矿山顶板事故防治-太原理工大学张百胜-第九章采区巷道矿山压力控制详解.ppt

锚杆支护作用机理研究内容是弄清锚杆、锚索与围岩之间相互作用关系 锚杆的作用:锚杆杆体的作用第一是抗拉，其次是抗剪作用 锚杆的抗剪作用 根据材料力学，对于塑性材料，剪切强度一般是拉伸强度的0.6-0.8倍，取平均值0.7倍。对于常用直径20mm的锚杆杆体，圆钢、高强度螺纹钢、超高强度螺纹钢的剪断载荷分别约为85kN、125kN、180kN。 锚固剂的作用 锚固剂的主要作用是将钻孔孔壁岩石与杆体粘结在一起，使锚杆发挥支护作用。同时锚固剂也具有一定的抗剪与抗拉能力，与锚杆共同加固围岩。 (2) 锚固剂的抗拉作用：抗拉强度一般可取11.5MPa (3) 锚固剂的抗剪作用：抗剪强度一般可取35MPa。 端部锚固与全长锚固的区别 端部锚固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，沿长度方向是均匀分布的。由于锚杆与钻孔间有较大空隙，所以锚杆抗剪能力只有在岩层发生较大错动后才能发挥出来。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，任何部位岩层的离层都均匀地分散到整个杆体的长度上。 全长锚固锚固剂的作用主要有两方面：将锚杆杆体与孔壁粘结在一起，使锚杆随着岩层移动承受拉力；当岩层发生错动时，与杆体共同起抗剪作用，阻止岩层发生滑动。全长锚固锚杆应力、应变沿锚杆长度方向分布极不均匀，离层大的部位锚杆受力很大，这是全长锚固锚杆与端部锚固锚杆的根本区别。 端部锚固与全长锚固的区别 钢带（钢筋托梁）的作用 钢带和钢筋托梁的作用主要表现在以下三方面： (1) 单根锚杆作用于巷道表面可近似看成点载荷，钢带可扩大锚杆作用范围，使载荷趋于均匀。 (2) 对巷道表面提供支护，改善顶板岩层应力状态，减少岩层弯曲引起的拉伸破坏。防止锚杆间松动岩块掉落。 (3) 将数根锚杆连接在一起，均衡锚杆受力，共同形成组合支护系统，提高整体支护能力。 锚杆提供的支护强度 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平缓。 锚杆对不连续面的加固作用 锚杆对不连续面的本质作用在于：通过锚杆提供的轴向力与切向力，提高不连续面的抗剪强度，阻止不连续面产生移动与滑动。通过提高结构面的强度提高节理岩体的整体强度、完整性与稳定性，从而有效控制围岩变形和破坏。 现有锚杆支护理论评述 → 锚杆支护是一种主动支护形式 1、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。 回采巷道顶板多为层状岩体，当巷道开挖后，下位直接顶因弯曲、变形与上位顶板分离，如果锚杆及时将下位直接顶挤压并悬吊在稳定的上位顶板岩层上，就能减小和限制下位直接顶的下沉和离层，以达到支护的目的，如图2.1（a）所示。 巷道浅部围岩松软较破裂，或者开掘后应力重新分布，顶板出现松动破裂区，这时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。这是悬吊理论的进一步发展，如图2.1（b）所示。 利用悬吊作用进行锚杆支护设计时，锚杆长度可根据坚硬岩层的位置或平衡拱高来确定，锚杆的锚固力及布置可根据所悬吊岩层的重量来确定。 悬吊理论直观揭示了锚杆的悬吊作用，只适用于巷道顶板，不适用于帮、底。且未考虑围岩抗弯和抗剪强度，将锚固体与原岩体分开与实际情况有一定差距。当跨度较大的软岩巷道中普氏拱高往往超过锚杆长度，无法将锚杆锚固到坚硬岩层或未松动的岩层上时，悬吊理论难以解释锚杆支护获得成功的原因。 现有锚杆支护设计方法评述 目前锚杆支护设计方法可分为四类，工程类比法、理论分析法、数值计算法及监测法。 Information Method 锚杆支护设计方法彻底解决了上述问题，它具有动态性、真实性、理论性和可操作性等功能，将工程地质、支护理论、现场施工与观测融于整个设计当中，是目前最科学的设计方法之一 。 较稳定顶板条件大巷无支护数值模拟研究 锚杆的早期作用 巷道开掘阶段顶板破坏范围较小，此时锚杆的作用主要是控制顶板下部岩层的滑动、离层、失稳。锚杆安装越及时，预紧力越大，则锚固范围内岩层的整体刚度越高，锚固体的完整性得到提高，岩层间不易发生离层，岩体的整体强度得到保持，支护效果越好。锚杆预紧力越大，锚杆越粗，提供的抗剪力越大，h1与h2岩层间越不容易发生错动。相反，如果锚杆没有预紧力，则只有当岩层产生一定变形时锚杆才有载荷，显然不能控制在这以前顶板岩层的离层和失稳。预应力太小也不能起到良好效果。如果锚杆安装不及时，较大范围内的岩层已产生滑动、失稳、离层，岩层承载能力丧失很大，再打锚杆，不会取得良好的锚固效果。