煤巷锚杆支护技术讲解课件

煤煤巷巷锚锚杆杆支支护护讲课题纲讲课题纲绪论绪论绪论绪论一、锚杆支护的技术经济优越性一、锚杆支护的技术经济优越性一、锚杆支护的技术经济优越性一、锚杆支护的技术经济优越性二、国内外锚杆支护的发展二、国内外锚杆支护的发展二、国内外锚杆支护的发展二、国内外锚杆支护的发展三锚杆的种类三锚杆的种类三锚杆的种类三锚杆的种类第一节第一节第一节第一节 煤巷锚杆支护理论煤巷锚杆支护理论煤巷锚杆支护理论煤巷锚杆支护理论第二节第二节第二节第二节 巷道围岩地质力学测试巷道围岩地质力学测试巷道围岩地质力学测试巷道围岩地质力学测试一、井下巷道围岩强度测试一、井下巷道围岩强度测试一、井下巷道围岩强度测试一、井下巷道围岩强度测试二、巷道围岩结构测试二、巷道围岩结构测试二、巷道围岩结构测试二、巷道围岩结构测试三、地应力测量三、地应力测量三、地应力测量三、地应力测量煤巷锚杆支护1第三节第三节第三节第三节 锚杆支护设计方法锚杆支护设计方法锚杆支护设计方法锚杆支护设计方法一、动态信息设计法简介一、动态信息设计法简介一、动态信息设计法简介一、动态信息设计法简介二、试验点调查和地质力学评估二、试验点调查和地质力学评估二、试验点调查和地质力学评估二、试验点调查和地质力学评估三、初始设计三、初始设计三、初始设计三、初始设计四、井下监测四、井下监测四、井下监测四、井下监测五、信息反馈和修正初始设计五、信息反馈和修正初始设计五、信息反馈和修正初始设计五、信息反馈和修正初始设计第四节第四节第四节第四节 煤巷新型支护材料的研制煤巷新型支护材料的研制一、一、一、一、高性能预拉力锚杆高性能预拉力锚杆二、钢带二、钢带二、钢带二、钢带第五节第五节第五节第五节 锚杆支护施工机具锚杆支护施工机具锚杆支护施工机具锚杆支护施工机具一、风动式锚杆钻机一、风动式锚杆钻机一、风动式锚杆钻机一、风动式锚杆钻机二、液压式锚杆钻机二、液压式锚杆钻机二、液压式锚杆钻机二、液压式锚杆钻机三、电动式锚杆钻机三、电动式锚杆钻机三、电动式锚杆钻机三、电动式锚杆钻机第三节锚杆支护设计方法2第六节第六节锚杆支护监测技术锚杆支护监测技术一、巷道表面位移一、巷道表面位移二、顶板离层二、顶板离层三、锚杆三、锚杆(索索)受力受力第七节第七节特种锚杆与锚索支护技术特种锚杆与锚索支护技术一、特种锚杆一、特种锚杆1注浆锚杆注浆锚杆2自钻注浆锚杆和接长锚杆自钻注浆锚杆和接长锚杆二、小孔径树脂锚索二、小孔径树脂锚索第八节第八节煤巷锚杆支护技术的应用煤巷锚杆支护技术的应用第九节第九节改进与发展改进与发展第六节锚杆支护监测技术3煤巷锚杆支护技术煤巷锚杆支护技术绪绪论论一、锚杆支护的技术经济优越性一、锚杆支护的技术经济优越性 在巷道支护中，锚杆支护与传统的棚式支在巷道支护中，锚杆支护与传统的棚式支护相比，具有显著的技术经济优越性。其主要护相比，具有显著的技术经济优越性。其主要表现在：（表现在：（1）锚杆支护可充分利用围岩的自）锚杆支护可充分利用围岩的自承能力将载荷体变为承载体；（承能力将载荷体变为承载体；（2）一般棚式）一般棚式支护属于支护属于“被动被动”支护，支而通常使用的锚杆支护，支而通常使用的锚杆支护属于支护属于“主动主动”支护，在锚杆安装以后，锚支护，在锚杆安装以后，锚杆即对围岩提供轴向或横向的支护阻力，且随杆即对围岩提供轴向或横向的支护阻力，且随围岩变形支护阻力不断增加；围岩变形支护阻力不断增加；煤巷锚杆支护技术绪论4v（3）锚杆支护的巷道围岩变形量通常要比棚式支护减）锚杆支护的巷道围岩变形量通常要比棚式支护减少一半以上；（少一半以上；（4）减少支护材料的运输和装卸支架工）减少支护材料的运输和装卸支架工作量，减轻工人的劳动强度和改善作业环境；（作量，减轻工人的劳动强度和改善作业环境；（5）能）能够保持两道和开切眼的畅通，为回采工作面快速推进和够保持两道和开切眼的畅通，为回采工作面快速推进和高产高低成本生产创造有利条件；（高产高低成本生产创造有利条件；（6）锚杆支护巷道）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，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。（提高掘进速度和生产效率。（7）降低支护成本，采用）降低支护成本，采用锚杆支护可以大幅度节约大量钢材、木材等支护材料，锚杆支护可以大幅度节约大量钢材、木材等支护材料，降低支护成本，有利于节约自然资源，改善生态环境。降低支护成本，有利于节约自然资源，改善生态环境。（8）提高掘进速度，锚杆支护巷道施工简单、机械化）提高掘进速度，锚杆支护巷道施工简单、机械化程度高，随着锚杆机具、掘进机及其配套设备性能的完程度高，随着锚杆机具、掘进机及其配套设备性能的完善与提高，配套材料，如钻头、钎杆性能的提高，以及善与提高，配套材料，如钻头、钎杆性能的提高，以及一大批锚杆支护材料的应用，巷道掘进速度和生产效率一大批锚杆支护材料的应用，巷道掘进速度和生产效率可大幅提高。可大幅提高。（3）锚杆支护的巷道围岩变形量通常要比棚式支护减少一半以上；5v（9）消除安全隐患）消除安全隐患v采用锚网支护技术，可以消除传统架棚支护方式的采用锚网支护技术，可以消除传统架棚支护方式的不安全因素。若采用架棚支护，由于顶煤较破碎，不安全因素。若采用架棚支护，由于顶煤较破碎，棚与顶板煤层之间出现空隙，则会造成煤的自燃。棚与顶板煤层之间出现空隙，则会造成煤的自燃。采用锚网支护技术，钢筋网能遭与顶板完全接触，采用锚网支护技术，钢筋网能遭与顶板完全接触，可防止顶煤的冒落和煤层裂隙的继续扩展，从而可可防止顶煤的冒落和煤层裂隙的继续扩展，从而可以达到防、灭火的目的。特别是消除了采用架棚支以达到防、灭火的目的。特别是消除了采用架棚支护的切眼在支架安装时、回撤架棚时的不安全因素，护的切眼在支架安装时、回撤架棚时的不安全因素，为安全生产创造了条件。为安全生产创造了条件。v（10）简化工作面超前支护）简化工作面超前支护v综采工作面上、下顺槽采用棚式支护时，必须提前综采工作面上、下顺槽采用棚式支护时，必须提前进行替棚。受工作面采动影响，撤棚、替棚工作十进行替棚。受工作面采动影响，撤棚、替棚工作十分复杂，用工多、速度慢，严重影响综采工作面综分复杂，用工多、速度慢，严重影响综采工作面综采工作面推进速度，提高了工作面单产，有利于高采工作面推进速度，提高了工作面单产，有利于高产高效矿井建设。产高效矿井建设。（9）消除安全隐患6二、国内外锚杆支护的发展二、国内外锚杆支护的发展1、国内外煤巷锚杆应用概况国内外煤巷锚杆应用概况 由由于于各各国国的的技技术术、经经济济状状况况及及煤煤层层地地质质条条件件的的差差异异比比较较大大，煤煤巷巷锚锚杆杆支支护护的的发发展展历历程程也也表表现现出出各各自自不不同同的的特特点。点。1)1)美国美国 美美国国是是世世界界上上最最早早使使用用锚锚杆杆作作为为煤煤矿矿顶顶板板支支护护方方式式的的国国家家(1912(1912年年)，依依据据其其得得天天独独厚厚的的地地质质条条件件及及先先进进的的科科技技、经经济济实实力力，在在锚锚杆杆支支护护技技术术方方面面一一直直处处于于世世界界领领先先水水平平，是是目目前前世世界界上上锚锚杆杆支支护护技技术术最最先先进进、最最成成熟熟、锚锚杆杆使使用用数数量量最最多多的的国国家家，每每年年锚锚杆杆使使用用量量在在80008000万万根根以以上上，约约25000km25000km的的煤煤巷巷使使用用锚锚杆杆支支护护。由由于于使使用用锚锚杆杆有有效效地地控控制制围围岩岩的的稳稳定定性性，美美国国所所有有的的井井工工巷巷道道都都布布置置在在煤煤层层中中，并并认认为为不不能能采采用用锚锚杆杆支支护护的的煤煤层层，开开采采是是不不经经济的济的。二、国内外锚杆支护的发展76060年年代代末末由由于于树树脂脂锚锚固固剂剂的的发发明明，锚锚杆杆使使用用的的相相当当一一部部分分比比例例都都是是以以树树脂脂锚锚固固剂剂全全长长胶胶结结的的形形式式，并并且且锚锚杆杆的的直直径径和和强强度度都都有有所所提提高高(直直径径大大约约为为19mm19mm，强强度度大大约约为为300MPa)300MPa)。随随着着人人们们对对全全长长胶胶结结锚锚杆杆的的机机理理及及应应用用条条件件的的认认识识，认认为为高高预预拉拉力力对对于于更更大大限度地提高顶板的稳定性具有特别重要的意义。限度地提高顶板的稳定性具有特别重要的意义。在在7070年年代代末末，美美国国首首次次将将涨涨壳壳式式锚锚头头与与树树脂脂锚锚固固剂剂联联合合使使用用，使使得得锚锚杆杆能能够够实实现现很很高高的的预预拉拉力力，同同时时锚锚杆杆的的直直径径和和强强度度有有了了进进一一步步的的提提高高(直直径径达达到到22mm22mm和和25mm25mm，强强度度达达到到517MPa)517MPa)，锚锚杆杆的的高高预预拉拉力力可可以以达达到到杆杆体体本本身身强强度度的的50%50%75%75%。这这种种锚锚杆杆系系统统的的安安装装速速度度很很快快，安安装装机机具具不不需需等等到到树树脂脂固固结结就就可可以以移移至至安安装装下下一一根根锚锚杆的地方，因而可以采用中速或慢速树脂锚固剂。杆的地方，因而可以采用中速或慢速树脂锚固剂。美美国国的的主主要要经经验验是是：将将锚锚杆杆加加工工产产业业化化；锚锚杆杆支支护护作作为为一一门门技技术术，而而非非材材料料消消耗耗、废废品品利利用用，形形成成了了锚锚杆杆产产品品的的多多样样化化、多多系系列列，以以适适应应各各种种不不同同的的条条件件；锚锚杆杆设设计计、制制造造、服服务务一一体体化化；将将高高新新技技术术用用于于锚锚杆杆设设计计；强强调调锚锚杆杆的的高高强强度度、高高预预拉拉力力，并并将将锚锚杆杆的的预预拉拉力力作作为为锚锚杆杆支支护护的的主主要要参参数数进进行行设设计计，形形成成了了不不同同与与其其它国家的锚杆支护方法。它国家的锚杆支护方法。60年代末由于树脂锚固剂的发明，锚杆使用的82)2)2)2)澳大利亚澳大利亚澳大利亚澳大利亚 绝大多数煤巷采用锚杆支护，主要推广全长树脂锚绝大多数煤巷采用锚杆支护，主要推广全长树脂锚绝大多数煤巷采用锚杆支护，主要推广全长树脂锚绝大多数煤巷采用锚杆支护，主要推广全长树脂锚固锚杆，强调锚杆强度要高。其锚杆参数设计方法有其固锚杆，强调锚杆强度要高。其锚杆参数设计方法有其固锚杆，强调锚杆强度要高。其锚杆参数设计方法有其固锚杆，强调锚杆强度要高。其锚杆参数设计方法有其独到之处，将地质调研、设计、施工、监测、信息反馈独到之处，将地质调研、设计、施工、监测、信息反馈独到之处，将地质调研、设计、施工、监测、信息反馈独到之处，将地质调研、设计、施工、监测、信息反馈等相互关联、相互制约的各部分作为一个系统工程进行等相互关联、相互制约的各部分作为一个系统工程进行等相互关联、相互制约的各部分作为一个系统工程进行等相互关联、相互制约的各部分作为一个系统工程进行考察，使它们形成一个有机的整体，形成了锚杆支护系考察，使它们形成一个有机的整体，形成了锚杆支护系考察，使它们形成一个有机的整体，形成了锚杆支护系考察，使它们形成一个有机的整体，形成了锚杆支护系统设计方法。设计步骤主要包括以下几个基本部分：地统设计方法。设计步骤主要包括以下几个基本部分：地统设计方法。设计步骤主要包括以下几个基本部分：地统设计方法。设计步骤主要包括以下几个基本部分：地质力学评估，地应力状况和围岩力学性质是地质力学评质力学评估，地应力状况和围岩力学性质是地质力学评质力学评估，地应力状况和围岩力学性质是地质力学评质力学评估，地应力状况和围岩力学性质是地质力学评估的主要内容；锚杆支护参数设计，在巷道围岩力学评估的主要内容；锚杆支护参数设计，在巷道围岩力学评估的主要内容；锚杆支护参数设计，在巷道围岩力学评估的主要内容；锚杆支护参数设计，在巷道围岩力学评估的基础上，应用有限差分数值模拟分析辅以工程类比估的基础上，应用有限差分数值模拟分析辅以工程类比估的基础上，应用有限差分数值模拟分析辅以工程类比估的基础上，应用有限差分数值模拟分析辅以工程类比和理论计算进行锚杆支护参数设计；对初始设计选定的和理论计算进行锚杆支护参数设计；对初始设计选定的和理论计算进行锚杆支护参数设计；对初始设计选定的和理论计算进行锚杆支护参数设计；对初始设计选定的方案进行围岩稳定性分析；现场施工；方案进行围岩稳定性分析；现场施工；方案进行围岩稳定性分析；现场施工；方案进行围岩稳定性分析；现场施工；现场监测、信息现场监测、信息现场监测、信息现场监测、信息反馈和优化调整设计。反馈和优化调整设计。反馈和优化调整设计。反馈和优化调整设计。2)澳大利亚93)3)3)3)英国英国英国英国 1946194619461946年年年年首首首首次次次次试试试试验验验验机机机机械械械械涨涨涨涨壳壳壳壳式式式式锚锚锚锚杆杆杆杆，1952195219521952年年年年在在在在NCBNCBNCBNCB矿矿矿矿大大大大规规规规模模模模使使使使用用用用机机机机械械械械式式式式锚锚锚锚杆杆杆杆，但但但但由由由由于于于于机机机机械械械械式式式式锚锚锚锚杆杆杆杆不不不不适适适适宜宜宜宜英英英英国国国国较较较较软软软软弱弱弱弱的的的的煤煤煤煤系系系系地地地地层层层层，到到到到60606060年年年年代代代代中中中中期期期期，英英英英国国国国逐逐逐逐渐渐渐渐开开开开始始始始不不不不使使使使用用用用锚锚锚锚杆杆杆杆支支支支护护护护技技技技术术术术；80808080年年年年代代代代中中中中后后后后期期期期开开开开始始始始重重重重新新新新发发发发展展展展锚锚锚锚杆杆杆杆支支支支护护护护技技技技术术术术，使使使使用用用用比比比比重重重重达达达达到到到到80%80%80%80%，主主主主要要要要引引引引进进进进澳澳澳澳大大大大利利利利亚亚亚亚锚锚锚锚杆杆杆杆技技技技术术术术，包包包包括括括括：(1)(1)(1)(1)采采采采用用用用高高高高强强强强度度度度的的的的澳澳澳澳大大大大利利利利亚亚亚亚锚锚锚锚杆杆杆杆支支支支护护护护系系系系统统统统(AT(AT(AT(AT锚锚锚锚杆杆杆杆)，包包包包括括括括高高高高强强强强度度度度树树树树脂脂脂脂锚锚锚锚杆杆杆杆全全全全长长长长锚锚锚锚固固固固技技技技术术术术、清清清清洁洁洁洁钻钻钻钻孔孔孔孔的的的的做做做做法法法法、锚锚锚锚杆杆杆杆与与与与钻钻钻钻孔孔孔孔需需需需紧紧紧紧密密密密配配配配合合合合等等等等等等等等，树树树树脂脂脂脂粘粘粘粘结结结结强强强强度度度度达达达达到到到到5 5 5 510MPa10MPa10MPa10MPa，锚锚锚锚杆杆杆杆锚锚锚锚固固固固力力力力达达达达到到到到250kN250kN250kN250kN以以以以上上上上；(2)(2)(2)(2)根根根根据据据据实实实实际际际际的的的的地地地地质质质质、开开开开采采采采条条条条件件件件，研研研研究究究究围围围围岩岩岩岩的的的的应应应应力力力力状状状状态态态态，掌掌掌掌握握握握岩岩岩岩层层层层移移移移动动动动、锚锚锚锚杆杆杆杆载载载载荷荷荷荷的的的的分分分分布布布布和和和和发发发发展展展展，合合合合理理理理设设设设计计计计锚锚锚锚杆支护参数。杆支护参数。杆支护参数。杆支护参数。3)英国104)4)其它国家其它国家 自自19321932年年发发明明型型钢钢支支架架以以来来，德德国国主主要要采采用用型型钢钢支支架架支支护护巷巷道道，支支护护比比重重达达到到90%90%以以上上；自自8080年年代代以以来来，由由于于采采深深加加大大，型型钢钢支支架架支支护护费费用用高高，巷巷道道维维护护日日益益困困难难，开开始始使使用用锚锚杆杆支支护护；8080年年代代初初期期，锚锚杆杆支支护护在在鲁鲁尔尔矿矿区区试试验验成成功功。6060年年代代中中后后期期，法法国国引引进进由由德德国国发发明明、6060年年代代进进入入商商品品化化的的树树脂脂全全长长锚锚固固技技术术，几几起起严严重重的的围围岩岩坍坍塌塌促促使使法法国国煤煤科科院院在在LorraineLorraine煤煤田田对对树树脂脂锚锚杆杆进进行行深深入入研研究究，8080年年代以后锚杆使用比重大大提高。代以后锚杆使用比重大大提高。4)其它国家115)5)国内情况国内情况 自自5050年年代代以以来来，锚锚杆杆支支护护技技术术在在我我国国也也得得到到了了逐逐步步应应用用，煤煤矿矿于于19561956年年开开始始使使用用锚锚杆杆，主主要要是是机机械械端端锚锚和和钢钢丝丝绳绳砂砂浆浆无无托托盘盘锚锚杆杆，用用在在较较稳稳定定的的岩岩石石巷巷道道中中，70708080年年代代，国国家家科科技技攻攻关关中中一一直直将将软软岩岩锚锚杆杆支支护护列列为为主主攻攻方方向向之之一一，8080年年代代末末期期，开开始始引引进进澳澳大大利利亚亚技技术术，树树脂脂锚锚杆杆研研制制成成功功并并推推广广应应用用，煤煤巷巷锚锚杆杆进进入入发发展展的的快快车车道道，、类类巷巷道道锚锚杆杆支支护护很很快快取取得得成成功功，、类类巷巷道道也也积积累累了了很很多多经经验验，煤煤巷巷锚锚杆杆的的推推广广应应用用力力度度进进一一步步加加强强，但但由由于于我我国国煤煤矿矿地地质质条条件件相相对对于于美美国国、澳澳大大利利亚亚、英英国国等等更更加加复复杂杂，我我国国煤煤巷巷锚锚杆杆支支护护不不仅仅要要使使用用在在煤煤质质中中硬硬、围围岩岩稳稳定定程程度度较较高高的的、类类回回采采巷巷道道，而而且且要要使使用用在在软软岩岩回回采采巷巷道道、深深井井巷巷道道、沿沿空空掘掘巷巷等等复复杂杂困困难难条条件件下下，所所以以总总体体使使用比重较低，各地区发展很不平衡。用比重较低，各地区发展很不平衡。5)国内情况12 2 2、锚杆支护型式演变概况锚杆支护型式演变概况 透透过过世世界界各各国国锚锚杆杆支支护护的的应应用用历历史史，单单从从锚锚固技术和手段的演变看可将其归结为固技术和手段的演变看可将其归结为3 3个阶段：个阶段：1)1)机机械械式式端端头头点点锚锚固固锚锚杆杆的的应应用用阶阶段段。4040年年代代开开始始，在在50506060年年代代广广为为推推广广的的锚锚杆杆支支护护主主要要型型式式是是机机械械端端头头锚锚固固，分分为为楔楔缝缝式式、涨涨壳壳式式、倒倒楔楔式式等等，其其特特点点为为锚锚固固力力低低、系系统统刚刚度度小小、可可靠靠性性差差，受受岩岩性性影影响响大大，不不易易在在软软岩岩中中使使用用，英英国国煤煤矿矿采采用用该该类类锚锚杆杆支支护护的的实实践践表表明明它它不不适适宜宜在在软软弱弱煤煤层层中中应应用用，一一度度停停止止在在煤煤巷巷中中使使用用锚锚杆杆支支护护。机机械械式式端端头头点点锚锚固固锚锚杆杆的的技技术术特特征征客客观观上上导导致致了了使使用用的的局局限限性性，并并出出现现锚锚杆杆支支护护技术和使用的徘徊期。技术和使用的徘徊期。2、锚杆支护型式演变概况132)2)全锚锚杆的提出。全锚锚杆的提出。70708080年年代代各各种种新新型型锚锚杆杆相相继继问问世世，如如砂砂浆浆锚锚杆杆、树树脂脂锚锚杆杆、管管缝缝式式锚锚杆杆、水水胀胀锚锚杆杆等等，它它们们的的特特点点为为全全长长锚锚固固、锚锚固固力力大大、可可靠靠性性高高，适适应应性性强强。通通过过研研究究聚聚脂脂树树脂脂锚锚杆杆和和涨涨壳壳式式锚锚杆杆的的拉拉拔拔试试验验，得得出出粘粘结结式式锚锚杆杆比比机机械械式式锚锚杆杆的的锚锚固固力力大大1.71.73 3倍倍；测测试试证证实实粘粘结结式式锚锚杆杆锚锚固固力力随随围围岩岩变变形形的的增增加加而而逐逐步步增增大大，机机械械式式点点锚锚固固锚锚杆杆的的锚锚固固力力初初期期总总有有个个急急剧剧下下降降的的过过程程，然然后后就就维维持持在在较较低低的的水水平平。上上述述研研究究成成果果对对机机械械式式点点锚锚固固锚锚杆杆的的淘淘汰汰和和全全锚锚锚锚杆杆尤尤其其是是树树脂脂锚杆的推广应用发挥了重要作用。锚杆的推广应用发挥了重要作用。2)全锚锚杆的提出。143)3)树脂锚杆占领市场阶段。树脂锚杆占领市场阶段。8080年年代代以以后后，树树脂脂锚锚杆杆以以其其优优越越的的锚锚固固性性能能和和简简易易的的操操作作工工艺艺逐逐渐渐占占领领了了锚锚杆杆市市场场。砂砂浆浆锚锚杆杆由由于于灌灌浆浆工工艺艺复复杂杂，凝凝固固时时间间长长，胶胶结结质质量量难难以以保保证证，管管缝缝式式锚锚杆杆和和水水胀胀锚锚杆杆易易锈锈蚀蚀，锚锚固固力力受受到到钢钢材材和和围围岩岩松松弛弛的的影影响响，只只能能在在某某些些条条件件下下发发展展应应用用，此此外外各各种种适适应应特特殊殊要要求求的的锚锚杆杆得得到到发发展展，如如适适应应可可切切割割要要求求的的玻玻璃璃纤纤维维锚锚杆杆、塑塑料料锚锚杆杆，适适应应软软岩岩大大变变形形要要求求的的等等塑塑性性锚锚杆杆，适应大跨度的桁架和锚索等。适应大跨度的桁架和锚索等。3)树脂锚杆占领市场阶段。153、发展趋势、发展趋势 从世界各国的应用情况看，高强螺纹钢树脂从世界各国的应用情况看，高强螺纹钢树脂锚杆技术较好地解决了支护系统本身的强度和锚锚杆技术较好地解决了支护系统本身的强度和锚杆与围岩的锚固技术问题，并形成了一套相对成杆与围岩的锚固技术问题，并形成了一套相对成熟的体系。多种复杂困难条件下煤巷锚杆支护的熟的体系。多种复杂困难条件下煤巷锚杆支护的成功应用，加深了对高强树脂锚杆控制受采动影成功应用，加深了对高强树脂锚杆控制受采动影响巷道围岩变形和稳定性的机理及高强锚杆支护响巷道围岩变形和稳定性的机理及高强锚杆支护系统适应和控制巷道围岩大变形能力的认识，因系统适应和控制巷道围岩大变形能力的认识，因此复杂困难条件煤巷采用新型锚杆支护在理论和此复杂困难条件煤巷采用新型锚杆支护在理论和技术上都有一定的基础。但在近技术上都有一定的基础。但在近1010年的的开发研年的的开发研究和应用中，我们对大量巷道冒顶事故及顶板严究和应用中，我们对大量巷道冒顶事故及顶板严重离层变形的现象进行了分析，重离层变形的现象进行了分析，发现导致冒顶的发现导致冒顶的原因不仅仅是锚杆强度不够造成的，也不能通过原因不仅仅是锚杆强度不够造成的，也不能通过增加锚杆密度来解决，锚杆的预拉力增加锚杆密度来解决，锚杆的预拉力(初锚力初锚力)起起到了更为关键的作用到了更为关键的作用。3、发展趋势16 美美国国A.Wahab A.Wahab Khair(1992)Khair(1992)观观测测了了高高水水平平地地应应力力与与巷巷道道顶顶板板产产生生的的离离层层及及剪剪切切破破坏坏程程度度的的关关系系，并并提提出出了了采采用用锚锚杆杆桁桁架架控控制制巷巷道道顶顶板板的的措措施施。美美国国J.J.Stankus(1994Stankus(1994、1997)1997)和和Song Song Guo(Guo(郭郭颂颂，19971997、1998)1998)系系统统地地研研究究了了水水平平地地应应力力对对巷巷道道稳稳定定性性的的影影响响，认认为为水水平平地地应应力力是是造造成成巷巷道道顶顶板板离离层层垮垮冒冒、底底板板鼓鼓起起的的主主要要原原因因，但但可可以以通通过过提提高高巷巷道道顶顶板板锚锚杆杆预预拉拉力力，将将水水平平地地应应力力的的消消极极影影响响变变为为积积极极的的作作用用，从从而而极极大大地地提提高高巷巷道道的的稳稳定定性性,并并开开始始在在锚锚杆杆支支护护设设计计中中考考虑虑锚锚杆杆预预拉拉力力的的影影响响。中中国国学学者者朱朱浮浮声声(1993)(1993)、郑郑雨雨天天(1995)(1995)的的研研究究表表明明：当当锚锚杆杆预预拉拉力力达达到到606070kN70kN时时，就就可可以以有有效效控控制制巷巷道道顶顶板板的的下下沉沉量量，并并通通过过加加大大锚锚杆杆的的间间排排距，减少锚杆用量。距，减少锚杆用量。美国A.WahabKhair(1992)观测了高水17 如如何何把把握握锚锚杆杆支支护护技技术术的的演演变变趋趋势势，应应用用预预应应力力技技术术成成果果，从从普普通通圆圆钢钢锚锚杆杆、高高强强度度螺螺纹纹钢钢锚锚杆杆，进进一一步步发发展展到到预预拉拉力力锚锚杆杆支支护护技技术术，是是非非常常值值得得研研究究的的问问题题。早早在在本本世世纪纪初初，就就有有人人提提出出无无粘粘结结预预应应力力筋筋的的设设想想，2020年年代代德德国国人人申申请请了了专专利利，5050年年代代在在楼楼面面建建筑筑中中应应用用，近近2020年年发发展展很很快快。预预应应力力技技术术的的出出现现和和发发展展使使得得预预应应力力平平板板结结构构代代替替了了建建筑筑结结构构中中过过去去大大量量采采用用的的梁梁板板结结构构，从从而而大大大大提提高高了了承承载载性性能能，减减少少了了材材料料用用量量，减减少少了了结结构构厚厚度度，增增加加了了有有效效空空间间；混混凝凝土土建建筑筑材材料料也也经经由由素素混混凝凝土土、普普通通钢钢筋筋混混凝凝土土发发展展到到预预应应力力钢钢筋筋混凝土，承载性能明显提升。混凝土，承载性能明显提升。如何把握锚杆支护技术的演变趋势，应用预应力技术成果，18 作作为为采采矿矿技技术术领领先先的的国国家家，美美国国紧紧紧紧把把握握了了这这一一发发展展趋趋势势，美美国国采采矿矿界界起起到到了了带带头头作作用用：1)1)提提高高锚锚固固强强度度，增增大大锚锚杆杆间间排排，以以便便和和掘掘进进机机的的速速度度匹匹配配；同同时时扩扩大大锚锚杆杆支支护护的的应应用用范范围围，提提高高支支护护效效率率；2)2)采采用用性性能能优优越越的的施施工工安安装装机机具具，在在锚锚杆杆安安装装时时实实现现高高预预拉拉力力。现现在在，美美国国矿矿山山巷巷道道锚锚杆杆的的预预拉拉力力一一般般为为100kN100kN左左右右，可可以以达到锚杆杆体本身屈服强度的达到锚杆杆体本身屈服强度的50507575。作为采矿技术领先的国家，美国紧紧把握了这一发展趋势19 美美国国高高预预拉拉力力锚锚杆杆支支护护技技术术已已取取得得了了显显著著成成效效，并并影影响响到到很很多多国国家家,比比如如英英国国研研制制成成锚锚固固能能力力达达500kN500kN的的“大大锚锚杆杆”，并并在在AsfordbyAsfordby矿矿试试验验成成功功用用间间距距1.01.0米米的的大大锚锚杆杆代代替替间间距距0.60.6米米的的“AT”“AT”锚锚杆杆。这这些些成成功功实实践践表表明明：高高预预拉拉力力锚锚杆杆能能够够很很有有效效地地控控制制层层状状顶顶板板的的离离层层，因因而而冒冒顶顶现现象象大大大大减减少少，安安全全状状况况有有根根本本性性的的转转变变；同同样样条条件件下下锚锚杆杆的的密密度度减减小小，间间排排距距大大大大提提高高，同同比比锚锚杆杆用用量量减减少少202030%30%；掘进速度大大提高，支护效率明显改善。；掘进速度大大提高，支护效率明显改善。美国高预拉力锚杆支护技术已取得了显著成效，并影响到很20三锚杆的种类三锚杆的种类锚杆的种类繁多，总体可归纳为锚杆的种类繁多，总体可归纳为以下几种类型：以下几种类型：三锚杆的种类21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传统的锚杆支护理论有悬吊理论、悬吊理论、组合梁理论和加固拱理论等。悬吊是最组合梁理论和加固拱理论等。悬吊是最早的锚杆支护理论，早的锚杆支护理论，它具有直观、易懂它具有直观、易懂及使用方便等特点。特别是在顶板上部及使用方便等特点。特别是在顶板上部有稳定岩层，而其下部存在松散、破碎有稳定岩层，而其下部存在松散、破碎岩层的条件下，这种支护理论应用比较岩层的条件下，这种支护理论应用比较广泛。其主要缺陷是仅考虑了锚杆的抗广泛。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破碎拉作用，没有涉及其抗剪能力及对破碎岩层整体强度的提高。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22 组合梁理论组合梁理论充分考虑了锚杆对岩层离层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，锚杆提供的轴向力将对岩层离理论认为，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擦层产生约束，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。层间产生相对滑动。加固拱理论加固拱理论认为，即认为，即使在软弱、松散、破碎的岩层中安装锚杆，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。只要锚杆间距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。加固拱理论充分考虑了锚杆支护的整荷。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的应体作用，在软岩巷道中得到较为广泛的应用。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23一、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下沉沉和离层，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。这这是是悬悬吊理论的进一步发展，如吊理论的进一步发展，如2所示。所示。一、悬吊理论24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25根根据据悬悬吊吊岩岩层层的的重重量量就就可可以以进进行行锚锚杆杆支支护护设设计。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分开开，与与实实际际情情况况有有一一定定差差距距，计计算数据存在误差。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者未未松松动动岩岩层层上上，悬悬吊吊理理论就不适用。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。26二、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用居次要地位。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27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28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、连连续性受到破坏时，组合梁也就不存在了。续性受到破坏时，组合梁也就不存在了。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支护护的的设计，对于巷道的帮、底不适用。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29三、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，其其厚厚度度越大，越有利于围岩的稳定和支承能力的提高。越大，越有利于围岩的稳定和支承能力的提高。三、组合拱(压缩拱)理论30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加固设计和施工的重要参考。杆加固设计和施工的重要参考。组合拱理论在一定程度上揭示了锚杆支护的31图4 锚杆的组合拱原理图4锚杆的组合拱原理32四、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1.52.5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，顶顶底底板板稳定性最差，如图稳定性最差，如图5所示。所示。四、最大水平应力理论33图图5 应力场效应应力场效应(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34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，才能起约束围岩变形的作用。大，才能起约束围岩变形的作用。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对巷巷道道稳稳定定性性的的影影响响以以及及锚锚杆杆支支护护所所起起的的作用。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，并并根根据据监测结果修改完善初始设计。监测结果修改完善初始设计。在最大水平应力作用下，顶底板岩层易于发生35(a)约束岩层膨胀；约束岩层膨胀；(b)约束岩层错动约束岩层错动图图6 锚杆加固作用示意图锚杆加固作用示意图(a)约束岩层膨胀；36五、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随随着着锚锚杆杆支支护护理理论论研研究究的的深深入入，开开始始涉涉及及到到锚锚杆杆支支护护机机理理的的实实质质问问题题，国国内内外外学学者者对对经经锚锚杆杆锚锚固固后后围围岩岩岩岩体体力力学学性性能能的的改改善善进进行行了了研研究究，深深度度不不同同地地探探讨讨了了锚锚杆杆加加固固后后提提高高岩岩石石强强度度R、弹弹性性模模量量E、粘粘聚聚力力C和和内内摩摩擦擦角角等等问问题题，取取得得了了相相应应的的研研究究成成果果：(1)系系统统布布置置锚锚杆杆可可以以提提高高岩岩体体的的E、C、;(2)合合理理的的锚锚杆杆支支护护可可以以有有效效地地改改变变围围岩岩的的应应力力状状态态和和应应力力应应变变特特性性，且且不不同同弹弹性性模模量量的的带带锚锚岩岩体体所所表表现现的的锚锚固固效效果果是是不不同同的的；(3)锚锚杆杆的的锚锚固固效效果果与与锚锚杆杆密密度度、长长度度、型型式式、锚锚杆杆材材料料的的抗抗剪剪刚刚度度和和强强度度有有关关，并并从从不不同同角角度度提提出出了了最最佳佳的的锚锚杆杆布布置置方方案案：(4)锚锚固固体体的的变变形形破破坏坏符符合合莫莫尔尔库库仑仑准准则则；(5)锚锚杆杆支支护护在在力力学学上上等等价价于于对对孔孔硐硐周周围围岩岩体体施施加加一一定定量量的的径向约束力。径向约束力。五、巷道锚杆支护围岩强度强化理论综述37vv这这些些研研究究成成果果，在在一一定定程程度度上上定定性性或或定定量量地地弄弄清清了了一一些些重重要要问问题题，例例如如锚锚固固体体的的极极限限强强度度和和E E、C C、的的提提高高等等，但但这这些些研研究究成成果果主主要要偏偏重重于于地地表表加加固固工工程程和和浅浅埋埋隧隧道道工工程程。对对于于煤煤矿矿巷巷道道特特别别是是煤煤巷巷，由由于于围围岩岩松松软软、埋埋藏藏深深，受受采采动动、构构造造应应力力的的影影响响，地地应应力力很很大大，巷巷道道围围岩岩破破坏坏严严重重，因因而而，其其周周围围存存在在着着破破碎碎区区、塑塑性性区区和和弹弹性性区区，相相应应巷巷道道周周围围锚锚杆杆锚锚固固区区域域的的岩岩体体则则处处于于破破碎碎区区或或处处于于上上述述两两个个或或三三个个区区域域之之中中，相相应应锚锚固固区区域域的的岩岩石石强强度度处处于于峰峰后后强强度度或或残残余余强强度度。只只有有掌掌握握围围岩岩峰峰值值后后强强度度和和变变形形的的特特点点以以及及锚锚杆杆对对提提高高围围岩岩峰峰值值后后强强度度和和残残余余强强度度的的作作用用，才才能能从根本上揭示锚杆支护的作用机理。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弄清了一些重要问题，例38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，从从而而有有利利于于保持巷道围岩的稳定。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39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，阻阻止止岩岩层发生滑动。层发生滑动。锚杆杆体主要提供两方面的作用，第一是抗40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平缓。较平缓。国内外学者对锚杆锚固前后岩体力学性能的变化41图图7 a 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图7a锚固前后岩石应力一应变关系42图图7b锚固体应力应变曲线锚固体应力应变曲线图7b锚固体应力应变曲线43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护机理进行概括，其要点如下：支护机理进行概括，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别，因因此此，锚锚杆杆支支护护的的作作用用在在巷巷道道不不同同受受力力阶阶段段有有其其特点；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，锚杆安装越及时，预紧力越大，支护效果越好；锚杆安装越及时，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，阻阻止止破破坏坏区区岩岩层层扩扩容容、离离层层、滑滑动动，从从而而提提高高其其承载能力；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44(4)锚锚杆杆不不能能伸伸入入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，同同时时使使围围岩岩深深部部的的应应力力分分布布趋趋于于均匀和内移；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的扩扩容容和和离离层层，从从而而增增加加岩层承载能力；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合支支护护系系统统，阻阻止止破破坏坏岩岩层层垮垮落落和和发发生生较较大大的转动的转动(如图如图8)(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形均有控制作用。加钢带后效果会更好。变形均有控制作用。加钢带后效果会更好。(4)锚杆不能伸入稳定岩层时，锚杆的作用主要是提高破45煤巷锚杆支护技术讲解课件46六、煤巷层状顶板的预应力结构理论1、层状顶板预应力支护结构的概念 众众所所周周知知，巷巷道道开开挖挖后后在在围围岩岩很很小小变变形形时时(约约在在破破坏坏载载荷荷的的25%25%以以下下)，脆脆性性特特征征明明显显的的岩岩体体就就出出现现开开裂裂、离离层层、滑滑动动、裂裂纹纹扩扩展展和和松松动动等等现现象象，使使围围岩岩强强度度大大大大弱弱化化。如如果果巷巷道道开开挖挖后后立立即即安