锚杆支护理论与实践演示文稿
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锚杆支护理论与实践演示文稿
主要内容
1 锚杆支护发展 2 锚杆支护理论 3 锚杆支护体系 4 锚杆支护巷道冒顶调查分析 5 设计方法 6 施工 7 综放沿空掘巷锚杆锚索支护技术 8 监测
1 锚杆支护发展
2个阶段：以1995年引进澳大利亚锚杆支护技术为 分界点。
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。
6）树脂锚杆
用树脂为粘结剂，在固化剂和加速剂的作用下，将锚杆 的头部粘结在锚杆孔内。端头锚固型树脂锚杆是由树脂药包 和杆体组成。
7 ）注浆锚杆
8）快硬膨胀水泥锚杆
快硬水泥锚杆的杆体结构与树脂锚杆相同，是端头锚固 型锚杆。
9）管缝式锚杆
管缝式锚杆是采用高强度钢板卷压成带纵缝的管状杆 体外径38.1㎜，用凿岩机强行压入比杆径小2～3mm的锚 孔，为安装方便，打入端略呈锥形。由于管壁弹性恢复 力挤压孔壁而产生锚固力，属全长锚固型锚杆。
钢筋或钢丝绳砂浆锚秆 是全长锚固型锚杆。设计 锚固为为30～50KN。
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
4） 胀壳式锚杆
5 ）两瓣涨圈式锚杆
➢ 美国、澳大利亚接近100%，英国80%，美国锚杆 支护为巷道顶板的唯一支护方式。 ➢ 我国1995年时约15.15%，目前约50%。
锚杆支护使用范围
Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类全面推广，Ⅳ、Ⅴ类得到推广应用 Ø综放沿空掘巷锚杆支护 Ø软弱、破碎煤巷锚杆支护 Ø三软煤巷锚杆支护 Ø深井煤巷锚杆支护
锚杆支护效果
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。
0.22 0.3869 40.4
不同锚杆支护强度下锚固体破坏后的C*、* 值
锚杆支护强度σt / MPa
等效内聚力
C* / MPa
0 0.0168
0.06 0.0182
0.08 0.0183
0.11 0.0184
0.14 0.0186
0.17 0.0194
等效内摩擦角 31.51 31.53 33.51 35.57 37.14 38.8 */ °
（1）悬吊理论
适用条件：锚杆可以锚固到顶板坚硬稳定岩层
（2）组合梁理论
机理：将锚固范围内的岩层挤紧，增加岩层间的摩擦力， 防止岩石沿层面滑动，避免各岩层出现离层现象，提高其 自撑能力。将几层薄岩层锁紧成一个较厚的岩层（组合 梁）。在上覆岩层载荷的作用下，这种组合厚岩层内的最 大弯曲应变和应力都将大大减小，组合梁的挠度亦减小。
提高支护强度t ，可使C、、C*、* 提 高；它们的提高，使1、1*显著增强。
发展高（超高）强 度锚杆，提高支护强度
t 、围岩更加稳定。
图 锚固体应力应变曲线图
注：曲线上数字为锚杆支护强度σt（MPa）
3 锚杆支护体系
3.1 锚杆的结构类型
1）钢筋或钢丝绳砂浆锚杆 ⑴钢筋砂浆锚杆 ⑵钢丝绳砂浆锚秆
（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。
缺点：一般叙述，不能作为 准确的定量设计。 适用条件：顶板无稳定岩层
（4）最大水平应力理论
机理：矿井岩层的水平应力通常大于垂直应力，水平 应力具有明显的方向性。在最大水平应力作用下，顶 底板岩层易于发生剪切破坏，出现错动与松动而膨胀 造成围岩变形，锚杆的作用即是约束其沿轴向岩层膨 胀和垂直于轴向的岩层剪切错动。
锚杆支护与架棚支护相比，其优越性表现在： Ø 属于主动支护 Ø 将巷道围岩变成承载体 Ø 对巷道不规则断面适应性强 Ø巷道围岩变形量显著减小，安全生产得到保证，大幅 度减少 了冒顶、瓦斯、火灾事故 Ø简化巷道布置，减少岩石工程 Ø实现沿空掘巷，提高煤炭资源采出率，延长矿井寿命
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
0.22 0.021 40.4
锚固体强度随锚杆支护强度σt 的提高而得到强 化，达到一定程度就可保持围岩稳定。
பைடு நூலகம்
锚固体 1、1*的表达式：
10 .4 1.8 59 t2 C ta4 n5 ( /2 )
1 *0 .42.4 6t2 C *ta4 n5 ( */2 )
式中： 1 —— 锚固体极限强度，MPa， 1*——锚固体残余强度，MPa。 t —— 锚杆支护强度，MPa
缺点：将锚杆作用与围岩的自稳作用分开；在顶板较破碎、 连续性受到破坏时，难以形成组合梁。
适用条件： •层状地层 •顶板在相当距离内不存在稳定 岩层，悬吊作用处于次要地位。
（3）组合拱理论 机理：在破碎区安装预应力锚杆时，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锚杆群，只 要铺杆间距足够小，各个锚杆形成的压应力圆锥体将相 互交错，在岩体中形成一个均匀的压缩带，即承压拱， 这个承压拱可以承受其上部破碎岩石施加的径向荷载。 在承压拱内的岩石径向及切向均受压，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。
锚固体C、、C*、* 随锚杆支护强度t的增加而提高。
不同锚杆支护强度下锚固体破坏前的C、 值
锚杆支护强度 t / MPa
等效内聚力
C / MPa
0 0.3466
0.06 0.3568
0.08 0.3626
0.11 0.3677
0.14 0.3828
0.17 0.3773
等效内摩擦角 31.51 31.53 33.51 35.57 37.14 38.8 /°
主要内容
1 锚杆支护发展 2 锚杆支护理论 3 锚杆支护体系 4 锚杆支护巷道冒顶调查分析 5 设计方法 6 施工 7 综放沿空掘巷锚杆锚索支护技术 8 监测
1 锚杆支护发展
2个阶段：以1995年引进澳大利亚锚杆支护技术为 分界点。
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。
6）树脂锚杆
用树脂为粘结剂，在固化剂和加速剂的作用下，将锚杆 的头部粘结在锚杆孔内。端头锚固型树脂锚杆是由树脂药包 和杆体组成。
7 ）注浆锚杆
8）快硬膨胀水泥锚杆
快硬水泥锚杆的杆体结构与树脂锚杆相同，是端头锚固 型锚杆。
9）管缝式锚杆
管缝式锚杆是采用高强度钢板卷压成带纵缝的管状杆 体外径38.1㎜，用凿岩机强行压入比杆径小2～3mm的锚 孔，为安装方便，打入端略呈锥形。由于管壁弹性恢复 力挤压孔壁而产生锚固力，属全长锚固型锚杆。
钢筋或钢丝绳砂浆锚秆 是全长锚固型锚杆。设计 锚固为为30～50KN。
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
4） 胀壳式锚杆
5 ）两瓣涨圈式锚杆
➢ 美国、澳大利亚接近100%，英国80%，美国锚杆 支护为巷道顶板的唯一支护方式。 ➢ 我国1995年时约15.15%，目前约50%。
锚杆支护使用范围
Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类全面推广，Ⅳ、Ⅴ类得到推广应用 Ø综放沿空掘巷锚杆支护 Ø软弱、破碎煤巷锚杆支护 Ø三软煤巷锚杆支护 Ø深井煤巷锚杆支护
锚杆支护效果
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。
0.22 0.3869 40.4
不同锚杆支护强度下锚固体破坏后的C*、* 值
锚杆支护强度σt / MPa
等效内聚力
C* / MPa
0 0.0168
0.06 0.0182
0.08 0.0183
0.11 0.0184
0.14 0.0186
0.17 0.0194
等效内摩擦角 31.51 31.53 33.51 35.57 37.14 38.8 */ °
（1）悬吊理论
适用条件：锚杆可以锚固到顶板坚硬稳定岩层
（2）组合梁理论
机理：将锚固范围内的岩层挤紧，增加岩层间的摩擦力， 防止岩石沿层面滑动，避免各岩层出现离层现象，提高其 自撑能力。将几层薄岩层锁紧成一个较厚的岩层（组合 梁）。在上覆岩层载荷的作用下，这种组合厚岩层内的最 大弯曲应变和应力都将大大减小，组合梁的挠度亦减小。
提高支护强度t ，可使C、、C*、* 提 高；它们的提高，使1、1*显著增强。
发展高（超高）强 度锚杆，提高支护强度
t 、围岩更加稳定。
图 锚固体应力应变曲线图
注：曲线上数字为锚杆支护强度σt（MPa）
3 锚杆支护体系
3.1 锚杆的结构类型
1）钢筋或钢丝绳砂浆锚杆 ⑴钢筋砂浆锚杆 ⑵钢丝绳砂浆锚秆
（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。
缺点：一般叙述，不能作为 准确的定量设计。 适用条件：顶板无稳定岩层
（4）最大水平应力理论
机理：矿井岩层的水平应力通常大于垂直应力，水平 应力具有明显的方向性。在最大水平应力作用下，顶 底板岩层易于发生剪切破坏，出现错动与松动而膨胀 造成围岩变形，锚杆的作用即是约束其沿轴向岩层膨 胀和垂直于轴向的岩层剪切错动。
锚杆支护与架棚支护相比，其优越性表现在： Ø 属于主动支护 Ø 将巷道围岩变成承载体 Ø 对巷道不规则断面适应性强 Ø巷道围岩变形量显著减小，安全生产得到保证，大幅 度减少 了冒顶、瓦斯、火灾事故 Ø简化巷道布置，减少岩石工程 Ø实现沿空掘巷，提高煤炭资源采出率，延长矿井寿命
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
0.22 0.021 40.4
锚固体强度随锚杆支护强度σt 的提高而得到强 化，达到一定程度就可保持围岩稳定。
பைடு நூலகம்
锚固体 1、1*的表达式：
10 .4 1.8 59 t2 C ta4 n5 ( /2 )
1 *0 .42.4 6t2 C *ta4 n5 ( */2 )
式中： 1 —— 锚固体极限强度，MPa， 1*——锚固体残余强度，MPa。 t —— 锚杆支护强度，MPa
缺点：将锚杆作用与围岩的自稳作用分开；在顶板较破碎、 连续性受到破坏时，难以形成组合梁。
适用条件： •层状地层 •顶板在相当距离内不存在稳定 岩层，悬吊作用处于次要地位。
（3）组合拱理论 机理：在破碎区安装预应力锚杆时，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锚杆群，只 要铺杆间距足够小，各个锚杆形成的压应力圆锥体将相 互交错，在岩体中形成一个均匀的压缩带，即承压拱， 这个承压拱可以承受其上部破碎岩石施加的径向荷载。 在承压拱内的岩石径向及切向均受压，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。
锚固体C、、C*、* 随锚杆支护强度t的增加而提高。
不同锚杆支护强度下锚固体破坏前的C、 值
锚杆支护强度 t / MPa
等效内聚力
C / MPa
0 0.3466
0.06 0.3568
0.08 0.3626
0.11 0.3677
0.14 0.3828
0.17 0.3773
等效内摩擦角 31.51 31.53 33.51 35.57 37.14 38.8 /°