锚杆支护理论与技术及常见问题课件

1锚杆支护理论与技术及常见问题1锚杆支护理论与技术及常见问题2.煤巷锚杆支护技术的沿革我国煤巷锚杆支护技术的发展过程（1）起步阶段（80年代中后期）（2）攻关阶段（19911995年）（3）引进和消化阶段（19961997年）（4）推广和提高阶段（1998年至今）2.煤巷锚杆支护技术的沿革我国煤巷锚杆支护技术的发展过程（2.煤巷锚杆支护技术的沿革 起步阶段主要进行一些基础性的研究和试验锚杆支护理论、锚杆支护材料、施工机具与岩石巷道相同没有合理的监测仪器煤巷锚杆支护的应用主要集中在少数几个矿区,如徐州、新汶、淮南、西山等。2.煤巷锚杆支护技术的沿革起步阶段主要进行一些基础性的研究2.煤巷锚杆支护技术的沿革攻关阶段煤巷锚杆支护技术作为国家“八五”期间的重点项目进行攻关,取得了一大批科研成果：n出现了中性点等新理论n锚杆型式多样化n液压和电动钻机相继研究成功锚杆支护应用范围明显扩大。n大断面开切眼n向围岩稳定性差的回采巷道发展2.煤巷锚杆支护技术的沿革攻关阶段煤巷锚杆支护技术作为国家“2.煤巷锚杆支护技术的沿革引进和消化阶段引进国外技术,推动我国煤巷锚杆支护技术的发展和提高在引进、吸收和消化的基础上,结合我国具体情况,集中现场、科研院所及大专院校等多方面的优势,经过两年大规模研究和试验,初步形成了适合我国煤矿条件的煤巷锚杆支护成套技术2.煤巷锚杆支护技术的沿革引进和消化阶段引进国外技术,推动2.煤巷锚杆支护技术的沿革推广和提高阶段国内各大矿区广泛推广应用,取得了显著的技术经济效益煤巷锚杆支护的比例已达到 30%以上,少数矿区已超过 80%2.煤巷锚杆支护技术的沿革推广和提高阶段国内各大矿区广泛推广7煤巷锚杆支护作用机理从支护机理上看，锚杆支护属于“主动”支护，可以充分利用围岩的自承能力，提高巷道围岩的稳定性，将载荷体变为承载体。在相同生产地质条件下，锚杆支护的巷道围岩变形量比棚式支护减少一半以上。从技术经济上对比，锚杆支护可以节约大量钢材，减少材料运输工作量，减轻工人的劳动强度和改善作业环境；保持采煤工作面上下两道和开切眼的畅通，为回采工作面快速推进和高产高效低成本生产创造有利条件；锚杆支护巷道施工简单，机械化程度高，可大幅度降低巷道支护成本，提高掘进速度和生产效率。7煤巷锚杆支护作用机理从支护机理上看，锚杆支护属于“主动”支8（1）悬吊理论机理：机理：将巷道顶板较软弱岩层悬吊在上部稳定岩层上，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：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。适用条件：适用条件：锚杆可以锚固到顶板坚硬稳定岩层8（1）悬吊理论机理：将巷道顶板较软弱岩层悬吊在上部稳定9（2）组合梁理论机理：机理：将锚固范围内的岩层挤紧，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，提高其自撑能力。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）。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。缺点：缺点：将锚杆作用与围岩的自稳作用分开；随着围岩条件的变化，在顶板较破碎、连续性受到破坏时，组合梁也就不存在了。适用条件：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。9（2）组合梁理论机理：将锚固范围内的岩层挤紧，增加各岩10（3）组合拱（压缩拱）理论机理：机理：在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锚杆群，只要铺杆间距足够小，各个错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，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。缺点缺点：一般不能作为准确的定量设计。适用条件：适用条件：顶板无稳定岩层10（3）组合拱（压缩拱）理论机理：在破裂区中安装预应11（4）最大水平应力理论机理：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。缺点：缺点：直观性较差。11（4）最大水平应力理论机理：矿井岩层的水平应力通常大12一、金属锚杆类型机械式锚杆管缝式锚杆粘结式锚杆12一、金属锚杆类型机械式锚杆13（1）机械式锚杆机械式锚杆是使用最早、结构多样、数量较大的锚杆主要类型。机械式锚杆的锚固机构本身是一个统一体，在安装锚杆时，锚固机构主要通过一个楔子系统在钻孔中进行轴向或径向相互错动而张紧在钻孔壁上。锚固机构通过摩擦连接将锚固力大多传递给岩层。机械式锚杆在安装时，大多都产生预紧力。有时，甚至锚固机构必须直接依靠预紧力来固定。机械式锚杆的优点是，安装迅速，可即时达到承载力，可二次张紧，某些结构的锚杆还可以回收。其缺点是，钻孔中的锚固段较短，在高应力区容易导致岩层破坏和锚固区松动；因此，它主要用于强度较高的岩层。13（1）机械式锚杆机械式锚杆是使用最早、结构多样、数量较大14（2）管缝式锚杆管缝式锚杆的杆体，由高强度、高弹性钢管或薄钢板卷成。沿管全长有一条开缝，管的上端是锥体，在管的下端焊有一个用钢筋制成的圆环。杆体壁厚为2-4mm、直径多为35-45mm（要求比钻孔直径大2-5mm），长度可据需要加工，一般为1.60-2.0M；开缝宽度一般10-15mm为宜。当杆体被外力强压入钻孔后，开缝管被迫压缩，与孔壁之间产生径向挤压应力，使杆体牢固的胀撑在钻孔内；杆体与孔壁间的摩擦力，便成为锚固力，并且是沿杆体全长分布的。管缝式锚杆具有锚固可靠、安装方便且易于实现机械化操作；即可实现全长锚固、又有较大预应力和滑移让压特性。14（2）管缝式锚杆管缝式锚杆的杆体，由高强度、高弹性钢管或15（3）粘结式锚杆 粘结式锚杆是通过粘结剂来取代锚固机构。粘结剂注入钻孔内，凝固后可将杆体粘固在钻孔中。锚杆锚固力向岩层的传递，主要是通过粘结的形式，而不是向钻孔壁通过机械或摩擦胀固等施加的挤压力。粘结式锚杆的优点是，它能在较深的钻孔中显示出很好的粘着力，而且可以不可压缩的传递很大的力。由于它在锚固岩层时，并不产生特别的接触压力，所以对岩层强度无特殊要求，从而也可在松散岩层中成功的使用。15（3）粘结式锚杆粘结式锚杆是通过粘结剂来取代锚固机构。16高强锚杆锚杆的结构主要由螺纹钢杆体、穹形球体、塑料增压垫圈、驱动螺母、托盘和树脂药卷等组成。16高强锚杆锚杆的结构主要由螺纹钢杆体、穹形球体、塑料增压垫17国外高强锚杆高强（s=340360Mpa），超高强 s600Mpa延伸率1727%澳大利亚研究的高强度锚杆，杆体（直径）的破断力达；直径的超高强度锚杆，其杆体的破断力达。美国制造锚杆的钢材屈服强度为a。而英国制造锚杆的钢材的屈服强度可达a。17国外高强锚杆高强（s=340360Mpa），超高强18二、锚固剂我国煤矿中主要使用的锚固剂是树脂和快硬水泥两种类型。这两种类型的锚固剂在如下几个方面的性能具有十分显著的差别18二、锚固剂我国煤矿中主要使用的锚固剂是树脂和快硬水泥两种19树脂锚固剂19树脂锚固剂20(1)固化时间超快型树脂锚固剂的凝胶(初凝)时间为0.5-1.0钟，快硬水泥锚固剂的凝胶(初凝)时间为3-5分钟。这就意味着使用树脂锚固剂更能及时地支护围岩，保证顶板安全和稳定。20(1)固化时间超快型树脂锚固剂的凝胶(初凝)时间为0.521(2)不同时期的抗压强度超快型树脂锚固剂在锚杆安装5分钟后强度就可达到21MPa，相当其最终强度的30%左右;半小时后的强度大于35MPa。各种类型树脂锚固剂在1天后的强度便可超过60MPa，达到最终强度的80%以上。快硬水泥锚固剂的早期强度则很低，锚杆安装5分钟时强度几乎为零;半小时后的强度为4.3-4.6MPa，一小时后的强度也仅为8-10MPa；7天以后抗压强度仅可达到树脂锚固剂强度的一半左右。树脂锚固剂的强度性能比快硬水泥好得多，尤其是在早期强度方面树脂锚固剂有更大的优越性。21(2)不同时期的抗压强度超快型树脂锚固剂在锚杆安装5分钟22(3)锚固力树脂锚固和水泥锚固相比最大的优点是锚固力大。根据邢台矿务局葛权、东庞，邢台等矿煤巷数百根锚杆拉拔力试验对比分析，树脂锚杆的拉拔力一般比使用水泥锚固剂大2.7-4.2倍。使用CK型树脂锚固剂时，15-25分钟时的锚固力就是用水泥药卷1天后的锚固力的2.7倍左右，这对于及时加固围岩具有重要意义。22(3)锚固力树脂锚固和水泥锚固相比最大的优点是锚固力大。23(4)可靠性使用树脂锚固剂时锚杆一般使用机具安装，安装质量容易保证，所以每根树脂锚杆的锚固力通常都能达到设计能力。使用快硬水泥锚固剂的锚杆安装都是手工作业，许多工序(例如浸水时间、捣固药卷等)的施工质量不好控制，很难保证锚杆安装质量。根据实测结果，水泥药卷锚固时各根锚杆的锚固力相差很大，达不到设计锚固力的锚杆往往占较大比例。23(4)可靠性使用树脂锚固剂时锚杆一般使用机具安装，安装质24三、托梁及护网24三、托梁及护网25托梁钢带主要使用在顶板。在巷道两帮煤体较破碎、松软时可使用钢筋梯子梁护帮。钢筋梯子梁也使用在顶板。25托梁钢带主要使用在顶板。26护网网的作用主要是维护锚杆间比较破碎的岩石，防止小岩块掉落，同时对提高锚杆支护的整体效果也有一定的作用。网可分为金属网和非金属网。26护网网的作用主要是维护锚杆间比较破碎的岩石，防止小岩块掉27钢（铁）丝网一般采用-的钢（铁）丝编织而成。根据网孔形状和结构的不同，可分为经纬网和菱形网，经纬网孔的尺寸为-。而菱形网孔的尺寸为-。由于菱形网具有柔性好、强度高、孔形不变、连接方便等优点，现在逐步取代了经纬网。27钢（铁）丝网一般采用-的钢（铁）丝编织而成。28钢筋网由钢筋焊接而成的大网格金属网，它由受力筋和分布筋构成。钢筋网横向筋一般为受力筋，直径左右，纵向筋一般为左右。网格左右。这种网强度和刚度都比较大，不仅能够阻止松动岩块掉落，而且可以有效地增加锚杆支护的整体效果，适用于大变形、高地应力巷道。28钢筋网由钢筋焊接而成的大网格金属网，它由受力筋和分布筋构29塑料、聚脂网塑料网的优点是成本低、轻便、抗腐蚀等，但其强度和刚度较低。聚脂网具有强度大、重量轻、刚度好等诸多优点。但由于价格较高，还没有广泛使用。29塑料、聚脂网塑料网的优点是成本低、轻便、抗腐蚀等，但其强30四、锚杆钻机、钻头钻杆从动力区分有风动、电动、液压三种。从破岩方式区分有旋转、冲击两种。为了实现树脂锚杆的快速安装，保证有较大的扭矩，一般采用旋转式锚杆钻机。30四、锚杆钻机、钻头钻杆从动力区分有风动、电动、液压三种。31液压锚杆钻机钻孔应特别注意在开孔时钻机的推力要小，正常钻进时保持推力与钻进速度相匹配，防止钻杆弯曲及造成孔壁不光滑而影响锚杆的安装。在更换钻杆时不要挪动锚杆钻机，以免第二根钻杆不能沿第一根钻杆原有的轴线进行钻进，使钻孔不能保持直线，给锚杆安装带来困难。安装锚杆时，也不要挪动锚杆钻机，以免锚杆不能沿钻孔的轴线前进，使锚杆与钻孔的摩擦阻力过大，安装困难。31液压锚杆钻机钻孔应特别注意在开孔时钻机的推力要小，正常钻32风动锚杆钻机32风动锚杆钻机33钻头钻杆钻头一般使用-。钻杆使用19或六方钻杆，其长度根据设计孔深选择。当锚杆长度大于时，因单体锚杆钻机最低高度在.左右，而巷道高度大多小于，不能用一根钻杆一次成孔，需换钻杆；即使巷道高度满足一次成孔高度要求，因过长的钻杆露在孔外易产生弯曲变形，在钻机推力大而钻进速度慢的情况下易出现钻杆折断、伤人事故，所以钻时先用短钻杆再换长钻杆。33钻头钻杆钻头一般使用-。34五、快速安装器34五、快速安装器35开槽销钉式快速安装器的安装过程钻孔至设计深度；将树脂药卷轻轻送入钻孔内，一般使用超快或快速和中速两种凝结速度的树脂药卷，超快或快速的药卷放在孔底，中速的药卷放在孔的外段；用组装好的锚杆将药卷轻轻送人孔底并与钻机联结；开动锚杆钻机边推进边搅拌，直到将锚杆送人孔底，时间大约-；等待树脂药卷固化，大约-；开动钻机将剪切销剪断后，用钻机上紧螺母；关闭旋转及气腿开关，放下钻机。35开槽销钉式快速安装器的安装过程钻孔至设计深度；36六、小孔径预应力锚索加强支护预应力锚索主要材料为：钢绞线、锁具、锚固剂。由于它锚固深度大，将下部不稳定岩层锚固在上部稳定的岩层中，可靠性较大；可施加预应力，主动支护围岩，因而是支护技术中一种可靠有效的手段。在大断面、地质构造破坏地段、顶板软弱且较厚、高地应力、综放巷道等困难、复杂的巷道中，36六、小孔径预应力锚索加强支护预应力锚索主要材料为：钢绞37注水泥浆及树脂胶泥锚固注水泥浆及树脂胶泥锚固，需一套小型注浆泵，施工工艺相对采用普通树脂药卷锚固要复杂，尤其采用注水泥浆，需养护较长时间才能安装锚具、张拉，不能及时支护。但注水泥浆及树脂胶泥锚固可靠性较高，锚固力大，在钻孔含水时，采用普通树脂药卷锚固，其锚固力较小，有可能达不到设计锚固力。37注水泥浆及树脂胶泥锚固注水泥浆及树脂胶泥锚固，需一套小型38用普通树脂药卷加长锚固采用普通树脂药卷加长锚固，与注水泥浆和树脂胶泥相比，不需注浆泵，使用锚杆钻机带动锚索搅拌树脂药卷，简化了锚索安装工序，由于树脂药卷凝结时间短，一般等待后即可安装锁具、张拉，实现了锚索快速安装、及时承载，有利于巷道快速施工和围岩稳定。但树脂药卷锚固时，其锚固力不稳定，钻孔出水时，锚固力更小。在巷道围岩较破碎时，常出现不能将树脂药卷送人孔底，锚固在钻孔的中部，药卷挤入围岩裂隙后，锚固长度达不到设计要求，另外受巷道高度及锚杆钻机的扭矩所限，锚固长度受到限制，一般小于，不如注水泥浆和树脂胶泥灵活。38用普通树脂药卷加长锚固采用普通树脂药卷加长锚固，与注水泥39七、现场监测巷道围岩表面位移巷道围岩深部位移全长锚固锚杆的受力分布端部锚固锚杆的载荷大小锚杆锚固区内、外的离层值39七、现场监测巷道围岩表面位移40巷道表面收敛反映巷道表面位移的大小及巷道断面缩小程度，可以判断围岩的运动是否超过其安全最大允许值，是否影响巷道的正常使用；40巷道表面收敛反映巷道表面位移的大小及巷道断面缩小程度，可41围岩深部位移反映距巷道表面不同深度的围岩移近量，可以判定围岩的塑性区范以及围岩的稳定状况，分析锚杆和围岩之间是否发生错动，可以判断锚杆的应变是否超过限应变；41围岩深部位移反映距巷道表面不同深度的围岩移近量，可以判定42锚杆的受力其大小可以判断锚杆的工作状态及其参数是否合理，如锚杆选择、布置密度是否合适等；42锚杆的受力其大小可以判断锚杆的工作状态及其参数是否合理43顶板下沉量反映巷道表面的收敛以及断面的缩小情况；43顶板下沉量反映巷道表面的收敛以及断面的缩小情况；44顶板锚固区内力的离层值用于判断顶板锚固区内、外围岩的稳定性以及锚杆支护数的合理性；44顶板锚固区内力的离层值用于判断顶板锚固区内、外围岩的稳定45顶板锚杆受力的大小及分布可以判断锚杆是否发生断裂、屈服，从而确定顶板是否定，锚杆支护参数是否合理。45顶板锚杆受力的大小及分布可以判断锚杆是否发生断裂、屈服，46测力锚杆46测力锚杆47测力锚杆的组成测力锚杆是测量锚杆全长锚固工作状态下受力的大小及分布状况的专用锚杆，主要由杆体、保护接头、静态电阻应变仪、多通道转换开关、安装接头、联接导线等几部分组成。47测力锚杆的组成测力锚杆是测量锚杆全长锚固工作状态下受力的48安装测力锚杆的目的分析锚杆和围岩的相互作用关系，研究全长锚固机理；实测锚杆受力，确定支护强度，分析围岩的强化程度，为锚杆支护设计提供依据；根据锚杆受力变化，判断锚杆是否屈服，对顶板稳定作出预测，当锚杆受力突然增大或大范围屈服时，提示人们及时采取措施，避免顶板冒落事故发生。48安装测力锚杆的目的分析锚杆和围岩的相互作用关系，研究全49顶板离层指示仪49顶板离层指示仪50离层指示仪的组成 顶板离层指示仪由孔内固定器、位移传递装置和孔口测读装置部分组成。在顶板钻孔中布置两个测点，一个在围岩深部稳定处，一个在锚杆端部围岩中。离层值就是围岩中两测点之间以及锚杆端部围岩与巷道顶板表面间的相对位移值。并可直观显示出相对位移值（离层量）的大小。50离层指示仪的组成顶板离层指示仪由孔内固定器、位移传递装51安装离层指示仪的目的（1）对顶板离层情况提供连续的直观显示，及早发现顶板失稳的征兆，以避免冒项事故发生；（）监测数据可作为修改、完善锚杆支护初始设计数据的依据之一。51安装离层指示仪的目的（1）对顶板离层情况提供连续的直观显第一节第一节 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。破碎岩层整体强度的提高。第一节煤巷锚杆支护理论传统的锚杆支护理论有悬 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。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一、悬吊理论一、悬吊理论 悬悬吊吊理理论论认认为为：锚锚杆杆支支护护的的作作用用就就是是将将巷巷道道顶顶板板较较软软弱弱岩岩层层悬悬吊吊在在上上部部稳稳定定岩岩层层上上，以以增增强强较较软软弱弱岩岩层层的的稳定性。稳定性。对对于于回回采采巷巷道道经经常常遇遇到到的的层层状状岩岩体体，当当巷巷道道开开挖挖后后，直直接接顶顶因因弯弯曲曲、变变形形与与老老顶顶分分离离，如如果果锚锚杆杆及及时时将将直直接接顶顶挤挤压压并并悬悬吊吊在在老老顶顶上上，就就能能减减小小和和限限制制直直接接顶顶的的下沉和离层，以达到支护的目的，如图下沉和离层，以达到支护的目的，如图1所示。所示。巷巷道道浅浅部部围围岩岩松松软软破破碎碎，或或者者开开掘掘巷巷道道后后应应力力重重新新分分布布，顶顶板板出出现现松松动动破破裂裂区区，这这时时锚锚杆杆的的悬悬吊吊作作用用就就是是将将这这部部分分易易冒冒落落岩岩体体悬悬吊吊在在深深部部未未松松动动岩岩层层上上。这这是是悬吊理论的进一步发展，如悬吊理论的进一步发展，如2所示。所示。一、悬吊理论图1 锚杆的悬吊作用图2 顶板锚杆悬吊松动破裂岩层图1锚杆的悬吊作用图2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。悬悬吊吊理理论论直直观观地地揭揭示示了了锚锚杆杆的的悬悬吊吊作作用用，在在分分析析过过程程中中不不考考虑虑围围岩岩的的自自承承能能力力，而而且且将将被被锚锚固固体体与与原原岩岩体体分开，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。悬悬吊吊理理论论只只适适用用于于巷巷道道顶顶板板，不不适适用用于于巷巷道道帮帮、底底。如如果果顶顶板板中中没没有有坚坚硬硬稳稳定定岩岩层层或或顶顶板板软软弱弱岩岩层层较较厚厚，围围岩岩破破碎碎区区范范围围较较大大，无无法法将将锚锚杆杆锚锚固固到到上上面面坚坚硬硬岩岩层层或或者未松动岩层上，悬吊理论就不适用。者未松动岩层上，悬吊理论就不适用。根据悬吊岩层的重量就可以进行锚杆支护设计。二、组合梁理论二、组合梁理论 组组合合梁梁理理论论认认为为，在在层层状状岩岩体体中中开开挖挖巷巷道道，当当顶顶板板在在一一定定范范围围内内不不存存在在坚坚硬硬稳稳定定岩岩层层时时，锚锚杆杆的的悬悬吊吊作作用居次要地位。用居次要地位。如如果果顶顶板板岩岩层层中中存存在在若若干干分分层层，顶顶板板锚锚杆杆的的作作用用，一一方方面面是是依依靠靠锚锚杆杆的的锚锚固固力力增增加加各各岩岩层层间间的的摩摩擦擦力力，防防止止岩岩石石沿沿层层面面滑滑动动，避避免免各各岩岩层层出出现现离离层层现现象象；另另一一方方面面，锚锚杆杆杆杆体体可可增增加加岩岩层层间间的的抗抗剪剪刚刚度度，阻阻止止岩岩层层间间的的水水平平错错动动，从从而而将将巷巷道道顶顶板板锚锚固固范范围围内内的的几几个个薄薄岩岩层层锁锁紧紧成成一一个个较较厚厚的的岩岩层层(组组合合梁梁)。这这种种组组合合厚厚岩岩层层在在上上覆覆岩岩层层载载荷荷的的作作用用下下，其其最最大大弯弯曲曲应应变变和和应应力力都都将将大大大大减减小小，组组合合梁梁的的挠挠度度亦亦减减小小，而而且且组组合合梁梁越越厚厚，梁梁内内的的最最大应力、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。二、组合梁理论图3 顶板锚杆组合梁作用(a)未打锚杆(b)布置顶板锚杆图3顶板锚杆组合梁作用(a)未打锚杆(b)布置顶板锚 组组合合梁梁理理论论，是是对对锚锚杆杆将将顶顶板板岩岩层层锁锁紧紧成成较较厚厚岩岩层层的的解解释释。在在分分析析中中，将将锚锚杆杆作作用用与与围围岩岩的的自自稳稳作作用用分分开开，与与实实际际情情况况有有一一定定差差距距，并并且且随随着着围围岩岩条条件件的的变变化化，在在顶顶板板较较破破碎碎、连连续续性性受受到到破破坏坏时时，组组合合梁也就不存在了。梁也就不存在了。组组合合梁梁理理论论只只适适合合于于层层状状顶顶板板锚锚杆杆支护的设计，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。组合梁理论，是对锚杆将顶板岩层锁紧三、组合拱三、组合拱(压缩拱压缩拱)理论理论 组组合合拱拱理理论论认认为为：在在拱拱形形巷巷道道围围岩岩的的破破裂裂区区中中安安装装预预应应力力锚锚杆杆时时，在在杆杆体体两两端端将将形形成成圆圆锥锥形形分分布布的的压压应应力力，如如果果沿沿巷巷道道周周边边布布置置锚锚杆杆群群，只只要要锚锚杆杆间间距距足足够够小小，各各个个锚锚杆杆形形成成的的压压应应力力圆圆锥锥体体将将相相互互交交错错，就就能能在在岩岩体体中中形形成成一一个个均均匀匀的的压压缩缩带带，即即承承压压拱拱(亦亦称称组组合合拱拱或或压压缩缩拱拱)，这这个个承承压压拱拱可可以以承承受受其其上上部部破破碎碎岩岩石石施施加加的的径径向向荷荷载载。在在承承压压拱拱内内的的岩岩石石径径向向及及切切向向均均受受压压，处处于于三三向向应应力力状状态态，其其围围岩岩强强度度得得到到提提高高，支支撑撑能能力力也也相相应应加加大大，如如图图4所所示示。因因此此，锚锚杆杆支支护护的的关关键键在在于于获获取取较较大大的的承承压压拱拱厚厚度度和和较较高高的的强强度度，其其厚厚度度越越大大，越越有有利利于于围围岩的稳定和支承能力的提高。岩的稳定和支承能力的提高。三、组合拱(压缩拱)理论图4 锚杆的组合拱原理图4锚杆的组合拱原理 组组合合拱拱理理论论在在一一定定程程度度上上揭揭示示了了锚锚杆杆支支护护的的作作用用机机理理，但但在在分分析析过过程程中中没没有有深深入入考考虑虑围围岩岩一一支支护护的的相相互互作作用用，只只是是将将各各支支护护结结构构的的最最大大支支护护力力简简单单相相加加，从从而而得得到到复复合合支支护护结结构构总总的的最最大大支支护护力力，缺缺乏乏对对被被加加固固岩岩体体本本身身力力学学行行为为的的进进一一步步分分析析探探讨讨，计计算算也也与与实实际际情情况况存存在在一一定定差差距距，一一般般不不能能作作为为准准确确的的定定量量设设计计，但但可可作作为为锚锚杆杆加加固固设设计计和和施施工工的的重重要参考。要参考。组合拱理论在一定程度上揭示了锚杆支护的四、最大水平应力理论四、最大水平应力理论 最最大大水水平平应应力力理理论论由由澳澳大大利利亚亚学学者者盖盖尔尔(WJGale)提提出出。该该理理论论认认为为：矿矿井井岩岩层层的的水水平平应应力力通通常常大大于于垂垂直直应应力力，水水平平应应力力具具有有明明显显的的方方向向性性，最最大大水水平平应应力力一一般般为为最最小小水水平平应应力力的的L 525倍倍。巷巷道道顶顶底底板板的的稳稳定定性性主主要要受受水水平平应应力力的的影影响响，且且有有三三个个特特点点：(1)与与最最大大水水平平应应力力平平行行的的巷巷道道受受水水平平应应力力影影响响最最小小，顶顶底底板板稳稳定定性性最最好好；(2)与与最最大大水水平平应应力力呈呈锐锐角角相相交交的的巷巷道道，其其顶顶底底板板变变形形破破坏坏偏偏向向巷巷道道某某一一帮帮；(3)与与最最大大水水平平应应力力垂垂直直的的巷巷道道，顶顶底底板板稳稳定定性最差，如图性最差，如图5所示。所示。四、最大水平应力理论图5 应力场效应(a)巷道平行于主应力(最佳方向)；(b)巷道与主应力呈45夹角；(c)巷道与主应力呈90夹角(最劣方向)图5应力场效应 在在最最大大水水平平应应力力作作用用下下，顶顶底底板板岩岩层层易易于于发发生生剪剪切切破破坏坏，出出现现错错动动与与松松动动而而膨膨胀胀造造成成围围岩岩变变形形，锚锚杆杆的的作作用用即即是是约约束束其其沿沿轴轴向向岩岩层层膨膨胀胀和和垂垂直直于于轴轴向向的的岩岩层层剪剪切切错错动动(图图6)，因因此此要要求求锚锚杆杆必必须须具具备备强强度度大大、刚刚度度大大、抗抗剪剪阻阻力力大大，才才能能起起约约束束围围岩岩变变形形的作用。的作用。最最大大水水平平应应力力理理论论，论论述述了了巷巷道道围围岩岩水水平平应应力力对巷道稳定性的影响以及锚杆支护所起的作用。对巷道稳定性的影响以及锚杆支护所起的作用。在在设设计计方方法法上上，借借助助于于计计算算机机数数值值模模拟拟不不同同支支护护情情况况下下锚锚杆杆对对围围岩岩的的控控制制效效果果，进进行行优优化化设设计计，在在使使用用中中强强调调监监测测的的重重要要性性，并并根根据据监监测测结结果果修修改改完善初始设计。完善初始设计。在最大水平应力作用下，顶底板岩层易于发生(a)约束岩层膨胀；(b)约束岩层错动图6 锚杆加固作用示意图(a)约束岩层膨胀；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该该理理论论的的要要点点是是：(1)巷巷道道锚锚杆杆支支护护的的实实质质是是锚锚杆杆和和锚锚固固区区域域的的岩岩体体相相互互作作用用而而组组成成锚锚固固体体，形形成成统统一一的的承承载载结结构构；(2)巷巷道道锚锚杆杆支支护护可可以以提提高高锚锚固固体体的的力力学学参参数数，包包括括锚锚固固体体破破坏坏前前和和破破坏坏后后的的力力学学参参数数(E、C、)，改改善善被被锚锚固固岩岩体体的的力力学学性性能能；(3)巷巷道道围围岩岩存存在在破破碎碎区区、塑塑性性区区、弹弹性性区区，锚锚杆杆锚锚固固区区域域内内岩岩体体的的峰峰值值强强度度或或峰峰后后强强度度、残残余余强强度度均均能能得得到到强强化化；（4）巷巷道道锚锚杆杆支支护护可可改改变变围围岩岩的的应应力力状状态态、增增加加围围压压，从从而而提提高高围围岩岩的的承承载载能能力力、改改善善巷巷道道的的支支护护状状况况；(5)巷巷道道围围岩岩锚锚固固体体强强度度提提高高以以后后，可可减减小小巷巷道道周周围围破破碎碎区区、塑塑性性区区的的范范围围和和巷巷道道的的表表面面位位移移，控控制制围围岩岩破破碎碎区区、塑塑性性区区的的发发展展，从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。五、巷道锚杆支护围岩强度强化理论综述 这这这这些些些些研研研研究究究究成成成成果果果果，在在在在一一一一定定定定程程程程度度度度上上上上定定定定性性性性或或或或定定定定量量量量地地地地弄弄弄弄清清清清了了了了一一一一些些些些重重重重要要要要问问问问题题题题，例例例例如如如如锚锚锚锚固固固固体体体体的的的的极极极极限限限限强强强强度度度度和和和和E E、C C、的的的的提提提提高高高高等等等等，但但但但这这这这些些些些研研研研究究究究成成成成果果果果主主主主要要要要偏偏偏偏重重重重于于于于地地地地表表表表加加加加固固固固工工工工程程程程和和和和浅浅浅浅埋埋埋埋隧隧隧隧道道道道工工工工程程程程。对对对对于于于于煤煤煤煤矿矿矿矿巷巷巷巷道道道道特特特特别别别别是是是是煤煤煤煤巷巷巷巷，由由由由于于于于围围围围岩岩岩岩松松松松软软软软、埋埋埋埋藏藏藏藏深深深深，受受受受采采采采动动动动、构构构构造造造造应应应应力力力力的的的的影影影影响响响响，地地地地应应应应力力力力很很很很大大大大，巷巷巷巷道道道道围围围围岩岩岩岩破破破破坏坏坏坏严严严严重重重重，因因因因而而而而，其其其其周周周周围围围围存存存存在在在在着着着着破破破破碎碎碎碎区区区区、塑塑塑塑性性性性区区区区和和和和弹弹弹弹性性性性区区区区，相相相相应应应应巷巷巷巷道道道道周周周周围围围围锚锚锚锚杆杆杆杆锚锚锚锚固固固固区区区区域域域域的的的的岩岩岩岩体体体体则则则则处处处处于于于于破破破破碎碎碎碎区区区区或或或或处处处处于于于于上上上上述述述述两两两两个个个个或或或或三三三三个个个个区区区区域域域域之之之之中中中中，相相相相应应应应锚锚锚锚固固固固区区区区域域域域的的的的岩岩岩岩石石石石强强强强度度度度处处处处于于于于峰峰峰峰后后后后强强强强度度度度或或或或残残残残余余余余强强强强度度度度。只只只只有有有有掌掌掌掌握握握握围围围围岩岩岩岩峰峰峰峰值值值值后后后后强强强强度度度度和和和和变变变变形形形形的的的的特特特特点点点点以以以以及及及及锚锚锚锚杆杆杆杆对对对对提提提提高高高高围围围围岩岩岩岩峰峰峰峰值值值值后后后后强强强强度度度度和和和和残残残残余余余余强强强强度度度度的作用，才能从根本上揭示锚杆支护的作用机理。的作用，才能从根本上揭示锚杆支护的作用机理。的作用，才能从根本上揭示锚杆支护的作用机理。的作用，才能从根本上揭示锚杆支护的作用机理。这些研究成果，在一定程度上定性或定量地 中中国国矿矿业业大大学学矿矿山山压压力力研研究究所所，在在分分析析已已有有研研究究成成果果的的基基础础上上研研究究并并提提出出了了巷巷道道锚锚杆杆支支护护围围岩岩强强度度强强化化理理论论。该该理理论论揭揭示示了了锚锚杆杆的的作作用用原原理理和和加加固固巷巷道道围围岩岩的的实实质质，并并为为合合理理确确定定锚锚杆杆支支护护参参数数提提供供了了理理论论依依据据。该该理理论论的的要要点点是是：(1)巷巷道道锚锚杆杆支支护护的的实实质质是是锚锚杆杆和和锚锚固固区区域域的的岩岩体体相相互互作作用用而而组组成成锚锚固固体体，形形成成统统一一的的承承载载结结构构；(2)巷巷道道锚锚杆杆支支护护可可以以提提高高锚锚固固体体的的力力学学参参数数，包包括括锚锚固固体体破破坏坏前前和和破破坏坏后后的的力力学学参参数数(E、C、)，改改善善被被锚锚固固岩岩体体的的力力学学性性能能；(3)巷巷道道围围岩岩存存在在破破碎碎区区、塑塑性性区区、弹弹性性区区，锚锚杆杆锚锚固固区区域域内内岩岩体体的的峰峰值值强强度度或或峰峰后后强强度度、残残余余强强度度均均能能得得到到强强化化；（4）巷巷道道锚锚杆杆支支护护可可改改变变围围岩岩的的应应力力状状态态、增增加加围围压压，从从而而提提高高围围岩岩的的承承载载能能力力、改改善善巷巷道道的的支支护护状状况况；(5)巷巷道道围围岩岩锚锚固固体体强强度度提提高高以以后后，可可减减小小巷巷道道周周围围破破碎碎区区、塑塑性性区区的的范范围围和和巷巷道道的的表表面面位位移移，控控制制围围岩岩破破碎碎区区、塑塑性性区区的的发发展展，从从而而有利于保持巷道围岩的稳定。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 锚锚杆杆杆杆体体主主要要提提供供两两方方面面的的作作用用，第第一一是是抗抗拉拉，其其次次是是抗抗剪剪。锚锚固固剂剂的的作作用用是是将将钻钻孔孔孔孔壁壁岩岩石石与与杆杆体体粘粘结结在在一一起起。对对于于端端部部锚锚固固锚锚杆杆，锚锚固固剂剂的的作作用用在在于于提提供供粘粘结结力力，使使锚锚杆杆能能承承受受一一定定的的拉拉力力。锚锚杆杆拉拉力力除除锚锚固固端端外外，沿沿长长度度方方向向是是均均匀匀分分布布的的。由由于于锚锚杆杆与与钻钻孔孔间间有有较较大大空空隙隙，所所以以锚锚杆杆的的抗抗剪剪能能力力只只有有在在岩岩层层发发生生较较大大错错动动后后才才能能发发挥挥出出来来。对对于于全全长长锚锚固固锚锚杆杆，锚锚固固剂剂的的作作用用比比较较复复杂杂，主主要要有有两两方方面面：将将锚锚杆杆杆杆体体与与钻钻孔孔孔孔壁壁粘粘结结在在一一起起，使使锚锚杆杆随随着着岩岩层层移移动动承承受受拉拉力力；当当岩岩层层发发生生错错动动时时，与与杆杆体体共共同同起起抗抗剪剪作作用用，阻阻止止岩岩层层发发生生滑滑动动。对对于于端端部部锚锚固固锚锚杆杆，杆杆体体各各部部位位的的应应力力和和应应变变相相等等。在在锚锚固固范范围围内内，任任何何部部位位岩岩层层的的离离层层都都均均匀匀地地分分散散到到整整个个杆杆体体的的长长度度上上。对对于于全全长长锚锚固固锚锚杆杆，这这种种分分散散是是不不可可能能的的，致致使使应应力力、应应变变沿沿锚锚杆杆长长度度方方向向分分布布极极不不均均匀匀，离离层层大大的的部部位位锚锚杆杆受受力力很很大大。这这是是全全长长锚锚固固锚锚杆杆与与端端部部锚锚固固锚锚杆的根本区别。杆的根本区别。锚杆杆体主要提供两方面的作用，第一是抗 国国内内外外学学者者对对锚锚杆杆锚锚固固前前后后岩岩体体力力学学性性能能的的变变化化也也进进行行了了比比较较全全面面、系系统统的的研研究究。研研究究结结果果表表明明，岩岩体体锚锚固固后后可可不不同同程程度度地地提提高高其其强强度度、弹弹性性模模量量、凝凝聚聚力力和和内内摩摩擦擦角角等等力力学学参参数数。而而且且，锚锚杆杆的的主主要要作作用用是是改改善善破破碎碎区区、塑塑性性区区内内岩岩石石的的力力学学性性质质，提提高高其其屈屈服服后后的的强强度度。有有无无锚锚杆杆约约束束时时岩岩石石应应力力应应变变曲曲线线如如图图所所示示。可可见见，锚锚杆杆显显著著增增加加了了岩岩石石屈屈服服后后的的强强度度，使使岩岩石石的的破破坏坏变变得得比比较较平缓。平缓。国内外学者对锚杆锚固前后岩体力学性能的变化图7 锚固前后岩石应力一应变关系图7锚固前后岩石应力一应变关系 综综上上所所述述，根根据据煤煤巷巷围围岩岩变变形形、破破坏坏的的特特点点对对煤煤巷巷锚锚杆杆支支护护机理进行概括，其要点如下：机理进行概括，其要点如下：(1)回回采采巷巷道道围围岩岩变变形形和和破破坏坏的的规规律律在在不不同同阶阶段段具具有有明明显显差差别，因此，锚杆支护的作用在巷道不同受力阶段有其特点；别，因此，锚杆支护的作用在巷道不同受力阶段有其特点；(2)锚锚杆杆的的早早期期作作用用主主要要是是阻阻止止破破碎碎岩岩块块掉掉落落并并抑抑制制浅浅部部围围岩岩扩扩容容和和离离层层，减减小小岩岩层层压压曲曲和和弯弯曲曲失失稳稳的的可可能能性性，锚锚杆杆安安装越及时，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)随随着着时时间间的的推推移移和和受受到到采采动动影影响响，巷巷道道围围岩岩的的破破坏坏范范围围会会逐逐渐渐扩扩大大，当当锚锚杆杆能能伸伸人人稳稳定定岩岩层层中中时时，其其作作用用主主要要表表现现为为，将将破破坏坏区区岩岩层层与与稳稳定定层层相相连连，阻阻止止破破坏坏岩岩层层垮垮落落，同同时时，锚锚杆杆提提供供径径向向和和切切向向约约束束，提提高高破破坏坏岩岩石石强强度度，阻阻止止破坏区岩层扩容、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；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 (4)锚锚杆杆不不能能伸伸人人稳稳定定岩岩层层时时，锚锚杆杆的的作作用用主主要要是是提提高高破破坏坏岩岩层层的的整整体体强强度度，在在破破坏坏区区内内形形成成承承载载结结构构，它它不不仅仅可可保保持持自自身身平平衡衡，而而且且可可以以阻阻止止上上部部破破坏坏岩岩层层的的进进一一步步扩扩容容和和离离层层，同同时时使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)钢钢带带和和钢钢筋筋托托梁梁等等组组合合构构件件的的早早期期作作用用主主要要是是防防止止锚锚杆杆间间的的破破碎碎岩岩块块掉掉落落，随随着着锚锚固固区区岩岩层层扩扩容容、离离层层的的增增大大，钢钢带带受受力力逐逐渐渐增增加加，对对锚锚杆杆间间的的围围岩岩施施以以径径 向向约约束束，阻阻止止其其产产生生进进一一步步的扩容和离层，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)当当锚锚固固岩岩层层发发生生压压曲曲和和弯弯曲曲失失稳稳后后，钢钢带带和和倾倾斜斜锚锚杆杆形形成成组组合支护系统，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)回回采采巷巷道道煤煤帮帮的的变变形形破破坏坏特特征征主主要要是是扩扩容容、松松动动和和挤挤出出，由由于于煤煤层层强强度度较较低低且且受受到到采采动动影影响响，所所以以回回采采巷巷道道两两帮帮支支护护显显得得尤尤为为重重要要，打打锚锚杆杆后后对对煤煤帮帮的的两两种种变变形形均均有有控控制制作作用用。加加钢钢带带后效果会更好。后效果会更好。(4)锚杆不能伸人稳定岩层时，锚杆的作用主要是提高破锚杆支护理论与技术及常见问题课件第二节第二节 特种锚杆与锚索支护技术特种锚杆与锚索支护技术 对对于于软软弱弱破破碎碎、高高地地应应力力、大大断断面面等等巷巷道道和和硐硐室室，它它们们共共同同的的特特点点是是围围岩岩自自稳稳时时间间短短、破破碎碎范范围围大大、变变形形强强烈烈，仅仅采采用用常常规规的的锚锚杆杆支支护护很很难难达达到到有有效效的的支支护护效效果果，而而且且支支护护和和维维修修费费用用极极高高，有有的的甚甚至至影影响响矿矿井井的的正正常常生生产产。为为此此，开开发发研研制制了了一一系系列列对对付付这些困难工程的支护技术。这些困难工程的支护技术。第二节特种锚杆与锚索支护技术对于软弱破碎、高锚索和桁架的使用大大拓宽了锚杆的作用和使用范围。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：由巷道发展到工作面的开切眼和收作线。锚索和桁架的使用大大拓宽了锚杆的作用和使用范围。使用范围由岩图钢绞线桁架支护系统钢绞线桁架连接器图钢绞线桁架支护系统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 锚锚杆杆与与注注浆浆都都是是地地下下巷巷道道工工程程围围岩岩加加固固的的基基本本形形式式。如如果果利利用用锚锚杆杆兼兼作作注注浆浆管管对对巷巷道道围围岩岩进进行行注注浆浆，一一方方面面可可加加固固巷巷道道周周边边的的破破裂裂岩岩体体，提提高高围围岩岩的的自自承承能能力力；另另一一方方面面，可可改改善善破破裂裂岩岩体体的的结结构构及及其其力力学学性性能能，为为锚锚杆杆提提供供可可锚锚的的物物质质基基础础，最最大大限限度度地地发发挥挥锚锚杆杆的的锚锚固固作作用用。所所以以，如如何何把把锚锚杆杆支支护护与与注注浆浆加加固固有有机机地地结结合合起起来来，取取得得巷巷道道围围岩岩加加固固的的最最佳佳效效果果，一一直直是是人人们们所所努努力力的的目目标标。前前苏苏联联、德德国国等等在在20世世纪纪80年年代代就就采采用用空空心心圆圆管管作作为为锚锚杆杆对对围围岩实施注浆，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是是一一种种内内锚锚外外注注式式锚锚杆杆。该该锚锚杆杆分分为为三三个个部部分分，每每段段有有一一挡挡环环隔隔开开：锚锚固固段段，可可增增大大端端头头锚锚固固力力；注注浆浆段段，布布有有出出浆浆孔孔若若干干，作作为为注注浆浆时时出出浆浆用用；封封孔孔段段，锚锚杆杆的的注注浆浆封封孔孔采采用用橡橡胶圈胶圈(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。一、特种锚杆 图17 内锚外注式注浆锚杆喷层；2一螺母；3一托板；4一环状塞；5一挡环6一杆体；7一出浆孔；8一锚固剂图17内锚外注式注浆锚杆确定了锚杆支护形式和参数的选择原则1）一次支护原则。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。2）高预应力和预应力扩散原则。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护的参数，只有高预应力的锚杆支护才是真正的主动支护。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的扩散，提高锚固体的整体刚度与完整性。确定了锚杆支护形式和参数的选择原则水平应力水平应力垂直应力水平应力水平应力垂直应力主被动锚杆的支护效果水平应力水平应力垂直应力水平应力水平应力垂直应力主被动锚杆的1超高强锚杆杆体2螺母3预应力标示杆4应力松弛自补偿弹簧5弹簧护筒6减摩垫圈7应力扩散托盘8高强树脂锚固剂9围岩可控预应力超高强锚杆1超高强锚杆杆体2螺母3预应力标示MQS90J2型气动锚杆安装机什么是高预应力？什么是高预应力？-朱浮声（朱浮声（19931993）、）、郑雨天（郑雨天（19951995）的研究表）的研究表明：当锚杆预拉力达到明：当锚杆预拉力达到606070kN70kN时，就可以有效控时，就可以有效控制巷道顶板的下沉量，并制巷道顶板的下沉量，并通过加大锚杆的间排距，通过加大锚杆的间排距，减少锚杆用量；减少锚杆用量；预紧扳手扭矩倍增器MQS90J2型气动锚杆安装机什么是高预应力？预紧扳手扭矩倍什么是高强、超高强？什么是高强、超高强？高强：高强：超高强：超高强：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各种锚杆材料强度指标各种锚杆材料强度指标、级螺纹钢作为杆体的树脂锚杆能够满足基本技术要求。每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。锚杆公称直径/mm屈服强度/MPa极限强度/MPa屈服荷载/3）“三高一低”原则。即高强度、高刚度、高可靠性与低支护密度原则。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。4）临界支护刚度与强度原则。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，巷道将长期处于不稳定状态，围岩变形与破坏得不到有效控制。5）相互匹配原则。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互匹配，以最大限度地发挥锚杆支护的整体支护作用。6）可操作性原则。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。7）在保证巷道支护效果和安全程度，技术上可行、施工上可操作的条件下，做到经济合理，有利于降低巷道支护综合成本。3）“三高一低”原则。即高强度、高刚度、高可靠性与低支护密度 在在在在支支支支护护护护初初初初期期期期，该该该该锚锚锚锚杆杆杆杆为为为为端端端端锚锚锚锚(或或或或近近近近似似似似全全全全长长长长锚锚锚锚固固固固)锚锚锚锚杆杆杆杆，可可可可作作作作为为为为普普普普通通通通锚锚锚锚杆杆杆杆使使使使用用用用。锚锚锚锚杆杆杆杆锚锚锚锚固固固固以以以以后后后后，在在在在锚锚锚锚杆杆杆杆端端端端头头头头套套套套上上上上楔楔楔楔形形形形环环环环状状状状软软软软木木木木塞塞塞塞或或或或橡橡橡橡胶胶胶胶圈圈圈圈，再再再再上上上上托托托托盘盘盘盘，最最最最后后后后拧拧拧拧紧紧紧紧螺螺螺螺母母母母，软软软软木木木木塞塞塞塞或或或或橡橡橡橡胶胶胶胶圈圈圈圈在在在在挡挡挡挡环环环环和和和和托托托托盘盘盘盘的的的的挤挤挤挤压压压压下下下下与与与与钻钻钻钻孔孔孔孔孔孔孔孔壁壁壁壁压压压压紧紧紧紧，起起起起到到到到封封封封孔孔孔孔作作作作用用用用，最最最最后后后后喷喷喷喷射射射射混混混混凝凝凝凝土土土土，增增增增加加加加封封封封孔孔孔孔的的的的效效效效果果果果及及及及支支支支护效果，使封孔问题变得非常简单。护效果，使封孔问题变得非常简单。护效果，使封孔问题变得非常简单。护效果，使封孔问题变得非常简单。当当当当巷巷巷巷道道道道变变变变形形形形量量量量达达达达到到到到一一一一定定定定数数数数值值值值时时时时，即即即即在在在在巷巷巷巷道道道道周周周周边边边边形形形形成成成成一一一一定定定定的的的的松松松松动动动动破破破破裂裂裂裂范范范范围围围围时时时时，再再再再对对对对巷巷巷巷道道道道围围围围岩岩岩岩实实实实施施施施注注注注浆浆浆浆，既既既既能能能能使使使使巷巷巷巷道道道道围围围围岩岩岩岩得得得得到到到到充充充充分分分分卸卸卸卸压压压压，又又又又使使使使注注注注浆浆浆浆变变变变得得得得容容容容易易易易，达达达达到到到到最最最最佳佳佳佳的的的的支支支支护护护护效效效效果果果果。同同同同时时时时，安安安安装装装装锚锚锚锚杆杆杆杆与与与与注注注注浆浆浆浆分分分分为为为为两两两两个个个个工工工工序序序序进进进进行行行行，互不干扰，不影响巷道的掘进速度。互不干扰，不影响巷道的掘进速度。互不干扰，不影响巷道的掘进速度。互不干扰，不影响巷道的掘进速度。在支护初期，该锚杆为端锚(或近似全长锚固)锚杆，可2自钻注浆锚杆和接长锚杆自钻注浆锚杆和接长锚杆 在在在在德德德德国国国国和和和和英英英英国国国国等等等等国国国国家家家家，开开开开发发发发了了了了自自自自钻钻钻钻注注注注浆浆浆浆锚锚锚锚杆杆杆杆，它它它它将将将将钻钻钻钻孔孔孔孔、注注注注浆浆浆浆和和和和锚锚锚锚固固固固三三三三个个个个功功功功能能能能集集集集于于于于一一一一体体体体。在在在在井井井井下下下下使使使使用用用用时时时时，第第第第一一一一步步步步，该该该该锚锚锚锚杆杆杆杆用用用用作作作作钻钻钻钻杆杆杆杆，锚锚锚锚杆杆杆杆杆杆杆杆体体体体头头头头部部部部配配配配一一一一钻钻钻钻头头头头，尾尾尾尾部部部部用用用用连连连连接接接接器器器器与与与与钻钻钻钻机机机机连连连连接接接接；第第第第二二二二步步步步，锚锚锚锚杆杆杆杆用用用用作作作作注注注注浆浆浆浆管管管管，钻钻钻钻机机机机连连连连接接接接套套套套由由由由注注注注浆浆浆浆连连连连接接接接套套套套代代代代替替替替，锚锚锚锚杆杆杆杆就就就就像像像像传传传传统统统统的的的的注注注注浆浆浆浆管管管管一一一一样样样样，将将将将树树树树脂脂脂脂、水水水水泥泥泥泥浆浆浆浆等等等等送送送送入入入入钻钻钻钻孔孔孔孔中，实施全长或加长锚固。中，实施全长或加长锚固。中，实施全长或加长锚固。中，实施全长或加长锚固。德德德德国国国国生生生生产产产产的的的的自自自