06.1-2锚杆支护原理及类型.ppt

第六章 巷道锚杆支护 第一节 简介 第二节 锚杆支护原理 第三节 锚杆支护类型 第四节 锚杆支护设计 第一节 简 介 国外： 1912年煤矿开始使用锚杆支护； 1940-50，机械涨壳式锚杆应用广泛； 70-80，砂浆、树脂、管缝式锚杆； 90年代，树脂锚杆占据了市场。 国外锚杆支护的发展方向为：提高锚杆的锚固力，井使其得到充分发挥，扩大锚杆支护应用范围，提高锚杆支护效率。 第一节 简 介 我国： 1956年煤矿开始使用锚杆支护； 60年代进入采区； 发展缓慢。 95年，新掘巷道中28.9%，其中岩巷57.2%，半煤岩30.07%，煤巷15.15%。 近十年，高速发展时期。 “锚注”研制成功。“预应力”高强锚杆。 第二节 锚杆支护机理 一、锚杆作用机理 二、锚喷作用机理 三、锚梁作用机理 四、锚杆桁架作用机理 五、锚索作用机理 六、锚注作用机理 第二节 锚杆支护机理 锚杆支护的作用机理尚在探讨之中。目前己提出的观点较多，其中影响较大的有悬吊作用、组合梁(拱)作用、加固(提高C、φ值)作用等几种。这几种观点都是以围岩状态和利用锚杆杆体受拉(力)为前提来解释锚杆支护护作用机理的，因此，围岩状态及锚杆受拉力这两个前提的客观性是判定上述理论正确性的标准。 一、锚杆作用机理 （一）悬吊作用 （二）组合梁作用 （三）挤压加固作用 （四）围岩强度强化理论 （五）最大水平主应力作用 （六）减跨作用 （七）松动圈理论 （八）关键承载圈理论 （一）悬吊作用 （一）悬吊作用 （一）悬吊作用 1952-1962年，Louis A, Pane K经过理论分析及实验室和现场测试，提出锚杆杆作用机理是将直接顶板悬吊到坚硬岩层上(如图4-1)。 例如，在缓倾斜煤层中锚杆的悬吊作用就是锚杆将下部不稳定的岩层(直接顶或块状结构中不稳固的岩块)悬吊在上部稳固的岩层上，阻止岩块或岩层的垮落。锚杆所受的拉力来自被悬吊的岩层重量，并据此设计锚杆支护参数。 （一）悬吊作用 这一理论提出的较早，只有满足其前提条件时，才有一定的实用价值。 在我国，由于锚杆长度一般都在1.6-2.2m之间，当破碎带较大超过其锚杆长度时，采用悬吊理论无法设计支护参数，而且大量的工程实践证明，即使巷道上部没有稳固的岩层，锚杆也能发挥其作用。例如，在全煤巷道中，锚杆锚固在煤层中也能起到支护的作用，这从一个侧面说明悬吊理论在应用中的局限性。 （一）悬吊作用 由于锚杆支护的主要对象不是破碎带内岩石的重量(自重)，而是破碎带产生和发展过程中的碎胀变形力，而后者碎胀变形力远大于前者破碎带内岩石的自重。 （二）组合梁作用 （二）组合梁作用 为了解决悬吊理论的局限性，1952年德国Jacobio等在层状地层中提出了组合梁理论。 该理论认为在没有稳固岩层提供悬吊支点的薄层状岩层中，可利用锚杆的拉力将层状地层组合起来形成组合梁结构进行支护护，这就是所谓的锚杆组合梁作用(如图4-2)。 （二）组合梁作用 组合梁作用的本质 在于通过锚杆的预拉应力将原视为叠合梁(板)的岩层挤紧，增大岩层间的摩擦力； 同时，锚杆本身也提供一定的抗剪能力，阻止其层间错动。 锚杆把数层薄的岩层组合成类似铆钉加固的组合梁，这时被锚固的岩层便可看成组合梁，全部锚固层能保持同步变形，顶板岩层抗弯刚度得以大大提高。 决定组合梁稳定性的主要因素是锚杆的预拉应力及杆体强度和岩层的性质。 （二）组合梁作用 这一观点有一定的影响，但是其工程实例比较少，也没有进一步的资料供锚杆支护设计应用，尤其是组合梁的承载能力难以计算，而且组合梁在形成和承载过程中，锚杆的作用难以确定。 另外，岩层沿巷道纵向有裂缝时粱的连续性问题、梁的抗弯强度等问题也难以解决。 （三）挤压加固拱作用 （三）挤压加固拱作用 （三）挤压加固拱作用 对于被纵横交错的弱面所切割的块状或破裂状围岩，如果及时用锚杆加固，就能提高岩体结构弱面的抗剪强度，在围岩周边一定厚度的范围内形成一个不仅能维持自身稳定、而且能阻止其上部围岩松动和变形的加固拱，从而保持巷道的稳定。 （四）锚杆的加固作用 （四）锚杆的加固作用 弹塑性理论在对围岩状态作了正确分析后，对锚杆支护的作用机理提出了一个观点：认为利用锚杆提供足够的支护抗力，加固围岩提高其承载能力、减小其变形量，并且大量的实验室相似模拟试验证实通过锚杆锚固可使围岩的抗压强度峰值提高50％-100％(相对于无锚杆情况)，同时据此用摩尔理论抗剪强度包络线解释，可以使围岩不产生破碎带，或者说限制围岩弹塑性变形量的发展，从而使围岩处于稳定的弹塑性围岩状态，见图4-4。 （四）锚杆的加固作用 对这种观点来讲，由于现有支护(包括锚杆支护)对弹塑性变形相对不及时和支护手段与围岩的不密贴决定了在围岩处于弹性状态时其支护阻力较小，它不可能有效的阻止并限制围岩破碎带的产生和发展。