讲，由于现有支护(包括锚杆 支护)对弹塑性变形相对不及时和支护手段 与围岩的不密贴决定了在围岩处于弹性状 态时其支护阻力较小，它不可能有效的阻 止并限制围岩破碎带的产生和发展。
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
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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。
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（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。
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（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。
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（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）。
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（二）组合梁作用
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（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)。
• 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。
• 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。
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第ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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
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（四）锚杆的加固作用
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（四）锚杆的加固作用
• 弹塑性理论在对围岩状态作了正确分析后，对锚 杆支护的作用机理提出了一个观点：
• 利用锚杆提供足够的支护抗力，加固围岩提高其 承载能力、减小其变形量，并且大量的实验室相 似模拟试验证实通过锚杆锚固可使围岩的抗压强 度峰值提高50％-100％(相对于无锚杆情况)，同时 据此用摩尔理论抗剪强度包络线解释，可以使围 岩不产生破碎带，或者说限制围岩弹塑性变形量 的发展，从而使围岩处于稳定的弹塑性围岩状态， 见图4-4。
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组合拱理论示意图
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（三）挤压加固拱作用
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（三）挤压加固拱作用
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（三）挤压加固拱作用
• 对于被纵横交错的弱面所切割的块状或破 裂状围岩，如果及时用锚杆加固，就能提 高岩体结构弱面的抗剪强度，在围岩周边 一定厚度的范围内形成一个不仅能维持自 身稳定、而且能阻止其上部围岩松动和变 形的加固拱，从而保持巷道的稳定。
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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
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（一）悬吊作用
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（一）悬吊作用
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（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)。
让压锚杆。
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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
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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。
• 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。
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（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。
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（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。
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（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。