锚杆支护具有巨大的技术经济效益和社会效益，是 我国煤炭行业继综合机械化之后的第二次支护技术革命
木支架严重损坏
支架破坏实况
拱型可缩性支架破坏
架棚巷道变形和支架损坏情况
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沿空掘巷维护状况 煤柱宽度5m
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锚杆支护巷道维护状况 8
2 锚杆支护理论
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（1）悬吊理论
机理：将巷道顶板较软弱岩层悬吊在稳定岩层上，以 避免较软弱岩层的破坏、失稳和塌落，锚杆所受的拉 力来自被悬吊的岩层重量。 缺点：没有考虑围岩的自承能力，而且将被锚固体与 原岩体分开。
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（2）锚固剂及锚固方式 ➢ 锚固剂：树脂药卷，一般采用凝结速度为超快与中速
的树脂药卷配合。
螺母
煤体
锚杆 中速树脂药卷 快速树脂药卷
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锚固方式 ➢全长锚固：锚杆中部受力最大；增阻速度快。具有较 大的抗剪切能力。增加岩层间的法向力，阻止层间错 动，防止离层。在锚固范围内锚杆伸长1mm，可产生 10～20kN的锚固力，支护刚度大。 ➢端头锚固：Ⅰ～Ⅱ类。全长或加长锚固：Ⅲ～Ⅴ类
图 锚固体应力应变曲线图
注：曲线上数字为锚杆支护强度σt（MPa）
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3 锚杆支护体系
（1）锚杆
➢ 高强度、大直径。破断载荷一般在200~ 300kN以上， 近年应用破断载荷400kN以上的锚杆。
➢ 延伸率均大于15% ➢ 锚杆直径20~22mm ➢ 稳定性较高、维护要求低、服务时间短的巷道两帮
可以采用Q235圆钢锚杆和玻璃钢锚杆。
玻璃钢锚杆
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➢ 采用左旋、无纵筋高强度螺纹钢锚杆，等强（锚
杆尾部螺纹部分采用墩粗或热处理、滚丝）
➢ 锚杆成套：杆体、托盘（钢板轧制，厚度根据矿
压确定）、球形垫圈（铸钢）、减摩垫圈（1个聚
氨酯、1个铝合金）、螺母（高强度、快速安装螺
帽）
煤体
螺母
锚杆
中速树脂药卷 快速树脂药卷
围岩与支护强度的关系 随支护强度增加，围岩的极限强度和残余强度提高， 围岩残余强度提高到一定程度就能保持巷道稳定。
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（5）锚杆支护强度强化理论 锚杆与围岩相互作用，形成锚杆—围岩的共同承载
结构，改善锚固体力学性能，提高锚固体峰值强度和残 余强度，特别是残余强度的提高，有效提高围岩的自承 能力，控制围岩塑性区、破碎区发展，促使巷道围岩由 不稳定状态向稳定状态转变。
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锚固体C、、C*、* 随锚杆支护强度t的增加而提高。
不同锚杆支护强度下锚固体破坏前的C、 值
锚杆支护强度 t / MPa
等效内聚力
C / MPa
0 0.3466
0.06 0.3568
0.08 0.3626
0.11 0.3677
0.14 0.3828
0.17 0.3773
等效内摩擦角 31.51 31.53 33.51 35.57 37.14 38.8 /°
0.22 0.3869 40.4
不同锚杆支护强度下锚固体破坏后的C*、* 值
锚杆支护强度σt / MPa
等效内聚力
C* / MPa
0 0.0168
0.06 0.0182
0.08 0.0183
0.11 0.0184
0.14 0.0186
0.17 0.0194
0.22 0.021
等效内摩擦角 31.51 */ °
拱形巷道
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（4）最大水平应力理论
机理：水平应力大于垂直应力，水平应力具有明显的 方向性。在最大水平应力作用下，顶底板岩层易于发 生剪切破坏，出现错动与松动而膨胀造成围岩变形， 锚杆的作用即是约束其沿轴向岩层膨胀和垂直于轴向 的岩层剪切错动。
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（4）最大水平应力理论
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（5）锚杆支护围岩强度强化理论
主要内容
1 锚杆支护发展 2 锚杆支护理论 3 锚杆支护体系 4 设计方法 5 施工 6 监测 7 锚杆支护巷道冒顶调查分析
1 锚杆支护发展
2个阶段：以1995年引进澳大利亚锚杆支护技术为 分界点。
锚杆支护理论、锚杆支护设计方法、施工机具、小 孔径预应力锚索加强支护、锚杆孔径、锚固剂及锚固 方式、监测技术等均发生了变化。
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➢使用药卷长度一般CK2335、Z2360mm，复合顶板一 般采用双速2360和Z2360。
螺母
煤体
锚杆 中速树脂药卷 快速树脂药卷
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（3）三径匹配ຫໍສະໝຸດ ✓ 钻孔直径比锚杆直径大6～10mm
✓ 钻孔直径比树脂药卷大6mm左右 ✓一般钻孔直径29mm，锚杆直径20、22mm，树脂 药卷直径23mm。
➢美国、澳大利亚接近100%，英国80%，美国锚杆 支护为巷道顶板的唯一支护方式。 ➢我国1995年时约15.15%，目前约70%。
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锚杆支护使用范围
Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类全面推广，Ⅳ、Ⅴ类得到推广应用 ➢综放沿空掘巷锚杆支护 ➢软弱、破碎煤巷锚杆支护 ➢三软煤巷锚杆支护 ➢深井煤巷锚杆支护
锚杆支护效果
锚杆支护与架棚支护相比，其优越性表现在： ➢ 属于主动支护 ➢ 将巷道围岩变成承载体 ➢ 对巷道不规则断面适应性强 ➢巷道围岩变形量显著减小，安全生产得到保证，大幅 度减少 了冒顶、瓦斯、火灾事故 ➢简化巷道布置，减少岩石工程 ➢实现沿空掘巷，提高煤炭资源采出率，延长矿井寿命
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（1）悬吊理论
适用条件：锚杆可以锚固到顶板坚硬稳定岩层
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（2）组合梁理论
机理：通过锚杆将几层薄岩层锁紧成一个较厚的岩层（组 合梁）。增加岩层间的摩擦力，防止岩石沿层面滑动，提 高自撑能力。 缺点：将锚杆作用与围岩的自稳作用分开；在顶板较破碎、 连续性受到破坏时，难以形成组合梁。
适用条件： •层状地层 •顶板在相当距离内不存在稳定 岩层，悬吊作用处于次要地位。
31.53
33.51
35.57
37.14
38.8
40.4
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锚固体强度随锚杆支护强度σt 的提高而得到强化，达到一定 程度就可保持围岩稳定。
锚固体 1、1*的表达式：
式中： 1 —— 锚固体极限强度，MPa， 1*——锚固体残余强度，MPa。 t —— 锚杆支护强度，MPa
提高支护强度t ，可使C、、C*、* 提 高；它们的提高，使1、1*显著增强。
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（3）组合拱理论
机理：在锚杆两端形成圆锥形分布的压应力，锚杆间距 合理时，形成的压应力圆锥体相互交错，在岩体中形成 均匀的压缩带，即承压拱，这个承压拱可以承受外部荷 载。承压拱内的岩石处于三向应力状态，其围岩强度得 到提高，支撑能力也相应加大。
缺点：一般不能作为准确的 定量设计。 适用条件：顶板无稳定岩层