1、o 第一節(jié)第一節(jié) 簡介簡介o 第二節(jié)第二節(jié) 錨桿支護(hù)原理錨桿支護(hù)原理o 第三節(jié)第三節(jié) 錨桿支護(hù)類型錨桿支護(hù)類型o 第四節(jié)第四節(jié) 錨桿支護(hù)設(shè)計錨桿支護(hù)設(shè)計第一節(jié)第一節(jié) 簡簡 介介國外：國外：o 1912年煤礦開始使用錨桿支護(hù)；o 1940-50，機(jī)械漲殼式錨桿應(yīng)用廣泛；o 70-80，砂漿、樹脂、管縫式錨桿；o 90年代，樹脂錨桿占據(jù)了市場。o 國外錨桿支護(hù)的發(fā)展方向發(fā)展方向為：提高錨桿的錨固力，并使其得到充分發(fā)揮，擴(kuò)大錨桿支護(hù)應(yīng)用范圍，提高錨桿支護(hù)效率。我國：我國：o 1956年煤礦開始使用錨桿支護(hù)；o 60年代進(jìn)入采區(qū)；o 70-90年代發(fā)展緩慢。o 95年，新掘巷道中28.9%，其中巖巷5

2、7.2%，半煤巖30.07%，煤巷15.15%。o 近十年，高速發(fā)展時期。o “錨注”研制成功。“預(yù)應(yīng)力”高強(qiáng)錨桿。高阻讓壓錨桿。第二節(jié)第二節(jié) 錨桿支護(hù)機(jī)理錨桿支護(hù)機(jī)理o 一、錨桿作用機(jī)理一、錨桿作用機(jī)理o 二、錨噴作用機(jī)理二、錨噴作用機(jī)理o 三、錨梁作用機(jī)理三、錨梁作用機(jī)理o 四、錨桿桁架作用機(jī)理四、錨桿桁架作用機(jī)理o 五、錨索作用機(jī)理五、錨索作用機(jī)理o 六、錨注作用機(jī)理六、錨注作用機(jī)理o 錨桿支護(hù)的作用機(jī)理尚在探討之中。目前己提出的觀點(diǎn)較多，其中影響較大的有懸吊作用懸吊作用、組合梁組合梁(拱)作用、加固加固(提高C、值)作用等幾種。這幾種觀點(diǎn)都是以圍巖狀態(tài)和利用錨桿桿體受拉(力)為前提來解

3、釋錨桿支護(hù)護(hù)作用機(jī)理的，因此，圍巖狀態(tài)及錨桿受拉力圍巖狀態(tài)及錨桿受拉力這兩個前提的客觀性是判定上述理論正確性的標(biāo)準(zhǔn)。一、錨桿作用機(jī)理一、錨桿作用機(jī)理o （一）懸吊作用o （二）組合梁作用o （三）擠壓加固作用o （四）圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論o （五）最大水平主應(yīng)力作用o （六）減跨作用o （七）松動圈理論o （八）關(guān)鍵承載圈理論（一）懸吊作用（一）懸吊作用o 1952-1962年，Louis A, Pane K經(jīng)過理論分析及實(shí)驗室和現(xiàn)場測試，提出錨桿桿作用機(jī)理是將直接頂板懸吊到堅硬巖層上(如圖4-1)。o 例如，在緩傾斜煤層中錨桿的懸吊作用就是錨桿將下部不穩(wěn)定的巖層(直接頂或塊狀結(jié)構(gòu)中不穩(wěn)固的巖塊)

4、懸吊在上部穩(wěn)固的巖層上，阻止巖塊或巖層的垮落。o 錨桿所受的拉力來自被懸吊的巖層重量，并據(jù)此設(shè)計錨桿支護(hù)參數(shù)。o 這一理論提出的較早，只有滿足其前提條件滿足其前提條件時，才有一定的實(shí)用價值。o 在我國，由于錨桿長度一般都在1.6-2.2m之間，當(dāng)破碎帶較大超過其錨桿長度時，采用懸吊理論無法設(shè)計支護(hù)參數(shù)，而且大量的工程實(shí)踐證明，即使巷道上部沒有穩(wěn)固的巖層，錨桿也能發(fā)揮其作用。o 例如，在全煤巷道中，錨桿錨固在煤層中也能起到支護(hù)的作用，這從一個側(cè)面說明懸吊理論在應(yīng)用中的局限性。o 由于錨桿支護(hù)的主要對象主要對象不是破碎帶內(nèi)巖石的重量(自重自重)，而是破碎帶產(chǎn)生和發(fā)展過程中的破碎帶產(chǎn)生和發(fā)展過程中的

5、碎脹變形力碎脹變形力，而后者碎脹變形力遠(yuǎn)大于前者破碎帶內(nèi)巖石的自重。軟弱圍巖中，軟弱圍巖中，錨桿的作用是將直接頂板的破碎巖石懸吊在其上部部的自然平衡拱上，拱高可采用普氏的壓力拱理論估算。（二）組合梁作用（二）組合梁作用o 為了解決懸吊理論的局限性，1952年德國Jacobio等在層狀地層中提出了組合梁理論。o 該理論認(rèn)為：該理論認(rèn)為：在沒有穩(wěn)固巖層提供懸吊支點(diǎn)的薄層狀巖層中，可利用錨桿的拉力將層狀地層組合起來形成組合梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行支護(hù)護(hù)，這就是所謂的錨桿組合梁作用(如圖4-2)。組合梁作用的組合梁作用的本質(zhì)本質(zhì):o在于通過錨桿的預(yù)拉應(yīng)力將原視為疊合梁(板)的巖層擠緊，增大巖層間的摩擦力；o同時，錨

6、桿本身也提供一定的抗剪能力，阻止其層間錯動。o錨桿把數(shù)層薄的巖層組合成類似鉚釘加固的組合梁，這時被錨固的巖層便可看成組合梁，全部錨固層能保持同步變形，頂板巖層抗彎剛度得以大大提高。o決定組合梁穩(wěn)定性的主要因素決定組合梁穩(wěn)定性的主要因素是錨桿的預(yù)拉應(yīng)力及桿體強(qiáng)度和巖層的性質(zhì)。o 這一觀點(diǎn)有一定的影響，但是其工程實(shí)例比較少，也沒有進(jìn)一步的資料供錨桿支護(hù)設(shè)計應(yīng)用，尤其是組合梁的承載能力難以計算，而且組合梁在形成和承載過程中，錨桿的作用難以確定。o 另外，巖層沿巷道縱向有裂縫時有裂縫時粱的連續(xù)性問題、梁的抗彎強(qiáng)度等問題也難以解決。（三）擠壓加固拱作用（三）擠壓加固拱作用組合拱理論示意圖組合拱理論示意圖

7、組合拱理論是由蘭氏（組合拱理論是由蘭氏（T A Lang）和彭德（和彭德（Pender）通過光彈試驗）通過光彈試驗提出來的。提出來的。組合拱原理認(rèn)為組合拱原理認(rèn)為: 在拱形巷道圍巖的破裂區(qū)中，安裝預(yù)應(yīng)力錨桿時，在桿體兩端將形成圓錐形分布的壓應(yīng)力，如果沿巷道周邊布置的錨桿間距足夠小，各個錨桿的壓應(yīng)力錐體相互交錯，這樣使巷道周圍的巖層形成一種連續(xù)的組合帶（拱）。o 對于被縱橫交錯的弱面所切割的塊狀或破裂狀圍巖，如果及時用錨桿加固，就能提高巖體結(jié)構(gòu)弱面的抗剪強(qiáng)度，在圍巖周邊一定厚度的范圍內(nèi)形成一個不僅能維持自身穩(wěn)定、而且能阻止其上部圍巖松動和變形的加固拱，從而保持巷道的穩(wěn)定。（四）錨桿的加固作用（四

8、）錨桿的加固作用o 彈塑性理論在對圍巖狀態(tài)作了正確分析后，對錨桿支護(hù)的作用機(jī)理提出了一個觀點(diǎn)：o 利用錨桿提供足夠的支護(hù)抗力，加固圍巖提高其承載能力、減小其變形量，并且大量的實(shí)驗室相似模擬試驗證實(shí)通過錨桿錨固可使圍巖的抗壓強(qiáng)度峰值提高50-100(相對于無錨桿情況)，同時據(jù)此用摩爾理論抗剪強(qiáng)度包絡(luò)線解釋，可以使圍巖不產(chǎn)生破碎帶，或者說限制圍巖彈塑性變形量的發(fā)展，從而使圍巖處于穩(wěn)定的彈塑性圍巖狀態(tài)，見圖4-4。o 對這種觀點(diǎn)來講，由于現(xiàn)有支護(hù)(包括錨桿支護(hù))對彈塑性變形相對不及時和支護(hù)手段與圍巖的不密貼決定了在圍巖處于彈性狀態(tài)時其支護(hù)阻力較小，它不可能有效的阻止并限制圍巖破碎帶的產(chǎn)生和發(fā)展。（五

9、）巷道錨桿支護(hù)圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化作用（五）巷道錨桿支護(hù)圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化作用o中國礦大礦壓所中國礦大礦壓所（1）巷道錨桿支護(hù)的實(shí)質(zhì)實(shí)質(zhì)是錨桿和錨固區(qū)域的圍巖相互作用而形成錨固體，形成統(tǒng)一的承載結(jié)構(gòu)。（2）巷道錨桿支護(hù)可以提高錨固體的力學(xué)參數(shù)，包括錨固體破壞前和破壞后的力學(xué)參數(shù)（E、C、），改善錨固體的力學(xué)性能。（3）錨桿錨固體區(qū)域內(nèi)的巖體峰值強(qiáng)度或峰后強(qiáng)度、殘余強(qiáng)度均得到強(qiáng)化。（4）巷道錨桿支護(hù)可以改變圍巖的受力狀態(tài)、增加圍壓，從而提高圍巖的承載能力、改善巷道的支護(hù)狀況。（5）巷道圍巖錨固體強(qiáng)度提高后，巷道破碎區(qū)、松動圈范圍減小，有利于巷道圍巖保持穩(wěn)定。（六）最大水平主應(yīng)力理論（六）最大水平主應(yīng)力理論o

10、澳大利亞、英國目前普通采用蓋爾蓋爾(GaIe)最大水平主應(yīng)力理論設(shè)計錨桿支護(hù)參數(shù)。該理論認(rèn)為：o （1）礦井巖層的水平應(yīng)力水平應(yīng)力在埋深小于500m時通常大大于垂直應(yīng)力于垂直應(yīng)力；水平應(yīng)力具有明顯的方向性具有明顯的方向性，其中最大水平應(yīng)力一般為最小水平應(yīng)力的1.5-2.5倍。o （2）巷道頂?shù)装宓姆€(wěn)定性主要受水平應(yīng)力的影響，并且有3個特點(diǎn)：o 巷道軸向與最大水平應(yīng)力方向平行的巷道受水平應(yīng)力最小(頂?shù)装宸€(wěn)定性最好)；o 與最大水平應(yīng)力方向呈銳角相交巷道的頂?shù)装迨Х€(wěn)破壞偏向巷道的一幫：o 與最大水平應(yīng)力方向垂直的巷道受水平應(yīng)力影響最大(頂?shù)装宸€(wěn)定性最差)(圖4-6)。o 在深部開采的高應(yīng)力條件下，

11、最大水平應(yīng)力最大水平應(yīng)力的作用使頂?shù)装鍘r層出現(xiàn)錯動滑移和松動膨脹，在頂板出現(xiàn)破壞區(qū) (圖4-7)。o 而錨桿的作用就是防止巖層的錯動和膨脹錨桿的作用就是防止巖層的錯動和膨脹，特別是頂板變形的早期階段，巖層能夠得到及時加固，可以保持頂板的穩(wěn)定，控制后期變形破壞的發(fā)展。o 錨桿的加固作用如圖4-8所示。o 最大水平應(yīng)力理論論述了巷道圍巖水平應(yīng)力對巷道穩(wěn)定性的影響以及錨桿支護(hù)起到的作用，o 它是以實(shí)測地應(yīng)力及巖心實(shí)驗室力學(xué)試驗參數(shù)為基礎(chǔ)形成的一套錨桿支護(hù)設(shè)計方法，o 運(yùn)用有限差分法(采用莫爾一庫侖強(qiáng)度淮則)對試驗巷道錨桿支護(hù)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計，o 同時在使用中強(qiáng)調(diào)監(jiān)測的重要性，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果修正和完善初始

12、設(shè)計。o 但是用它無法定量設(shè)計錨桿支護(hù)參數(shù)，因為該理論仍然存在著以下幾個方面的問題沒有解決： （1）在實(shí)測地應(yīng)力(最大水平應(yīng)力)方面； （2）在巖體力學(xué)參數(shù)測定方面； （3）巖體本構(gòu)方程方面； （4）圍巖狀態(tài)方面分析。（七）錨桿的楔固作用（銷釘）（七）錨桿的楔固作用（銷釘） 錨桿的楔固作用是在圍巖中存在一組或幾組不同產(chǎn)狀的不連續(xù)面的情況下，由于錨桿穿過這些不連續(xù)面，防止或減少了圍巖沿不連續(xù)面的移動，如下圖所示。（八）錨桿的減跨作用（八）錨桿的減跨作用把不穩(wěn)定的頂板巖層看成是支撐在兩幫的疊合梁(板)，由于可視懸吊在老頂上的錨桿為支點(diǎn)安設(shè)了錨桿就相相當(dāng)于在該處打了點(diǎn)柱，增加了支點(diǎn)當(dāng)于在該處打了點(diǎn)柱

13、，增加了支點(diǎn)，減少了頂板的跨度(如圖)，從而降低了頂板巖層的彎曲應(yīng)力和撓度，維持了頂板與巖石的穩(wěn)定性，使巖石不易變形和破壞。這就是錨桿的“減跨”作用，它實(shí)際上來源于錨桿的懸吊作用。但是，它也未能提供用于錨桿支護(hù)參數(shù)設(shè)計的方法和參數(shù)。（九）根據(jù)圍巖狀態(tài)特征分類闡述錨桿支護(hù)機(jī)理（九）根據(jù)圍巖狀態(tài)特征分類闡述錨桿支護(hù)機(jī)理o 地下工程條件千變?nèi)f化，不同的圍巖狀態(tài)條件下，巷道支護(hù)的荷載勢必大不相同。如膨脹性地層以圍巖的吸水膨脹變形壓力吸水膨脹變形壓力為主，小松動圈圍巖以圍巖的自重自重壓力壓力為主，二者的支護(hù)作用顯然不同。所以，錨桿支護(hù)機(jī)理不能一概而論，應(yīng)根據(jù)圍巖狀態(tài)特征區(qū)別對待。o 近年來比較活躍的錨桿

14、支護(hù)理論如松動圈支護(hù)理論松動圈支護(hù)理論、關(guān)鍵承載圈支護(hù)理論關(guān)鍵承載圈支護(hù)理論等，都是從這一原則出發(fā)，結(jié)合圍巖狀態(tài)分別按懸吊理論、組合拱理論、加固理論等分析錨桿支護(hù)機(jī)理和設(shè)計錨桿支護(hù)參數(shù)。1. 圍巖松動圈巷道支護(hù)理論圍巖松動圈巷道支護(hù)理論o 圍巖松動圈巷道支護(hù)理論是在對圍巖狀態(tài)進(jìn)行深入研究后提出的，o 通過研究，發(fā)現(xiàn)松動圈的存在是巷道圍巖的固有特性，它的范圍大小(厚度值)目前可以用聲波儀或者多點(diǎn)位移計等手段進(jìn)行測定。o 松動圈理論認(rèn)為松動圈理論認(rèn)為：巷道支護(hù)的主要對象主要對象是圍巖松動圈產(chǎn)生、發(fā)展過程中產(chǎn)生的碎脹變形力碎脹變形力，錨桿受拉力的來源在于松動圈的發(fā)生、發(fā)展，并根據(jù)圍巖松動圈厚度值大小

15、的不同將其分為小、中、大三類，松動圈的類別不同，則錨桿支護(hù)機(jī)理也就不同。o 本理論認(rèn)為，巷道支護(hù)的對象巷道支護(hù)的對象除松動圈圍巖自重自重和巷道深部圍巖的部分彈塑性變形力部分彈塑性變形力外，還有松動圍圍巖的變形力變形力。后者，往往占據(jù)主導(dǎo)地位。簡而言之，巷道支護(hù)的對象主要是圍巖松動圈在圍巖松動圈在形成過程中的巖石碎脹力形成過程中的巖石碎脹力。o 在現(xiàn)有支護(hù)條件下，試圖用支護(hù)手段阻止圍巖松動破壞是不可能的。o 松動圈理論認(rèn)為，支護(hù)的作用是限制圍巖松動圈形成過程中碎脹支護(hù)的作用是限制圍巖松動圈形成過程中碎脹力所造成的有害變形力所造成的有害變形。o 支護(hù)對破碎圍巖的維護(hù)作用：松動圈發(fā)展變形過程中維持破

16、碎巖塊相互嚙合不垮落不垮落，通過提供支護(hù)阻力限制破裂縫隙過度擴(kuò)張限制破裂縫隙過度擴(kuò)張，從而減少巷道的收斂變形。o小松動圈（小松動圈（150cm）o圍巖表現(xiàn)出軟巖的工程特征軟巖的工程特征，圍巖松動圈碎脹變形量大，初期圍巖收斂變形速度快，變形持續(xù)時間長，礦壓顯現(xiàn)大，支護(hù)難度大。支護(hù)不成功時，巷道底板出現(xiàn)底鼓。在這種條件下，如果用懸吊理論設(shè)計錨桿支護(hù)參數(shù)，常因設(shè)計錨桿過長、過粗而失去其普遍應(yīng)用的價值。o在單根錨桿作用下每根錨桿因受拉應(yīng)力而對圍巖產(chǎn)生擠壓，在錨桿兩端周圍形成一個兩端圓錐形的受壓區(qū)，合理的錨桿群可使單根錨桿形成的壓縮區(qū)彼此聯(lián)系起來，形成一個厚度為b的均勻壓縮帶。對于拱形巷道，壓縮帶將在圍

17、巖破裂處形成拱形；對于矩形巷道，壓縮帶將在圍巖破裂處形成矩形結(jié)構(gòu)，統(tǒng)稱之為組合拱作用機(jī)理組合拱作用機(jī)理。圍巖類別圍巖類別松動圈松動圈支護(hù)方法支護(hù)方法備注備注小小I穩(wěn)定300二次支護(hù)無穩(wěn)定期圍巖松動圈分類表圍巖松動圈分類表2. 錨桿支護(hù)的“關(guān)健承載圈關(guān)健承載圈”及“擴(kuò)容擴(kuò)容穩(wěn)定穩(wěn)定”理論o 由煤炭科學(xué)研究總院開采所康紅普康紅普博士提出，該理論認(rèn)為： 巷道圍巖的變形和破壞狀態(tài)在掘進(jìn)、穩(wěn)定、回采等不同階段是不同的，具有顯著差別。因此主張根據(jù)圍巖的狀態(tài)特點(diǎn)分別按“關(guān)鍵承載圈理論關(guān)鍵承載圈理論”和“擴(kuò)擴(kuò)容一穩(wěn)定理論容一穩(wěn)定理論”分析闡述錨桿支護(hù)的作用機(jī)理。o “關(guān)鍵承載圈關(guān)鍵承載圈”是指在巷道周圍圍巖一

18、定深度的范圍內(nèi)，存在一個能承受較大切向應(yīng)力的“巖石圈”，該巖石圈處于應(yīng)力平衡狀態(tài)，具有結(jié)構(gòu)上的穩(wěn)定性，可以用來懸吊承載圈以內(nèi)的巖層。o 關(guān)鍵承載圈理論認(rèn)為，承載圈以內(nèi)的巖石重量是支護(hù)的對象即荷載高度荷載高度。o 理論分析及工程實(shí)踐表明：承載圈厚度越大，圈內(nèi)應(yīng)力分布越均勻，承載能力越大；在對圍巖未采取人工支護(hù)等控制措施時，承載圈離巷道周邊越近，荷載高度越低，巷道越易維護(hù)。o 關(guān)鍵承載圈的位置及厚度，可以根據(jù)對圍巖狀態(tài)的分析計算得出。o “關(guān)鍵承載圈理論關(guān)鍵承載圈理論”認(rèn)為，當(dāng)載荷高度不大，通常錨桿長度能夠伸入到關(guān)鍵承載圈中時，用“關(guān)鍵承載圈觀點(diǎn)”闡述錨桿支護(hù)機(jī)理。其主要觀點(diǎn)是：(1)關(guān)鍵承載圈以

19、內(nèi)的巖石重量關(guān)鍵承載圈以內(nèi)的巖石重量是支護(hù)的對象，荷載高度是關(guān)鍵承載圈以下的不穩(wěn)定巖層的高度。(2)錨桿的支護(hù)作用支護(hù)作用主要是：將破壞區(qū)巖層與關(guān)鍵承載圈相連，阻止破碎巖層垮落；對圍巖提供徑向、切向約束力，阻止破壞區(qū)巖層的擴(kuò)容、離層、滑動，提高破碎區(qū)的承載能力，如圖6-9所示。關(guān)鍵承載圈理論2）擴(kuò)容）擴(kuò)容穩(wěn)定理論穩(wěn)定理論o巷道經(jīng)受采動影響之后，圍巖的破壞范圍會逐漸擴(kuò)大，當(dāng)通常錨桿的長當(dāng)通常錨桿的長度不能伸入到關(guān)鍵承載圈時度不能伸入到關(guān)鍵承載圈時，依據(jù)“擴(kuò)容擴(kuò)容穩(wěn)定理論穩(wěn)定理論”闡述錨桿支護(hù)的作用，主要觀點(diǎn)： (1)錨桿要控制圍巖的擴(kuò)容變形，阻止深部破碎巖層的進(jìn)一步擴(kuò)容相離層。 (2)在破壞區(qū)內(nèi)

20、形成“次生關(guān)鍵承載層次生關(guān)鍵承載層”，使圍巖深部關(guān)鍵承載圈內(nèi)的應(yīng)力分布趨于均勻和內(nèi)移，提高關(guān)鍵承載圈的承載能力。 (3)錨桿對煤幫的控制效果尤為明顯，由于煤層強(qiáng)度較低且受到采動影響程度較為嚴(yán)重，所以回采巷道兩幫支護(hù)顯得尤為重要，安裝錨桿后，對煤幫的擴(kuò)容、松動和擠出均有控制作用，加鋼帶后效果會更好。o “擴(kuò)容一穩(wěn)定理論”的核心思想核心思想就是控制圍巖的擴(kuò)容變形，形成次生關(guān)鍵承載層，提高承載圈的承載能力使圍巖趨于穩(wěn)定，如圖6-10所示。o 次生關(guān)鍵承載層厚度的影響因素很多，當(dāng)其厚度較薄且遠(yuǎn)小于巷道尺寸時，在水平應(yīng)力的作用下，次生關(guān)鍵層很容易發(fā)生“壓曲失穩(wěn)、彎曲失穩(wěn)”破壞，造成巷道支護(hù)失敗。o 因此

21、，合理確定次生關(guān)鍵承載層的厚度至關(guān)重要，錨桿的存在，減小了巖層壓曲或者彎曲失穩(wěn)的可能性，錨桿預(yù)緊力越大，支護(hù)效果越好。二、錨噴作用機(jī)理o 噴層作用：噴層作用：(1)封閉和加固圍巖。防止風(fēng)化、改善受力狀態(tài)。(2)調(diào)整圍巖應(yīng)力。利用噴層的柔性，釋放一定的壓力。(3) 組合拱。網(wǎng)的作用：網(wǎng)的作用：o 支護(hù)錨桿間碎石或煤塊，維護(hù)錨桿支護(hù)的整體性，基本上都是必須的。o 在圍巖整體性持別好的情況下，可以不設(shè)金屬網(wǎng)。o 網(wǎng)的形式有金屬網(wǎng)、塑料網(wǎng)、荊笆片等。頂板斜錨桿的作用頂板斜錨桿的作用o 實(shí)驗表明，圍巖的破壞首先是從應(yīng)力集中程度大的頂板角部出現(xiàn)，呈內(nèi)傾形；如支護(hù)不當(dāng)，條件合適時很容易造成頂板整體垮落事故，

22、這一現(xiàn)象已被多次事故所證實(shí)。o 因此，矩形、梯形巷道頂板伸向兩幫上方錨固可靠的“斜錨桿”非常重要，它被用來提供抗剪阻力，防止頂板沿角處破裂縫滑移掉落。o 斜錨桿的長度和角度以伸入兩幫上方為準(zhǔn)伸入兩幫上方為準(zhǔn)。錨固力及錨固可靠性要求高，一般情況下要求錨桿桿體直徑16mm，錨固力60kN。三、錨梁（帶）作用機(jī)理“鋼帶（梁）鋼帶（梁）”的作用的作用o第一，協(xié)助伸向兩幫上方的“斜錨桿”將頂板與兩幫有機(jī)的聯(lián)系頂板與兩幫有機(jī)的聯(lián)系起來，防止切頂防止切頂破壞；o第二，改善錨固層應(yīng)力狀態(tài)，增加側(cè)向擠壓力增加側(cè)向擠壓力、提高次生組合拱的承載能力。o鋼帶梁在頂板下沉變形過程中承受拉力，反過來約束頂板的下沉。o 所

23、以，在壓力顯現(xiàn)明顯和圍巖比較破碎的復(fù)雜條件下，鋼帶梁的增設(shè)，有利于改善圍巖錨固層的應(yīng)力狀態(tài)，提高錨桿支護(hù)的承載能力。在全煤巷道、頂板及煤幫破碎、圍巖變形壓力大的大松動圈圍巖及沿空巷道的頂板和兩幫均應(yīng)敷設(shè)鋼帶梁。當(dāng)頂板或煤層整體性好，松動圈范圍小于1.5m的情況下，回采巷道沒有必要敷設(shè)鋼帶粱。四、錨桿桁架支護(hù)機(jī)理o錨桿桁架于1966年首先在美國鐵礦由支護(hù)中出現(xiàn)。o基本結(jié)構(gòu)：基本結(jié)構(gòu)：兩根頂板錨桿在靠近兩幫處傾斜安裝，下端通過聯(lián)接件與拉桿連接，并(必須)施加一定預(yù)緊力，使錨桿與拉桿形成一支護(hù)整體。o作用原理：作用原理：通過其頂板下面的拉緊裝置給予水平拉力，在頂板內(nèi)形成箍緊力，使彎曲下沉的頂板呈壓縮

24、狀態(tài)彎曲下沉的頂板呈壓縮狀態(tài)，阻止巖石的受剪力破壞，使破壞離層的巖石互相擠壓嚙合達(dá)到自穩(wěn)，從而保持了頂板的完整和穩(wěn)定。桁架錨桿桁架錨桿頂板錨桿桁架的支護(hù)作用：頂板錨桿桁架的支護(hù)作用：o1)改善頂板應(yīng)力狀態(tài)；o2)有利于頂板裂隙梁的形成與穩(wěn)定；o 在層狀巖體中巷道開挖時，頂板極軟弱和破碎時，頂板的破壞與變形可以用“巖粱”理論來分析它的穩(wěn)定性取決于裂隙梁的成拱作用。在這種條件下的錨桿支護(hù)通常不能起懸吊作用，而應(yīng)考察摩擦作用和組合梁作用。o 對于圖47-8所示的層狀裂隙頂板，桁架提供的水平壓力顯然增大了沿巷道軸向的一組裂隙的摩擦系數(shù)，從而增高了裂隙梁的完整性”。同時，有利于頂板梁的成拱作用(圖47-

25、8虛線所示)。o3)提高頂板裂隙梁抗剪滑動能力。o 根據(jù)巖梁成拱原理，當(dāng)巖梁自重和原巖應(yīng)力引起的供座處水平推力不足以阻止剪切滑動力時。頂板將發(fā)生整體剪切活動，由桁架預(yù)緊力引起的主動作用將與拱座處水平推力疊加，增大了該危險部位巖石或不連續(xù)面的摩擦阻力，達(dá)到提高頂板裂隙梁抗剪能力，從而維持頂板穩(wěn)定的目的(圖47-10)。這種加固作用隨頂板下沉引起拉桿拉伸而進(jìn)一步得到增強(qiáng)。o 適用：適用：o 大變形的軟巖巷道，對錨桿支護(hù)或其它常規(guī)方法難以維護(hù)的復(fù)雜地質(zhì)條件、軟弱破碎帶的控制有著重要的作用。o 目前，在國外煤礦中，單組錨桿桁架已用到最大跨度達(dá)7m的巷道，而雙組錨桿桁架支護(hù)的巷道寬度最大已達(dá)9m。在房式

26、采煤法中，使用三組桁架支護(hù)的礦房可達(dá)12m。o 錨桿桁架在巷道交叉點(diǎn)和大斷面硐室中也有著廣泛的應(yīng)用。五、錨索作用機(jī)理o 通常與錨桿組合使用。通常與錨桿組合使用。o 懸吊作用懸吊作用o 把錨桿加固的巖體懸吊在穩(wěn)定的巖層上。把錨桿加固的巖體懸吊在穩(wěn)定的巖層上。六、錨注作用機(jī)理o 錨桿+圍巖注漿o 1 1）注漿硬化破碎、軟弱巖體，提高圍巖強(qiáng)度，增強(qiáng)其）注漿硬化破碎、軟弱巖體，提高圍巖強(qiáng)度，增強(qiáng)其整體性；整體性；o 2 2）錨桿和硬化后的圍巖形成整體，共同承受荷載）錨桿和硬化后的圍巖形成整體，共同承受荷載。o 3）錨桿的錨固力和錨固效果隨著注漿大大提高。o 適用：適用：圍巖破裂范圍較大的軟巖巷道。第二

27、節(jié)第二節(jié) 錨桿結(jié)構(gòu)及支護(hù)形式錨桿結(jié)構(gòu)及支護(hù)形式o一、錨桿的構(gòu)件o二、錨桿的結(jié)構(gòu)類型o三、錨桿的支護(hù)形式及選擇一、錨桿的構(gòu)件一、錨桿的構(gòu)件o 1. 桿體（木、竹、金屬、鋼管、玻璃鋼）桿體（木、竹、金屬、鋼管、玻璃鋼）o 2. 錨固劑（樹脂和水泥）或楔子錨固劑（樹脂和水泥）或楔子o 3. 托盤（木、鑄鐵、鋼板）托盤（木、鑄鐵、鋼板）o 4. 托梁（W型鋼帶、鋼板梁、鋼筋梁）o 5. 網(wǎng)（鐵絲網(wǎng)、塑料網(wǎng)、鋼筋網(wǎng)）二二 錨桿的結(jié)構(gòu)類型錨桿的結(jié)構(gòu)類型1.金屬倒楔式錨桿金屬倒楔式錨桿2.管縫式錨桿管縫式錨桿3.水力脹管式錨桿水力脹管式錨桿4.木錨桿和竹錨桿木錨桿和竹錨桿5.鋼筋或鋼絲繩砂漿錨桿鋼筋或鋼絲繩

28、砂漿錨桿6.樹脂錨桿樹脂錨桿7.快硬水泥和快硬膨脹水泥錨桿快硬水泥和快硬膨脹水泥錨桿8.內(nèi)注式錨桿內(nèi)注式錨桿9.可拉伸錨桿可拉伸錨桿10.其它錨桿其它錨桿1 1全屬倒楔式錨桿全屬倒楔式錨桿 此種錨桿由桿體、固定楔、活動倒楔、墊板和螺帽組成，如圖5-6所示。這種錨桿屬端頭錨固型，安裝后可立即承載，可回收。錨固力達(dá)40KN左右。常用于圍巖比較破碎，需要立即承載的地下工程。 2 2管縫式錨桿管縫式錨桿 管縫式錨桿又稱開縫式或摩擦式錨桿，它是采用高強(qiáng)度鋼板卷壓成帶縱縫的管狀桿體外徑38.1，用鑿巖機(jī)強(qiáng)行壓入比桿徑小23mm的錨孔，為安裝方便，打入端略呈錐形。由于管壁彈性恢復(fù)力擠壓孔壁而產(chǎn)生錨固力，屬全

29、長錨固型錨桿。 對地層橫向錯動，有良好適應(yīng)能力，鉆孔變彎曲，錨固得更牢。 這種錨桿的成本較高，不能回收復(fù)用，但錨固性能好，錨固力大（50-70KN）。 3.3.水力脹管式錨桿水力脹管式錨桿o 鋼管雙層異形鋼管。o 高壓水注入鋼管內(nèi)，膨脹變大，擠壓孔壁。o 錨固力較大，可達(dá)80KN。 3 3木錨桿木錨桿 普通木錨桿，普通木錨桿， 壓縮木錨桿壓縮木錨桿圖5-6 木錨桿a.普通木錨桿； b.壓縮木錨桿1外楔；2鐵墊圈；3木托板；4木桿體；5內(nèi)楔4鋼筋或鋼絲繩砂漿錨桿鋼筋或鋼絲繩砂漿錨桿 鋼筋砂漿錨桿； 鋼絲繩砂漿錨稈鋼筋或鋼絲繩砂漿錨稈是全長錨固型錨桿。設(shè)計錨固為為3050KN。5. 5. 樹脂錨桿

30、樹脂錨桿 用樹脂為粘結(jié)劑，在固化劑和加速劑的作用下，將錨桿的頭部粘結(jié)在錨桿孔內(nèi)。端頭錨固型樹脂錨桿是由樹脂藥包樹脂藥包和桿體桿體組成(圖5-7)。 使用115型樹脂錨固劑，可在35min內(nèi)凝膠達(dá)到很高的錨固強(qiáng)度，15min后即可套上墊板緊固螺帽。 使用82型錨固劑，可在1560s內(nèi)凝膠，5min后錨固力可達(dá)40KN以上，可滿足5min上墊板擰緊螺帽的要求。 o 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：桿體（麻花桿體（麻花+擋圈）、藥卷、墊片擋圈）、藥卷、墊片+螺母螺母o 特點(diǎn)特點(diǎn) 凝結(jié)硬化快，粘結(jié)強(qiáng)度高；安全可靠；施工操作方便；適用范圍廣。o 普通樹脂錨桿普通樹脂錨桿o材料：螺紋鋼o孔徑：28-42，直徑：16-22，長度：1.8-2.4o 等強(qiáng)螺紋鋼等強(qiáng)螺紋鋼o 玻璃鋼玻璃鋼玻璃鋼錨桿玻璃鋼錨桿6 6快硬水泥錨桿快硬水泥錨桿桿體結(jié)構(gòu)與樹脂錨桿相同，是端頭錨固型端頭錨固型錨桿。膠結(jié)材料膠結(jié)材料：國產(chǎn)定型早強(qiáng)水泥和雙快水泥按一定比例混合而成。使用前需浸水23min，在錨桿孔內(nèi)經(jīng)桿頭攪拌，12min后錨固力開始增長，lh后錨固力可達(dá)40-60kN。適用于圍巖自穩(wěn)時間超過12min的各類永久性地下工程。配合先噴后錨，在軟巖中亦可應(yīng)用。 7 7快硬膨脹水泥錨桿快硬膨脹水泥錨桿 快硬膨脹水泥錨桿是用快硬膨脹水泥