锚杆支护现状及其发展趋势_姚爱敏
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(2)锚杆类型的多样化. 目前世界各国均在 结合本国岩土工程的地质及生产条件 , 发展适 宜的锚杆类型 , 比如 :美国使用了树脂锚固钢筋 锚杆 、机械式锚杆 、管缝式 、水力膨胀式锚杆 、混 合式锚杆等. 德国除了发展树脂锚固金属锚杆 以外 , 还大力发展可伸长锚杆. 他们认为 , 安装 锚杆的目的是为了控制围岩的变形 , 但在围岩 大变形的情况下 , 要使锚杆本身不受损坏 , 发展
第 3 期 姚爱敏 孙世国 :锚杆支护现状及其发展趋势
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虑 , 发展到今天已有 100 多年的历史 , 锚杆支护 凭借显著的技术经济优越性 , 已经几乎不受限 制地广泛应用于岩土工程的各个领域. 西欧 、中 欧一些主要产煤国家过去巷道中主要采用金属
支架支护 , 随着巷道维护日益困难和支护成本 的增加 , 各国均在积极发展锚杆. 锚杆支护发展 最快的是英国. 在 1987 年以前 , 英国煤矿巷道 支护 90 %以上采用金属支架 , 自英国从澳大利 亚引进了成套的锚杆支护技术 , 从而扭转了过 去的被动局面 , 煤巷锚杆支护得到迅猛发展 , 据 统计到 1994 年起在巷道支护中所占比例已达 到 80 %以上. 就目前而言 , 国外锚固技术以澳 大利亚 、美国发展最为迅速 , 两国锚杆支护比重 已接近 100 %, 其锚 固 技 术 水 平居 于 世 界 前 列 . [ 1 , 2 , 4]
②中国矿业大学(北京校区)袁文伯等人基 于弹塑性理论分析认为 :锚杆的极限长度宜大 于塑性区厚度且不宜过多地超出塑性区范围 , 其理论依据是 , 在塑性区锚杆产生的拉应力远 远大于弹性区 , 锚杆过长带来作用效率降低且 不经济 ;对锚杆直径 , 认为其仅与最大剪应力有 关 , 由于粘结层强度的限制 , 故锚杆存在着极限
我国于 20 世纪 50 年代开始试用锚杆支护 技术 , 至 70 年代前 期还 处于 探索 阶段 , 直 到 1978 年才开始重点推广 , 至 80 年代向英国学 习锚杆支护技术后推广到煤巷支护 , 90 年代又 向澳大利亚学习引进成套先进的锚 杆支护技
术 , 目前已得到较广泛的推广和应用. 在一些矿 区的锚杆支护巷道比例达到 90 %以上 , 有些矿 井甚至达到了 100 %, 取得了较好的技术与经 济效益[ 1 , 2 , 4] . 2. 1 锚杆支护理论
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北 方 工 业 大 学 学 报 第 19 卷
即具有足够的支护阻力 , 又有一定延伸性的可 伸长锚杆是必要的 , 目前他们已经研制出了若 干种类型 , 有的伸长量可达 50 %.
(3)锚杆的标准化建设日益完善. 20 世纪 70 年代以后 , 由于岩土锚杆的迅速发展和广泛 应用 , 前德国 、瑞士 、英国 、美国 、中国的香港特 别行政区 、国际预应力混凝土协会 、澳大利亚 、 日本以及我国等许多国家 、地区或机构先后制 定了锚杆规范与推荐性标准 , 从而使岩土锚固 的应用沿着经济合理 、技术先进 、安全可靠的轨 道发展.
表 1 锚杆锚固体的安全系数
安全系数
锚杆破坏后危害程度
临时 永久 锚杆 锚杆
危害轻微 , 不会构成公共安全问题 1. 4 1. 8
危害较大 , 但公共安全无问题
1. 6 2. 0
危害大 , 会出现公共安全问题
1. 8 2. 2
注 :永久锚杆预应力筋的设计安全系数 为 1. 8.
(4)锚杆锚固荷载传递方式的研究取得可 喜进展. 山东大学朱维申等人曾进行了不同锚 固方案的模拟试验并获得了如下成果 :
3 岩体锚固参数的研究
国内对岩体锚固参数的研究偏重于锚杆长 度和锚杆直径 , 研究表明 :锚杆长度和锚杆直径 都存在着极限值 , 并不是通常认为的愈长愈好 和愈粗愈好. 具有代表性的研究结果有以下几 个方面[ 4 ～ 7] :
①最 早提 出“ 中 性点” 理论 的东 北大 学王 明 恕等人认为 :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. 而在围岩深处(锚杆头部) , 围岩阻 止锚杆向壁面方向移动 , 剪力背向壁面 , 锚杆上 剪力指向相背的分界点称为中性点 , 该点处剪 应力为零 , 轴向拉应力为最大 , 由中性点向锚杆 两端剪应力逐渐增大 , 轴向拉应力逐渐减少. 该 理论得到了实测结果的证实. 图 1 采用测力锚 杆对锚杆全长应力及应变进行测试 , 测试剪应 力与轴力分布结果.
③倾斜交叉布置锚杆对提高峰值强度及控 制岩体扩容作用显著 , 倾角在 65°左右效 果最 佳 , 但这种锚固形式要求锚杆具有较大的侧向
刚度. ④全长胶结锚固与端锚相比 , 两种锚固形
式的峰值相差不大 , 但两者的体变曲线有所不 同 , 并且前者扩容开始的晚 , 对抑制岩体的扩容 较有效 , 且其峰值后软化现象不明显. 两端锚的 锚固形式具有软化现象 , 后期的强度较低.
一个世纪以来 , 国内外岩土锚固技术无论 在理论研究 、技术创新或工程应用方面 , 都取得 了飞速的发展. 近 20 年以来 , 岩土锚固的主要 成就和最新的发展主要表现在以下几点[ 2 , 4 ～ 6] :
(1)锚杆的应用领域和规模不断扩大. 锚杆 锚固技术除了在地下工程 、边坡工程 、结构抗浮 工程 、深基坑工程继续保持着良好的发展势态 之外 , 还在重力坝加固工程 、桥梁路基工程以及 抗倾覆 、抗地震工程中的地层锚固方面有了长 足的发展.
1 锚杆锚固的特点
锚杆锚固是在地层中 , 通过锚杆将结构物
收稿日期 :2006 - 11 - 08 第一作者简介 :姚爱敏 , 硕士研究生. 主要研究方向 :土木工程.
与地层紧紧连锁在一起 , 依赖锚杆与周围地层 的抗剪强度传递结构物的拉力 , 使地层自身得 到加固 , 达到保持结构物和岩体稳定的目的. 与 传统的支护方式相比较 , 锚杆锚固技术有其自 身的鲜明特点[ 3] :
其一 , 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 ;
其二 , 与最大水平应力呈锐角相交的巷道 , 其顶底板变形破坏偏向巷道的某一侧壁 ;
其三 , 与最大水平应力垂直的巷道 , 顶底板
稳定性最差. ② 锚杆支护围岩强度强化理论. 它由中国
矿业大学压力研究所在wenku.baidu.com析已有成果的基础上
(3)锚杆的作用部位 、方向 、结构参数 、密度 和施工时机可以根据需要方便地设定和调整 , 能以最小的支护抗力获得最佳的稳定效果. 锚 杆亦可以显著节约工程材料 , 有效地提高场地 的利用率 , 经济效益十分显著.
2 锚固技术的理论 、技术与应用现 状及其新发展
1872 年英国北威尔士露天页岩 矿首次应 用锚杆加固 边坡以来 , 从最初人们 的怀疑 、疑
国内外的地层锚杆规范一般都对锚杆的适 用范围 、定义 、设计 、材料 、防腐 、施工 、试验等项 目作了明确规定 , 我国颁发的国家标准《锚杆喷 射混凝土支护技术规范》(GB50086 —2001)对 锚杆锚固体设计的最小安全系数的 规格见表
1. 该标准与世界多数国家锚杆标准安全系数的 取值极为接近.
①加锚比无锚情况单轴压缩时材料峰值提 高约 17 %, 残余强度提高了一倍 , 抗变形能力 显著增加 , 抗拉强度亦提高了一倍. 对于双轴受 力 , 其峰值强 度对不同 的情况 可提高 50 % ～ 100 %甚至更多 , 当锚固密度相当大时 , 在无扩 容的情况下可提高 3 倍的强度.
②平面应变条件下试件强度除与锚固密度 相关外 , 锚固角 、锚固型式 、锚杆材料的抗剪强 度及侧向刚度对试件的强度影响也较大.
(5)锚杆日益向高强度 、超高强度发展 , 其 技术途径主有以下两点 :一是研制强度高和具 有较好延性的新型材料 ;二是加大锚杆直径.
(6)施工机具的完善与进步 , 相应的监测技 术与设备的开发研究. 早先的锚杆施工 , 人工劳 动占 50 %以上 , 机具不配套 , 施工质量难以保 证. 目前 , 已经有较为先进的 、大功率的 、全套性 的施工设备 , 可以一次完成钻 、装 、安等相应工 序. 这些设备加快了施工进度 , 并提高了锚杆技 术的可靠度.
第 19 卷第 3 期 2007 年 9 月
北方工业大学学报 J. NORT H C HINA UNIV. OF T EC H.
Vo l. 19 No. 3 Sept . 2007
锚杆支护现状及其发展趋势
姚爱敏1) 孙世国1) 刘玉福2)
(1)北方工业大学建筑工程学院 , 100041, 北京 ;2)北京方正联工程咨询公司 , 100026 , 北京)
摘 要 本文针对锚杆在隧道 、基坑 、矿山等大型工程应用中的支护方法 、计算理 论及其安 全评价等内容的研究现状进行了分析 , 对存 在的问题 和不足 及应改 进的地 方进行 了讨论 , 并就 未来锚杆的发展趋势进行了探讨.
关键词 锚杆支护 ;研究现状 ;发展趋势 分类号 T U 94 +2
岩土锚固技术是近代岩土工程领域中的一 个重要分支. 锚固技术 , 国内习惯统称为锚杆支 护技术 , 国外一般称锚固技术或锚杆加固技术. 它是一种结构简单的主动支护 , 它能最大限度 地保持围岩的完整性 、稳定性 , 能有效地控制围 岩变形 、位移和裂缝的发展 , 充分发挥围岩自身 的支撑作用 , 把围岩从荷载变为承载体 , 变被动 支护为主动 支护 , 且具 有运输施工 方便 、效 率 高 , 有利于加快施工进度 , 且施工成本低 、支护 效果好 、施工噪音小等优点. 自 1872 年英国北 威尔士露天页岩矿首次应用锚杆加 固边坡及 1912 年德国谢列兹矿最先在井下巷 道采用锚 固技术以来 , 锚固技术至今已有 100 多年的发 展历史. 锚固技术作为一种技术经济优越的技 术手段 , 越来越广泛地应用于各个工程领域 , 目 前不仅广泛应用于世界主要产煤国家 , 而且也 推广应用于冶金 、水利水电 、铁路公路 、军工及 建筑等工程之中 , 伴随着“21 世纪 - 地下工程 的世纪”的来临 , 可以预见 , 该技术必将得到更 广泛深入的研究和推广应用[ 1 ～ 2] .
目前普遍被人们接受的理论有 :悬吊理论 、 组合梁理论和组合拱理论. 随着锚固技术的应 用与发展 , 人们已经意识到现有的锚杆支护理 论和作用原理还不足以把锚固作用机理给予合
理的解释和定量性的评价 , 据有关文献知 , 目前 提出的新理论有代表性的为[ 4] :
①最大水平应力理论. 它由澳大利亚学者 盖尔提出. 最大水平应力理论认为 , 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 , 最大水平应力一般为最小应力的 1. 5 ～ 2. 5 倍. 巷道顶底板的稳定性主要受水平 应力的影响 , 且有以下特点 :
(1)能在地层开挖后 , 立即提供支护抗力 , 有利于保护地层的固有强度 , 有效阻止地层的 进一步扰动 , 控制地层变形的发展 , 将结构物 、 地层紧密连锁在一起 , 形成共同的工作体系 , 提 高施工过程的安全性.
(2)提高地层软弱结构面 、潜在滑移面的抗 剪强度 , 改善地层的力学性能 、应力状态 , 使其 向有利于稳定的方向发展.
研究提出的. 该理论揭示了锚杆的作用原理和 加固围岩的实质 , 并为合理确定锚杆支护参数 提供了合理的理论依据.
③围岩松动圈理论. 它是中国矿业大学针 对煤矿巷道的锚喷支护首次提出的. 该理论认 为 , 由于巷道的掘进 , 破坏了原岩应力的平衡 , 改变了原岩应力状态 , 当围岩应力升高范围的 岩体强度低于其应力时 , 发生屈服破坏 , 这种破 坏将由巷道周边向深部发展. 由于巷道周围形 成了不利于围岩稳定的松动围岩 , 由此 , 松动圈 的范围就决定了巷道的稳定性 , 也是锚杆支护 设计的依据. 该理论还提出了与之相应的支护 参数 , 并提出可以用声波测试确定松动圈的范 围. 它的创新之处在于 :明确了巷道支护对象 , 既不是弹塑性支护理论中的塑性区岩体 , 也不 是冒落拱内的岩石重量 , 并强调了松动圈形成 的时间性 , 以及发展的渐进性和动态变化. 不足 之处 :它并没有体现支护于围岩的相互作用 , 再 者当软弱破裂岩不同程度地含有粘土质膨胀物 时 , 很难通过声波测试出确切的松动圈范围. 2. 2 锚杆技术
第 3 期 姚爱敏 孙世国 :锚杆支护现状及其发展趋势
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虑 , 发展到今天已有 100 多年的历史 , 锚杆支护 凭借显著的技术经济优越性 , 已经几乎不受限 制地广泛应用于岩土工程的各个领域. 西欧 、中 欧一些主要产煤国家过去巷道中主要采用金属
支架支护 , 随着巷道维护日益困难和支护成本 的增加 , 各国均在积极发展锚杆. 锚杆支护发展 最快的是英国. 在 1987 年以前 , 英国煤矿巷道 支护 90 %以上采用金属支架 , 自英国从澳大利 亚引进了成套的锚杆支护技术 , 从而扭转了过 去的被动局面 , 煤巷锚杆支护得到迅猛发展 , 据 统计到 1994 年起在巷道支护中所占比例已达 到 80 %以上. 就目前而言 , 国外锚固技术以澳 大利亚 、美国发展最为迅速 , 两国锚杆支护比重 已接近 100 %, 其锚 固 技 术 水 平居 于 世 界 前 列 . [ 1 , 2 , 4]
②中国矿业大学(北京校区)袁文伯等人基 于弹塑性理论分析认为 :锚杆的极限长度宜大 于塑性区厚度且不宜过多地超出塑性区范围 , 其理论依据是 , 在塑性区锚杆产生的拉应力远 远大于弹性区 , 锚杆过长带来作用效率降低且 不经济 ;对锚杆直径 , 认为其仅与最大剪应力有 关 , 由于粘结层强度的限制 , 故锚杆存在着极限
我国于 20 世纪 50 年代开始试用锚杆支护 技术 , 至 70 年代前 期还 处于 探索 阶段 , 直 到 1978 年才开始重点推广 , 至 80 年代向英国学 习锚杆支护技术后推广到煤巷支护 , 90 年代又 向澳大利亚学习引进成套先进的锚 杆支护技
术 , 目前已得到较广泛的推广和应用. 在一些矿 区的锚杆支护巷道比例达到 90 %以上 , 有些矿 井甚至达到了 100 %, 取得了较好的技术与经 济效益[ 1 , 2 , 4] . 2. 1 锚杆支护理论
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北 方 工 业 大 学 学 报 第 19 卷
即具有足够的支护阻力 , 又有一定延伸性的可 伸长锚杆是必要的 , 目前他们已经研制出了若 干种类型 , 有的伸长量可达 50 %.
(3)锚杆的标准化建设日益完善. 20 世纪 70 年代以后 , 由于岩土锚杆的迅速发展和广泛 应用 , 前德国 、瑞士 、英国 、美国 、中国的香港特 别行政区 、国际预应力混凝土协会 、澳大利亚 、 日本以及我国等许多国家 、地区或机构先后制 定了锚杆规范与推荐性标准 , 从而使岩土锚固 的应用沿着经济合理 、技术先进 、安全可靠的轨 道发展.
表 1 锚杆锚固体的安全系数
安全系数
锚杆破坏后危害程度
临时 永久 锚杆 锚杆
危害轻微 , 不会构成公共安全问题 1. 4 1. 8
危害较大 , 但公共安全无问题
1. 6 2. 0
危害大 , 会出现公共安全问题
1. 8 2. 2
注 :永久锚杆预应力筋的设计安全系数 为 1. 8.
(4)锚杆锚固荷载传递方式的研究取得可 喜进展. 山东大学朱维申等人曾进行了不同锚 固方案的模拟试验并获得了如下成果 :
3 岩体锚固参数的研究
国内对岩体锚固参数的研究偏重于锚杆长 度和锚杆直径 , 研究表明 :锚杆长度和锚杆直径 都存在着极限值 , 并不是通常认为的愈长愈好 和愈粗愈好. 具有代表性的研究结果有以下几 个方面[ 4 ～ 7] :
①最 早提 出“ 中 性点” 理论 的东 北大 学王 明 恕等人认为 :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. 而在围岩深处(锚杆头部) , 围岩阻 止锚杆向壁面方向移动 , 剪力背向壁面 , 锚杆上 剪力指向相背的分界点称为中性点 , 该点处剪 应力为零 , 轴向拉应力为最大 , 由中性点向锚杆 两端剪应力逐渐增大 , 轴向拉应力逐渐减少. 该 理论得到了实测结果的证实. 图 1 采用测力锚 杆对锚杆全长应力及应变进行测试 , 测试剪应 力与轴力分布结果.
③倾斜交叉布置锚杆对提高峰值强度及控 制岩体扩容作用显著 , 倾角在 65°左右效 果最 佳 , 但这种锚固形式要求锚杆具有较大的侧向
刚度. ④全长胶结锚固与端锚相比 , 两种锚固形
式的峰值相差不大 , 但两者的体变曲线有所不 同 , 并且前者扩容开始的晚 , 对抑制岩体的扩容 较有效 , 且其峰值后软化现象不明显. 两端锚的 锚固形式具有软化现象 , 后期的强度较低.
一个世纪以来 , 国内外岩土锚固技术无论 在理论研究 、技术创新或工程应用方面 , 都取得 了飞速的发展. 近 20 年以来 , 岩土锚固的主要 成就和最新的发展主要表现在以下几点[ 2 , 4 ～ 6] :
(1)锚杆的应用领域和规模不断扩大. 锚杆 锚固技术除了在地下工程 、边坡工程 、结构抗浮 工程 、深基坑工程继续保持着良好的发展势态 之外 , 还在重力坝加固工程 、桥梁路基工程以及 抗倾覆 、抗地震工程中的地层锚固方面有了长 足的发展.
1 锚杆锚固的特点
锚杆锚固是在地层中 , 通过锚杆将结构物
收稿日期 :2006 - 11 - 08 第一作者简介 :姚爱敏 , 硕士研究生. 主要研究方向 :土木工程.
与地层紧紧连锁在一起 , 依赖锚杆与周围地层 的抗剪强度传递结构物的拉力 , 使地层自身得 到加固 , 达到保持结构物和岩体稳定的目的. 与 传统的支护方式相比较 , 锚杆锚固技术有其自 身的鲜明特点[ 3] :
其一 , 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 ;
其二 , 与最大水平应力呈锐角相交的巷道 , 其顶底板变形破坏偏向巷道的某一侧壁 ;
其三 , 与最大水平应力垂直的巷道 , 顶底板
稳定性最差. ② 锚杆支护围岩强度强化理论. 它由中国
矿业大学压力研究所在wenku.baidu.com析已有成果的基础上
(3)锚杆的作用部位 、方向 、结构参数 、密度 和施工时机可以根据需要方便地设定和调整 , 能以最小的支护抗力获得最佳的稳定效果. 锚 杆亦可以显著节约工程材料 , 有效地提高场地 的利用率 , 经济效益十分显著.
2 锚固技术的理论 、技术与应用现 状及其新发展
1872 年英国北威尔士露天页岩 矿首次应 用锚杆加固 边坡以来 , 从最初人们 的怀疑 、疑
国内外的地层锚杆规范一般都对锚杆的适 用范围 、定义 、设计 、材料 、防腐 、施工 、试验等项 目作了明确规定 , 我国颁发的国家标准《锚杆喷 射混凝土支护技术规范》(GB50086 —2001)对 锚杆锚固体设计的最小安全系数的 规格见表
1. 该标准与世界多数国家锚杆标准安全系数的 取值极为接近.
①加锚比无锚情况单轴压缩时材料峰值提 高约 17 %, 残余强度提高了一倍 , 抗变形能力 显著增加 , 抗拉强度亦提高了一倍. 对于双轴受 力 , 其峰值强 度对不同 的情况 可提高 50 % ～ 100 %甚至更多 , 当锚固密度相当大时 , 在无扩 容的情况下可提高 3 倍的强度.
②平面应变条件下试件强度除与锚固密度 相关外 , 锚固角 、锚固型式 、锚杆材料的抗剪强 度及侧向刚度对试件的强度影响也较大.
(5)锚杆日益向高强度 、超高强度发展 , 其 技术途径主有以下两点 :一是研制强度高和具 有较好延性的新型材料 ;二是加大锚杆直径.
(6)施工机具的完善与进步 , 相应的监测技 术与设备的开发研究. 早先的锚杆施工 , 人工劳 动占 50 %以上 , 机具不配套 , 施工质量难以保 证. 目前 , 已经有较为先进的 、大功率的 、全套性 的施工设备 , 可以一次完成钻 、装 、安等相应工 序. 这些设备加快了施工进度 , 并提高了锚杆技 术的可靠度.
第 19 卷第 3 期 2007 年 9 月
北方工业大学学报 J. NORT H C HINA UNIV. OF T EC H.
Vo l. 19 No. 3 Sept . 2007
锚杆支护现状及其发展趋势
姚爱敏1) 孙世国1) 刘玉福2)
(1)北方工业大学建筑工程学院 , 100041, 北京 ;2)北京方正联工程咨询公司 , 100026 , 北京)
摘 要 本文针对锚杆在隧道 、基坑 、矿山等大型工程应用中的支护方法 、计算理 论及其安 全评价等内容的研究现状进行了分析 , 对存 在的问题 和不足 及应改 进的地 方进行 了讨论 , 并就 未来锚杆的发展趋势进行了探讨.
关键词 锚杆支护 ;研究现状 ;发展趋势 分类号 T U 94 +2
岩土锚固技术是近代岩土工程领域中的一 个重要分支. 锚固技术 , 国内习惯统称为锚杆支 护技术 , 国外一般称锚固技术或锚杆加固技术. 它是一种结构简单的主动支护 , 它能最大限度 地保持围岩的完整性 、稳定性 , 能有效地控制围 岩变形 、位移和裂缝的发展 , 充分发挥围岩自身 的支撑作用 , 把围岩从荷载变为承载体 , 变被动 支护为主动 支护 , 且具 有运输施工 方便 、效 率 高 , 有利于加快施工进度 , 且施工成本低 、支护 效果好 、施工噪音小等优点. 自 1872 年英国北 威尔士露天页岩矿首次应用锚杆加 固边坡及 1912 年德国谢列兹矿最先在井下巷 道采用锚 固技术以来 , 锚固技术至今已有 100 多年的发 展历史. 锚固技术作为一种技术经济优越的技 术手段 , 越来越广泛地应用于各个工程领域 , 目 前不仅广泛应用于世界主要产煤国家 , 而且也 推广应用于冶金 、水利水电 、铁路公路 、军工及 建筑等工程之中 , 伴随着“21 世纪 - 地下工程 的世纪”的来临 , 可以预见 , 该技术必将得到更 广泛深入的研究和推广应用[ 1 ～ 2] .
目前普遍被人们接受的理论有 :悬吊理论 、 组合梁理论和组合拱理论. 随着锚固技术的应 用与发展 , 人们已经意识到现有的锚杆支护理 论和作用原理还不足以把锚固作用机理给予合
理的解释和定量性的评价 , 据有关文献知 , 目前 提出的新理论有代表性的为[ 4] :
①最大水平应力理论. 它由澳大利亚学者 盖尔提出. 最大水平应力理论认为 , 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 , 最大水平应力一般为最小应力的 1. 5 ～ 2. 5 倍. 巷道顶底板的稳定性主要受水平 应力的影响 , 且有以下特点 :
(1)能在地层开挖后 , 立即提供支护抗力 , 有利于保护地层的固有强度 , 有效阻止地层的 进一步扰动 , 控制地层变形的发展 , 将结构物 、 地层紧密连锁在一起 , 形成共同的工作体系 , 提 高施工过程的安全性.
(2)提高地层软弱结构面 、潜在滑移面的抗 剪强度 , 改善地层的力学性能 、应力状态 , 使其 向有利于稳定的方向发展.
研究提出的. 该理论揭示了锚杆的作用原理和 加固围岩的实质 , 并为合理确定锚杆支护参数 提供了合理的理论依据.
③围岩松动圈理论. 它是中国矿业大学针 对煤矿巷道的锚喷支护首次提出的. 该理论认 为 , 由于巷道的掘进 , 破坏了原岩应力的平衡 , 改变了原岩应力状态 , 当围岩应力升高范围的 岩体强度低于其应力时 , 发生屈服破坏 , 这种破 坏将由巷道周边向深部发展. 由于巷道周围形 成了不利于围岩稳定的松动围岩 , 由此 , 松动圈 的范围就决定了巷道的稳定性 , 也是锚杆支护 设计的依据. 该理论还提出了与之相应的支护 参数 , 并提出可以用声波测试确定松动圈的范 围. 它的创新之处在于 :明确了巷道支护对象 , 既不是弹塑性支护理论中的塑性区岩体 , 也不 是冒落拱内的岩石重量 , 并强调了松动圈形成 的时间性 , 以及发展的渐进性和动态变化. 不足 之处 :它并没有体现支护于围岩的相互作用 , 再 者当软弱破裂岩不同程度地含有粘土质膨胀物 时 , 很难通过声波测试出确切的松动圈范围. 2. 2 锚杆技术