锚杆支护技术

1、第一节第一节 煤巷锚杆支护理论煤巷锚杆支护理论 传统的锚杆支护理论有悬吊理论、组合梁传统的锚杆支护理论有悬吊理论、组合梁理论和加固拱理论等。悬吊是最早的锚杆支理论和加固拱理论等。悬吊是最早的锚杆支护理论，它具有直观、易懂及使用方便等特护理论，它具有直观、易懂及使用方便等特点。特别是在顶板上部有稳定岩层，而其下点。特别是在顶板上部有稳定岩层，而其下部存在松散、破碎岩层的条件下，这种支护部存在松散、破碎岩层的条件下，这种支护理论应用比较广泛。其主要缺陷是仅考虑了理论应用比较广泛。其主要缺陷是仅考虑了锚杆的抗拉作用，没有涉及其抗剪能力及对锚杆的抗拉作用，没有涉及其抗剪能力及对破碎岩层整体强度的提高。

2、破碎岩层整体强度的提高。 组合梁理论充分考虑了锚杆对岩层离层与滑动的约组合梁理论充分考虑了锚杆对岩层离层与滑动的约束作用，适用于层状岩层。该理论认为，锚杆提供的轴束作用，适用于层状岩层。该理论认为，锚杆提供的轴向力将对岩层离层产生约束，并且增大了各岩层间的摩向力将对岩层离层产生约束，并且增大了各岩层间的摩擦力，与锚杆杆体提供的抗剪力一同阻止岩层间产生相擦力，与锚杆杆体提供的抗剪力一同阻止岩层间产生相对滑动。加固拱理论认为，即使在软弱、松散、破碎的对滑动。加固拱理论认为，即使在软弱、松散、破碎的岩层中安装锚杆，也可以形成一个承载结构。只要锚杆岩层中安装锚杆，也可以形成一个承载结构。只要锚杆间距足

3、够小，就能在岩体中产生一个均匀压缩带，它可间距足够小，就能在岩体中产生一个均匀压缩带，它可以承受破坏区上部破碎岩石的载荷。加固拱理论充分考以承受破坏区上部破碎岩石的载荷。加固拱理论充分考虑了锚杆支护的整体作用，在软岩巷道中得到较为广泛虑了锚杆支护的整体作用，在软岩巷道中得到较为广泛的应用。的应用。 一、悬吊理论一、悬吊理论 悬吊理论认为：锚杆支护的作用就是将巷道顶板较悬吊理论认为：锚杆支护的作用就是将巷道顶板较软弱岩层悬吊在上部稳定岩层上，以增强较软弱岩层的软弱岩层悬吊在上部稳定岩层上，以增强较软弱岩层的稳定性。稳定性。 对于回采巷道经常遇到的层状岩体，当巷道开挖后，对于回采巷道经常遇到的层状

4、岩体，当巷道开挖后，直接顶因弯曲、变形与老顶分离，如果锚杆及时将直接直接顶因弯曲、变形与老顶分离，如果锚杆及时将直接顶挤压并悬吊在老顶上，就能减小和限制直接顶的下沉顶挤压并悬吊在老顶上，就能减小和限制直接顶的下沉和离层，以达到支护的目的，如图和离层，以达到支护的目的，如图1所示。所示。 巷道浅部围岩松软破碎，或者开掘巷道后应力重新巷道浅部围岩松软破碎，或者开掘巷道后应力重新分布，顶板出现松动破裂区，这时锚杆的悬吊作用就是分布，顶板出现松动破裂区，这时锚杆的悬吊作用就是将这部分易冒落岩体悬吊在深部未松动岩层上。这是悬将这部分易冒落岩体悬吊在深部未松动岩层上。这是悬吊理论的进一步发展，如吊理论的进

5、一步发展，如2所示。所示。图图1 锚杆的悬吊作用锚杆的悬吊作用图图2 顶板锚杆悬吊松动破裂岩层顶板锚杆悬吊松动破裂岩层 根据悬吊岩层的重量就可以进行锚杆支护设计。根据悬吊岩层的重量就可以进行锚杆支护设计。 悬吊理论直观地揭示了锚杆的悬吊作用，在分析过悬吊理论直观地揭示了锚杆的悬吊作用，在分析过程中不考虑围岩的自承能力，而且将被锚固体与原岩体程中不考虑围岩的自承能力，而且将被锚固体与原岩体分开，与实际情况有一定差距，计算数据存在误差。分开，与实际情况有一定差距，计算数据存在误差。 悬吊理论只适用于巷道顶板，不适用于巷道帮、底。悬吊理论只适用于巷道顶板，不适用于巷道帮、底。如果顶板中没有坚硬稳定岩

6、层或顶板软弱岩层较厚，围如果顶板中没有坚硬稳定岩层或顶板软弱岩层较厚，围岩破碎区范围较大，无法将锚杆锚固到上面坚硬岩层或岩破碎区范围较大，无法将锚杆锚固到上面坚硬岩层或者未松动岩层上，悬吊理论就不适用。者未松动岩层上，悬吊理论就不适用。二、组合梁理论二、组合梁理论 组合梁理论认为，在层状岩体中开挖巷道，当顶板组合梁理论认为，在层状岩体中开挖巷道，当顶板在一定范围内不存在坚硬稳定岩层时，锚杆的悬吊作用在一定范围内不存在坚硬稳定岩层时，锚杆的悬吊作用居次要地位。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，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

7、的摩擦力，防一方面是依靠锚杆的锚固力增加各岩层间的摩擦力，防止岩石沿层面滑动，避免各岩层出现离层现象；另一方止岩石沿层面滑动，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紧成一个较厚的岩层(组合梁组合梁)。这种组合厚岩层在上覆。这种组合厚岩层在上覆岩层载荷的作用下，其最大弯曲应变和应力都将大大减岩层载荷的作用下，其最大弯曲应变和应力都将大大减小，组合梁的挠度亦减小，而且组合梁越厚，梁内的最小，组合梁的

8、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，如图大应力、应变和梁的挠度也就越小，如图3所示。所示。 根据组合梁的强度大小，可以确定锚杆支护参数。根据组合梁的强度大小，可以确定锚杆支护参数。图3 顶板锚杆组合梁作用(a)未打锚杆(b)布置顶板锚杆 组合梁理论，是对锚杆将顶板岩层组合梁理论，是对锚杆将顶板岩层锁紧成较厚岩层的解释。在分析中，将锁紧成较厚岩层的解释。在分析中，将锚杆作用与围岩的自稳作用分开，与实锚杆作用与围岩的自稳作用分开，与实际情况有一定差距，并且随着围岩条件际情况有一定差距，并且随着围岩条件的变化，在顶板较破碎、连续性受到破的变化，在顶板较破碎、连续性受到

9、破坏时，组合梁也就不存在了。坏时，组合梁也就不存在了。 组合梁理论只适合于层状顶板锚杆组合梁理论只适合于层状顶板锚杆支护的设计，对于巷道的帮、底不适用。支护的设计，对于巷道的帮、底不适用。三、组合拱三、组合拱(压缩拱压缩拱)理论理论 组合拱理论认为：在拱形巷道围岩的破裂区中安组合拱理论认为：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，只要锚杆间距足够小，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，就能在岩体各个锚杆形成的压应力圆锥体将相互交错，

10、就能在岩体中形成一个均匀的压缩带，即承压拱中形成一个均匀的压缩带，即承压拱(亦称组合拱或压亦称组合拱或压缩拱缩拱)，这个承压拱可以承受其上部破碎岩石施加的径，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，支撑能力也相应加向应力状态，其围岩强度得到提高，支撑能力也相应加大，如图大，如图4所示。因此，锚杆支护的关键在于获取较大所示。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承能力的

11、提高。岩的稳定和支承能力的提高。 图4 锚杆的组合拱原理 组合拱理论在一定程度上揭示了锚杆支护的作组合拱理论在一定程度上揭示了锚杆支护的作用机理，但在分析过程中没有深入考虑围岩一支护用机理，但在分析过程中没有深入考虑围岩一支护的相互作用，只是将各支护结构的最大支护力简单的相互作用，只是将各支护结构的最大支护力简单相加，从而得到复合支护结构总的最大支护力，缺相加，从而得到复合支护结构总的最大支护力，缺乏对被加固岩体本身力学行为的进一步分析探讨，乏对被加固岩体本身力学行为的进一步分析探讨，计算也与实际情况存在一定差距，一般不能作为准计算也与实际情况存在一定差距，一般不能作为准确的定量设计，但可作为

12、锚杆加固设计和施工的重确的定量设计，但可作为锚杆加固设计和施工的重要参考。要参考。四、最大水平应力理论四、最大水平应力理论 最 大 水 平 应 力 理 论 由 澳 大 利 亚 学 者 盖 尔最 大 水 平 应 力 理 论 由 澳 大 利 亚 学 者 盖 尔(WJGale)提出。该理论认为：矿井岩层的水平提出。该理论认为：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水平应力的性，最大水平应力一般为最小水平应力的L 525倍。巷道顶底板的稳定性主要受水平应力的影响，倍。巷道顶底板的稳定性主要受水平应力的影响，且有三

13、个特点：且有三个特点：(1)与最大水平应力平行的巷道受水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；平应力影响最小，顶底板稳定性最好；(2)与最大水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平应力呈锐角相交的巷道，其顶底板变形破坏偏向巷道某一帮；巷道某一帮；(3)与最大水平应力垂直的巷道，顶底与最大水平应力垂直的巷道，顶底板稳定性最差，如图板稳定性最差，如图5所示。所示。图图5 应力场效应应力场效应(a)巷道平行于主应力巷道平行于主应力(最佳方向最佳方向)； (b)巷道与主应力呈巷道与主应力呈45夹角；夹角； (c)巷道与主应力呈巷道与主应力呈90夹角夹角(最劣方向

14、最劣方向) 在最大水平应力作用下，顶底板岩层易于发生剪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的岩层剪切错动(图图6)，因此要求锚杆必须具备强度，因此要求锚杆必须具备强度大、刚度大、抗剪阻力大，才能起约束围岩变形的大、刚度大、抗剪阻力大，才能起约束围岩变形的作用。作用。 最大水平应力理论，论述了巷道围岩水平应力对最大水平应力理论，论述了巷道围岩水平应力对巷道稳定性的影响以及锚杆支护所起的作用。巷道稳定性的

15、影响以及锚杆支护所起的作用。 在设计方法上，借助于计算机数值模拟不同支护在设计方法上，借助于计算机数值模拟不同支护情况下锚杆对围岩的控制效果，进行优化设计，在情况下锚杆对围岩的控制效果，进行优化设计，在使用中强调监测的重要性，并根据监测结果修改完使用中强调监测的重要性，并根据监测结果修改完善初始设计。善初始设计。(a)约束岩层膨胀； (b)约束岩层错动图图6 锚杆加固作用示意图五、巷道锚杆支护围岩强度强化理论综述五、巷道锚杆支护围岩强度强化理论综述v该理论的要点是：该理论的要点是：(1)巷道锚杆支护的实质是锚杆和锚巷道锚杆支护的实质是锚杆和锚固区域的岩体相互作用而组成锚固体，形成统一的承载固区

16、域的岩体相互作用而组成锚固体，形成统一的承载结构；结构；(2)巷道锚杆支护可以提高锚固体的力学参数，巷道锚杆支护可以提高锚固体的力学参数，包括锚固体破坏前和破坏后的力学参数包括锚固体破坏前和破坏后的力学参数(E、C、)，改，改善被锚固岩体的力学性能；善被锚固岩体的力学性能；(3)巷道围岩存在破碎区、巷道围岩存在破碎区、塑性区、弹性区，锚杆锚固区域内岩体的峰值强度或峰塑性区、弹性区，锚杆锚固区域内岩体的峰值强度或峰后强度、残余强度均能得到强化；（后强度、残余强度均能得到强化；（4）巷道锚杆支护）巷道锚杆支护可改变围岩的应力状态、增加围压，从而提高围岩的承可改变围岩的应力状态、增加围压，从而提高围

17、岩的承载能力、改善巷道的支护状况；载能力、改善巷道的支护状况；(5)巷道围岩锚固体强巷道围岩锚固体强度提高以后，可减小巷道周围破碎区、塑性区的范围和度提高以后，可减小巷道周围破碎区、塑性区的范围和巷道的表面位移，控制围岩破碎区、塑性区的发展，从巷道的表面位移，控制围岩破碎区、塑性区的发展，从而有利于保持巷道围岩的稳定。而有利于保持巷道围岩的稳定。 中国矿业大学矿山压力研究所，在分析已有研究成中国矿业大学矿山压力研究所，在分析已有研究成果的基础上研究并提出了巷道锚杆支护围岩强度强化理果的基础上研究并提出了巷道锚杆支护围岩强度强化理论。该理论揭示了锚杆的作用原理和加固巷道围岩的实论。该理论揭示了锚

18、杆的作用原理和加固巷道围岩的实质，并为合理确定锚杆支护参数提供了理论依据。该理质，并为合理确定锚杆支护参数提供了理论依据。该理论的要点是：论的要点是：(1)巷道锚杆支护的实质是锚杆和锚固区巷道锚杆支护的实质是锚杆和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；域的岩体相互作用而组成锚固体，形成统一的承载结构；(2)巷道锚杆支护可以提高锚固体的力学参数，包括锚巷道锚杆支护可以提高锚固体的力学参数，包括锚固体破坏前和破坏后的力学参数固体破坏前和破坏后的力学参数(E、C、)，改善被锚，改善被锚固岩体的力学性能；固岩体的力学性能；(3)巷道围岩存在破碎区、塑性区、巷道围岩存在破碎区、塑性区、

19、弹性区，锚杆锚固区域内岩体的峰值强度或峰后强度、弹性区，锚杆锚固区域内岩体的峰值强度或峰后强度、残余强度均能得到强化；（残余强度均能得到强化；（4）巷道锚杆支护可改变围）巷道锚杆支护可改变围岩的应力状态、增加围压，从而提高围岩的承载能力、岩的应力状态、增加围压，从而提高围岩的承载能力、改善巷道的支护状况；改善巷道的支护状况；(5)巷道围岩锚固体强度提高以巷道围岩锚固体强度提高以后，可减小巷道周围破碎区、塑性区的范围和巷道的表后，可减小巷道周围破碎区、塑性区的范围和巷道的表面位移，控制围岩破碎区、塑性区的发展，从而有利于面位移，控制围岩破碎区、塑性区的发展，从而有利于保持巷道围岩的稳定。保持巷道

20、围岩的稳定。 锚杆杆体主要提供两方面的作用，第一是抗拉，其锚杆杆体主要提供两方面的作用，第一是抗拉，其次是抗剪。锚固剂的作用是将钻孔孔壁岩石与杆体粘结次是抗剪。锚固剂的作用是将钻孔孔壁岩石与杆体粘结在一起。对于端部锚固锚杆，锚固剂的作用在于提供粘在一起。对于端部锚固锚杆，锚固剂的作用在于提供粘结力，使锚杆能承受一定的拉力。锚杆拉力除锚固端外，结力，使锚杆能承受一定的拉力。锚杆拉力除锚固端外，沿长度方向是均匀分布的。由于锚杆与钻孔间有较大空沿长度方向是均匀分布的。由于锚杆与钻孔间有较大空隙，所以锚杆的抗剪能力只有在岩层发生较大错动后才隙，所以锚杆的抗剪能力只有在岩层发生较大错动后才能发挥出来。对

21、于全长锚固锚杆，锚固剂的作用比较复能发挥出来。对于全长锚固锚杆，锚固剂的作用比较复杂，主要有两方面：将锚杆杆体与钻孔孔壁粘结在一起，杂，主要有两方面：将锚杆杆体与钻孔孔壁粘结在一起，使锚杆随着岩层移动承受拉力；当岩层发生错动时，与使锚杆随着岩层移动承受拉力；当岩层发生错动时，与杆体共同起抗剪作用，阻止岩层发生滑动。对于端部锚杆体共同起抗剪作用，阻止岩层发生滑动。对于端部锚固锚杆，杆体各部位的应力和应变相等。在锚固范围内，固锚杆，杆体各部位的应力和应变相等。在锚固范围内，任何部位岩层的离层都均匀地分散到整个杆体的长度上。任何部位岩层的离层都均匀地分散到整个杆体的长度上。对于全长锚固锚杆，这种分散

22、是不可能的，致使应力、对于全长锚固锚杆，这种分散是不可能的，致使应力、应变沿锚杆长度方向分布极不均匀，离层大的部位锚杆应变沿锚杆长度方向分布极不均匀，离层大的部位锚杆受力很大。这是全长锚固锚杆与端部锚固锚杆的根本区受力很大。这是全长锚固锚杆与端部锚固锚杆的根本区别。别。 国内外学者对锚杆锚固前后岩体力学性能的变国内外学者对锚杆锚固前后岩体力学性能的变化也进行了比较全面、系统的研究。研究结果表化也进行了比较全面、系统的研究。研究结果表明，岩体锚固后可不同程度地提高其强度、弹性明，岩体锚固后可不同程度地提高其强度、弹性模量、凝聚力和内摩擦角等力学参数。而且，锚模量、凝聚力和内摩擦角等力学参数。而且

23、，锚杆的主要作用是改善破碎区、塑性区内岩石的力杆的主要作用是改善破碎区、塑性区内岩石的力学性质，提高其屈服后的强度。有无锚杆约束时学性质，提高其屈服后的强度。有无锚杆约束时岩石应力应变曲线如图所示。可见，锚杆显著增岩石应力应变曲线如图所示。可见，锚杆显著增加了岩石屈服后的强度，使岩石的破坏变得比较加了岩石屈服后的强度，使岩石的破坏变得比较平缓。平缓。图图7 锚固前后岩石应力一应变关系锚固前后岩石应力一应变关系 综上所述，根据煤巷围岩变形、破坏的特点对煤巷锚杆支护综上所述，根据煤巷围岩变形、破坏的特点对煤巷锚杆支护机理进行概括，其要点如下：机理进行概括，其要点如下： (1)回采巷道围岩变形和破坏

24、的规律在不同阶段具有明显差别，回采巷道围岩变形和破坏的规律在不同阶段具有明显差别，因此，锚杆支护的作用在巷道不同受力阶段有其特点；因此，锚杆支护的作用在巷道不同受力阶段有其特点；(2)锚杆的早期作用主要是阻止破碎岩块掉落并抑制浅部围岩锚杆的早期作用主要是阻止破碎岩块掉落并抑制浅部围岩扩容和离层，减小岩层压曲和弯曲失稳的可能性，锚杆安扩容和离层，减小岩层压曲和弯曲失稳的可能性，锚杆安装越及时，预紧力越大，支护效果越好；装越及时，预紧力越大，支护效果越好；(3)随着时间的推移和受到采动影响，巷道围岩的破坏范围会随着时间的推移和受到采动影响，巷道围岩的破坏范围会逐渐扩大，当锚杆能伸人稳定岩层中时，其

25、作用主要表现逐渐扩大，当锚杆能伸人稳定岩层中时，其作用主要表现为，将破坏区岩层与稳定层相连，阻止破坏岩层垮落，同为，将破坏区岩层与稳定层相连，阻止破坏岩层垮落，同时，锚杆提供径向和切向约束，提高破坏岩石强度，阻止时，锚杆提供径向和切向约束，提高破坏岩石强度，阻止破坏区岩层扩容、离层、滑动，从而提高其承载能力；破坏区岩层扩容、离层、滑动，从而提高其承载能力； (4)锚杆不能伸人稳定岩层时，锚杆的作用主要是提高破坏岩层锚杆不能伸人稳定岩层时，锚杆的作用主要是提高破坏岩层的整体强度，在破坏区内形成承载结构，它不仅可保持自身平的整体强度，在破坏区内形成承载结构，它不仅可保持自身平衡，而且可以阻止上部破

26、坏岩层的进一步扩容和离层，同时使衡，而且可以阻止上部破坏岩层的进一步扩容和离层，同时使围岩深部的应力分布趋于均匀和内移；围岩深部的应力分布趋于均匀和内移； (5)钢带和钢筋托梁等组合构件的早期作用主要是防止锚杆间的钢带和钢筋托梁等组合构件的早期作用主要是防止锚杆间的破碎岩块掉落，随着锚固区岩层扩容、离层的增大，钢带受力破碎岩块掉落，随着锚固区岩层扩容、离层的增大，钢带受力逐渐增加，对锚杆间的围岩施以径逐渐增加，对锚杆间的围岩施以径 向约束，阻止其产生进一步向约束，阻止其产生进一步的扩容和离层，从而增加岩层承载能力；的扩容和离层，从而增加岩层承载能力； (6)当锚固岩层发生压曲和弯曲失稳后，钢带

27、和倾斜锚杆形成组当锚固岩层发生压曲和弯曲失稳后，钢带和倾斜锚杆形成组合支护系统，阻止破坏岩层垮落和发生较合支护系统，阻止破坏岩层垮落和发生较 大的转动大的转动(如图如图) (7)回采巷道煤帮的变形破坏特征主要是扩容、松动和挤出，由回采巷道煤帮的变形破坏特征主要是扩容、松动和挤出，由于煤层强度较低且受到采动影响，所以回采巷道两帮支护显得于煤层强度较低且受到采动影响，所以回采巷道两帮支护显得尤为重要，打锚杆后对煤帮的两种变形均有控制作用。加钢带尤为重要，打锚杆后对煤帮的两种变形均有控制作用。加钢带后效果会更好。后效果会更好。第二节第二节 特种锚杆与锚索支护技术特种锚杆与锚索支护技术 对于软弱破碎、

28、高地应力、大断面等巷道和硐室，对于软弱破碎、高地应力、大断面等巷道和硐室，它们共同的特点是围岩自稳时间短、破碎范围大、它们共同的特点是围岩自稳时间短、破碎范围大、变形强烈，仅采用常规的锚杆支护很难达到有效的变形强烈，仅采用常规的锚杆支护很难达到有效的支护效果，而且支护和维修费用极高，有的甚至影支护效果，而且支护和维修费用极高，有的甚至影响矿井的正常生产。为此，开发研制了一系列对付响矿井的正常生产。为此，开发研制了一系列对付这些困难工程的支护技术。这些困难工程的支护技术。锚索和桁架的使用大大拓宽了锚杆的作用和使用范锚索和桁架的使用大大拓宽了锚杆的作用和使用范围。围。使用范围由岩巷发展到半煤岩巷、

29、全煤巷；由使用范围由岩巷发展到半煤岩巷、全煤巷；由坚硬顶板发展到软弱、破碎、极破碎顶板；由采深坚硬顶板发展到软弱、破碎、极破碎顶板；由采深浅的巷道发展到采深超千米，有冲击地压的煤巷；浅的巷道发展到采深超千米，有冲击地压的煤巷；由普通煤巷发展到小煤柱或沿空留巷：由巷道发展由普通煤巷发展到小煤柱或沿空留巷：由巷道发展到工作面的开切眼和收作线。到工作面的开切眼和收作线。图图 钢绞线桁架支护系统钢绞线桁架支护系统钢绞线桁架连接器钢绞线桁架连接器 一、特种锚杆一、特种锚杆 1注浆锚杆注浆锚杆 锚杆与注浆都是地下巷道工程围岩加固的基本形式。如果利用锚锚杆与注浆都是地下巷道工程围岩加固的基本形式。如果利用锚

30、杆兼作注浆管对巷道围岩进行注浆，一方面可加固巷道周边的破杆兼作注浆管对巷道围岩进行注浆，一方面可加固巷道周边的破裂岩体，提高围岩的自承能力；另一方面，可改善破裂岩体的结裂岩体，提高围岩的自承能力；另一方面，可改善破裂岩体的结构及其力学性能，为锚杆提供可锚的物质基础，最大限度地发挥构及其力学性能，为锚杆提供可锚的物质基础，最大限度地发挥锚杆的锚固作用。所以，如何把锚杆支护与注浆加固有机地结合锚杆的锚固作用。所以，如何把锚杆支护与注浆加固有机地结合起来，取得巷道围岩加固的最佳效果，一直是人们所努力的目标。起来，取得巷道围岩加固的最佳效果，一直是人们所努力的目标。前苏联、德国等在前苏联、德国等在20

31、世纪世纪80年代就采用空心圆管作为锚杆对围年代就采用空心圆管作为锚杆对围岩实施注浆，国内有些单位也开发了注浆锚杆。岩实施注浆，国内有些单位也开发了注浆锚杆。 图图17是一种内锚外注式锚杆。该锚杆分为三个部分，每段有一挡是一种内锚外注式锚杆。该锚杆分为三个部分，每段有一挡环隔开：锚固段，可增大端头锚固力；注浆段，布有出浆孔环隔开：锚固段，可增大端头锚固力；注浆段，布有出浆孔若干，作为注浆时出浆用；封孔段，锚杆的注浆封孔采用橡胶若干，作为注浆时出浆用；封孔段，锚杆的注浆封孔采用橡胶圈圈(或软木塞、或快速凝结剂或软木塞、或快速凝结剂)配合喷射混凝土来实现。配合喷射混凝土来实现。 图图17 内锚外注式

32、注浆锚杆内锚外注式注浆锚杆喷层；喷层；2一螺母；一螺母；3一托板；一托板；4一环状塞；一环状塞；5一挡环一挡环6一杆体；一杆体；7一出浆孔；一出浆孔；8一锚固剂一锚固剂确定了锚杆支护形式和参数的选择原则确定了锚杆支护形式和参数的选择原则1 1）一次支护原则。）一次支护原则。 锚杆支护应尽量一次支护就能有锚杆支护应尽量一次支护就能有效控制围岩变形，避免二次或多次支护。效控制围岩变形，避免二次或多次支护。2 2）高预应力和预应力扩散原则。）高预应力和预应力扩散原则。 预应力是锚杆支护预应力是锚杆支护的关键因素，是区别锚杆支护是被动支护还是主动支的关键因素，是区别锚杆支护是被动支护还是主动支护的参数

33、，只有高预应力的锚杆支护才是真正的主动护的参数，只有高预应力的锚杆支护才是真正的主动支护。支护。 一方面，要采取有效措施给锚杆施加较大的预一方面，要采取有效措施给锚杆施加较大的预应力；另一方面，通过托板、钢带等构件实现锚杆预应力；另一方面，通过托板、钢带等构件实现锚杆预应力的扩散，提高锚固体的整体刚度与完整性。应力的扩散，提高锚固体的整体刚度与完整性。水平应力水平应力水平应力水平应力垂直应力水平应力水平应力水平应力水平应力垂直应力主被动锚杆的支护效果主被动锚杆的支护效果 1 超高强锚杆杆体超高强锚杆杆体 2 螺母螺母 3 预应力标示杆预应力标示杆 4 应力松弛自补偿弹簧应力松弛自补偿弹簧5 弹

34、簧护筒弹簧护筒 6 减摩垫圈减摩垫圈 7 应力扩散托盘应力扩散托盘 8 高强树脂锚固剂高强树脂锚固剂 9 围岩围岩可控预应力超高强锚杆可控预应力超高强锚杆MQS90J2型气动锚杆安装机型气动锚杆安装机预紧扳手预紧扳手扭矩倍增器扭矩倍增器MPas350MPas550锚杆材料公称直径/mm屈服强度/MPa极限强度/MPa屈服荷载/kN极限荷载/kN伸长率/%级钢2228038010614417级钢2237041014115617级钢2248057018221715级钢2260068022825812、级螺纹钢作为杆体的树脂锚杆能够满足基本技术要求。级螺纹钢作为杆体的树脂锚杆能够满足基本技术要求。每

35、吨螺纹钢钢材仅比级螺纹钢高300400元。为深部围岩支护采用高强、超高强锚杆提供了材料上的便利条件。3 3）“三高一低三高一低”原则。原则。即高强度、高刚度、高可靠性与低支护即高强度、高刚度、高可靠性与低支护密度原则。密度原则。 在提高锚杆强度与刚度，保证支护系统可靠性的条在提高锚杆强度与刚度，保证支护系统可靠性的条件下，降低支护密度，减少单位面积上锚杆数量，提高掘进速件下，降低支护密度，减少单位面积上锚杆数量，提高掘进速度。度。4 4）临界支护刚度与强度原则。）临界支护刚度与强度原则。 锚杆支护系统存在临界支护刚锚杆支护系统存在临界支护刚度与强度，如果支护强度与刚度低于临界值，巷道将长期处于

36、度与强度，如果支护强度与刚度低于临界值，巷道将长期处于不稳定状态，围岩变形与破坏得不到有效控制。不稳定状态，围岩变形与破坏得不到有效控制。5 5）相互匹配原则。）相互匹配原则。锚杆各构件，包括托板、螺母、钢带等的参锚杆各构件，包括托板、螺母、钢带等的参数与力学性能应相互匹配，锚杆与锚索的参数与力学性能应相数与力学性能应相互匹配，锚杆与锚索的参数与力学性能应相互匹配，以最大限度地发挥锚杆支护的整体支护作用。互匹配，以最大限度地发挥锚杆支护的整体支护作用。6 6）可操作性原则。）可操作性原则。 提供的锚杆支护设计应具有可操作性，有提供的锚杆支护设计应具有可操作性，有利于井下施工管理和掘进速度的提高

37、。利于井下施工管理和掘进速度的提高。7 7）在保证巷道支护效果和安全程度，技术上可行、施工上可操）在保证巷道支护效果和安全程度，技术上可行、施工上可操作的条件下，做到经济合理，有利于降低巷道支护综合成本。作的条件下，做到经济合理，有利于降低巷道支护综合成本。 该种锚杆的应用范围为：在没有固结的岩石中，或在该种锚杆的应用范围为：在没有固结的岩石中，或在岩石异常破碎的断层泥中，打稳定的钻孔非常困难。在岩石异常破碎的断层泥中，打稳定的钻孔非常困难。在这种条件下，先钻孔后安装锚杆是不可能的。一旦钻杆这种条件下，先钻孔后安装锚杆是不可能的。一旦钻杆抽出，钻孔就会塌落。采用这种锚杆，由于锚杆即为钻抽出，钻孔就会塌落。采用这种锚杆，由于锚杆即为钻杆，所以没有必要先钻一稳定的钻孔。这种锚杆也非常杆，所以没有必要先钻一稳定的钻孔。这种锚杆也非常适合软岩巷道底鼓的治理。适合软岩巷道底鼓的治理。 接长锚杆采用连接套将两根或多根锚杆杆体连接在一接长锚杆采用连接套将两根或多根锚杆杆体连接在一体，以增大锚杆长度。常用锚杆的长度一般小于体，以增大锚杆长度。常用锚杆的长度一般小于2.5m。单根锚杆太长，加工、运输和井下施工都很不方便，在单根锚杆太长，加工、运输和井下施工都很不方便，在巷道断面比较小的情况下尤为突出。巷道断面比较小的情况下尤为