2023年煤矿井下锚杆支护知识、原理和锚杆(索)计算及支护设计公式
下面是小编为大家整理的2023年煤矿井下锚杆支护知识、原理和锚杆(索)计算及支护设计公式,供大家参考。
一、 锚杆支护的原理
锚杆支护
锚杆支护就是以维护和利用 11 岩的自承能力为基点，及时地 进行支
护，控制围岩的变形和松弛，使围岩成为支护体系的组成部分。
通过锚入围岩
内部的杆体，改变巷道围岩的本身的力学状态，在巷道 周围形成一个整体而又
稳定的承载环，和围岩共同作用，达到维护巷 道的目的。这一支护形式与传统
的棚式支护相比属于主动积极加固巷 道围岩的支护形式。
二、 锚杆在支护中的作用
1、锚杆的悬吊作用
悬吊作用是指用锚杆将软弱的直接顶板吊挂在其上的坚固老顶 Z 上。如图 1 所示，或者是用锚杆将因巷道开挖而引起松动的岩块连
接在松动区外的完整坚固岩石上，使松动岩块不至冒落。
2、锚杆的组合梁理论 在层状岩层的巷道顶板中，通过锚入一系列的锚杆，将锚杆长度以内 的薄层岩 石锚成岩石组合梁，从而提高其承载力。利用锚杆的拉力将 层状岩层组合起来 形成组合梁结构进行支护，这就是锚杆组合梁作 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 成类似钏钉加固的组 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人人提高。
3、锚杆锲固作用
是指在围岩中存在一组或多组不同产状的不连续面的情况下，由 于锚杆穿过这些不连续面，防止或减少了围岩沿不连续面的移动。如 图 3o
锚杆的楔固作用
6 PCOS 2 a + 6 bsm 2 a
6P
(& a 6 Jsin
小严节理面
6P 亠亠顶板线
6b 锚杆的楔固作用
44、挤压加固拱作用
形成以锚杆头和紧固端为顶点的锥形体压缩区。如将锚杆沿拱形
巷道周边按一定间距径向排列，在预应力作用下，每根锚杆周围形成 的锥形 体压缩区彼此重叠联结，在围岩屮形成一连续压缩带。它不仅 能保持自身的 稳定，而且能承受地压，组织上部围岩的松动和变形。
显然，对锚杆施加预紧力是形成加固拱的前提。
「I I U
I
锚杆的挤压加固拱
5、锚杆的减跨作用 如果把不稳定的顶板岩层看成是支獐在两帮的叠合梁，由于可视 悬吊在 老顶上的锚杆为支点，安设了锚杆就相当于在该处打了点柱增 加了支点而减少
了顶板的跨度，从而降低了顶板岩层的弯曲应力和挠 度，维持了顶板与岩石的 稳定性，使岩石不易变形和破坏。这就是锚 杆的“减跨”作用，它实际上来源 于锚杆的悬吊作用。
6、 围岩补强作用
巷道深部围岩中岩石处于三轴受压状态，而靠近巷道周边的岩石 则处于二 轴受力状态，后者的强度人人小于前者，故易于破坏而丧失 稳定性。巷道周围 打锚杆后，有些岩石又部分恢复了三轴受力状态增 人了它本身的强度；另外锚 杆还可以增加岩层翦面的剪断阻力，使巷 道周边围岩不易破坏和失稳，这就叫 作围岩补强作用。
7、 挤压连接作用
锚杆将巷道锚栓挤紧，对岩石施加预应力，以平衡岩石内所产生 的张拉力， 阻止裂隙的继续扩人，而且对于松散岩石也能起到挤压连 接作用。
上述几种锚杆支护作用并非是孤立存在的，实际上是相互补充的 综合作 用，只不过在不同地质条件下，某种支护作用占的地位不同而 已。
二、锚杆支护作用机理分析
巷道开掘以后，由于受掘进工作面迎头及两帮的支撐，顶板下沉 和变形很 小。此时安装锚杆，其主要作用是控制顶板浅部岩层的离层、 滑动。锚杆安装 越及时，预应力越人，则锚固范围内岩层的整体刚度 越高，岩层处于压缩状态， 岩层间不发生离层和弯曲变形等有害变形, 岩层的完整性和整体强度得到保持。
相反，如果锚杆没有预应力，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错动，导致顶板 从浅部向深部逐 渐离层、破坏，失去完整性与稳定性。预应力太小也 不能起到有效约束顶板离 层的作用。如果锚杆安装不及时，较人范围 内的岩层已产生离层、滑动，岩层 承载能力丧失很大，再打锚杆，支 护效果效果会受到明显影响。综上所述，提 出锚杆支护机理的要点为:
(1) 锚杆支护主要作用在于控制锚固区围岩的离层、滑动、裂隙 张开、新 裂纹产生等扩容变形与破坏，尽量使围岩处于受压状态，抑 制圉岩弯曲变形、
拉伸与剪切破坏的出现，最人限度地保持锚固区圉 岩的完整性，提高锚固区围 岩的整体强度和稳定性。
(2) 在锚固区内形成刚度较大的次生承载结构，阻止锚固区外岩 层产生 离层，同时改善围岩深部的应力分布状态。
(3) 为了实现上述支护效果，锚杆支护系统的刚度十分重要，特 别是锚杆 预应力起着决定性作用。根据巷道围岩条件确定合理的锚杆 预应力是支护设计 的关键。当然，较高的预应力要求锚杆具有较高的 强度。
(4) 锚杆预应力的人小对支护效果非常重要，锚杆预应力的扩散 同样重 要。单根锚杆预应力的作用范围是很有限的，必须通过托板、 钢带和金属网等 构件将锚杆预应力扩散到离锚杆更远的围岩中。特别 是对于巷道表面，即使施 加很小的支护力，也会明显抑制围岩的变形 与破坏，保持顶板的完整。因此， 钢带、金属网等护表构件在预应力 支护系统中发挥重要的作用。
(5) 鉴于锚杆支护的上述作用，锚杆支护应尽量一次支护就能 有效控制 围岩变形与破坏，避免二次支护和巷道维修。
三、锚索支护作用机理分析
锚索作为锚杆的一种，从加固拱理论上讲，它能使更人直径的巷 道围岩成 为一个整体，使其具有更强的承载能力；从悬吊理论上讲， 它更有把握围岩悬 M 于稳定的老顶屮，确保巷道支护的可靠性。
锚索与锚杆相比，具有锚固深度大、可施加较大的预紧力等诸多 优点，是 困难巷道工程支护加固不可缺少的重要手段。锚索的作用主 要有两方面：其一 是将锚杆支护形成的次生承载结构与深部围岩相 连,提高次生承载结构的稳定
性，同时充分调动深部围岩的承载能力, 使更人范围内的岩体共同承载；其二 是锚索施加较人的预紧力，可挤 紧和压密岩层中的层理、节理裂隙等不连续面， 增加不连续面之间的 抗剪力，从而提高围岩的整体强度。
①20mm 的等强螺纹钢锚杆的锚固力 130KN,抗拉载荷 156KN；锚 索
015. 24mm 的锚索锚固力不低于 200KN,最低抗断载荷为 260KN。
所以，锚 索无论从锚固力及材料的破断力上讲，都远远优于螺纹钢锚 杆。