Question

为什么使用锚杆进行支护能够起到一定效果?

Answer 1

传统的锚杆支护理论有：悬吊理论、组合梁理论、组合拱理论等。这些理论都是在一定假说的基础上，针对不同围岩条件提出的。由于理论简明易懂、设计计算简单，因此得到广泛应用，在生产实践中起到了积极作用。但是，这些理论都存在一定的片面性和局限性，不能适用于各种巷道条件。现如今主要是将“三高一低”的锚杆支护理念，即高强度、高刚度、高可靠性和低支护密度。锚杆支护的机理主要有以下几点： (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，使围岩处于受压状态，抑制围岩弯曲变形、拉伸与剪切破坏的出现，最大限度地保持锚固区围岩的完整性，减小锚固区围岩强度的降低，使围岩成为承载的主体。在锚固区内形成刚度较大的预应力承载结构，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。锚杆支护对岩石的弹性变形、峰值强度之前的塑性变形控制作用不明显，要求支护系统应具有一定的延伸率，使围岩的弹性变形、产生明显扩容变形之前的塑性变形得以释放。(2) 锚杆支护系统的刚度十分重要，锚杆预应力及预应力的扩散起着决定性作用。根据巷道条件确定合理的预应力，并使预应力实现有效扩散是支护设计的关键。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。护表构件在预应力支护系统中发挥极其重要的作用。(3) 锚杆支护系统存在临界支护刚度，即使锚固区不产生明显离层和拉应力区所需要支护系统提供的刚度。支护系统刚度小于临界支护刚度，围岩将长期处于变形与不稳定状态；相反，支护系统的刚度达到或超过临界支护刚度，围岩变形得到有效抑制，巷道处于长期稳定状态。支护刚度的关键影响因素是锚杆预应力，因此，存在锚杆临界预应力值。当锚杆预应力达到一定数值后，可以有效控制围岩变形与离层，而且锚杆受力变化不大。(4) 锚索的作用主要有两方面：其一是将锚杆支护形成的预应力承载结构与深部围岩相连，提高预应力承载结构的稳定性，同时充分调动深部围岩的承载能力，使更大范围内的岩体共同承载；其二是锚索施加较大的预紧力，给围岩提供压应力，与锚杆形成的压应力区组合成骨架网状结构，主动支护围岩，保持其完整性。(5) 提高锚杆与锚索的预应力并使其有效扩散是改善巷道支护效果的最有效途径。对于复杂困难巷道，应采用高预应力、强力锚杆组合支护，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。