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1、锚杆支护技术的应用现状及发展趋势摘要基于国内外大量而广泛的锚杆支护技术的应用与研究,锚杆支护的优越性越来越得到承认,本文论述了锚杆支护技术及其分类,总结了锚杆支护技术的作用原理,并对国内外锚杆支护的现状做了初步分析。运用支护设计中常用理论及措施,对锚杆支护的优缺陷进行了分析和评价,高效机械化掘进与支护技术是保证矿井实现高产高效的必要条件，也是巷道掘进技术的发展方向。同步对实际支护工程中的某些局限性进行了具体讨论,并对将来的发展趋势进行了初步分析。核心词:锚杆支护;支护原理；应用现状；发展趋势摘要I一、 概述1二、 锚杆支护技术的概念及其分类1（一） 锚杆支护技术1(二）锚杆的分类2(三) 锚杆
2、支护合用条件及优缺陷6(四) 锚杆支护的设计与施工6三、 锚杆的支护原理7(一) 目前,已经被广为接受的锚杆支护理论重要有如下几种:7(二）近年来,又提出了新的支护理论，重要有如下几种：9四、国内外锚杆支护技术的应用现状10(一） 国外锚杆支护技术的现状10（二） 国内锚杆支护的现状12(三） 国内外锚杆支护技术的对比12五、 锚杆支护技术发展趋势1（一） 锚杆支护技术的改善13(二） 锚杆支护技术的发展趋势1参照文献一、 概述锚杆支护作为岩土工程加固的一种重要形式，由于其具有安全、高效、低成本等长处，在国际岩土工程领域得到了越来越多的应用。1872年,英国北威尔士的煤矿加固工程中初次采用钢筋
3、加固页岩之后,19美国矿山中也浮现了类似的加固工程。到了20世纪40年代，锚杆支护在地下工程中的应用在国外得到了迅猛发展。目前,在澳大利亚和美国等国的地下工程支护中,锚杆支护已经占到了接近10%。国内于20世纪50年代开始试用锚杆支护技术,至70年代前期还处在摸索阶段，直到197年才开始重点推广，0年代开始向英国学习锚杆支护技术后推广到煤巷支护,90年代又向澳大利亚学习引进成套先进的锚杆支护技术,目前已得到较广泛的推广和应用。在某些矿区的锚杆支护巷道比例达到90以上,有些矿井甚至达到了%,获得了较好的技术与经济效益。国内既有楔缝、涨壳、倒楔锚杆、钢丝绳或钢筋砂浆锚杆、木锚杆、竹锚杆、内涨锚杆、
4、管缝锚杆、树脂锚杆、水泥锚杆、爆扩锚杆、预应力注浆大锚索等十几种系列。由于多种锚杆的构造不同，锚杆作用机理差别甚大,国内外大量工程实践证明,多种不同种类锚杆,在不同的地质条件下,有不同的“支护”效果。国内外锚杆支护成功的经验表白,合理的锚杆支护设计及具体的监测分析，不仅可保证回采巷道的安全可靠，并且可获得明显的技术经济效益和社会效益。二、 锚杆支护技术的概念及其分类（一） 锚杆支护技术锚杆支护技术就是在土层或岩层中钻孔,埋入锚杆后灌注水泥(或水泥砂浆、锚固剂）,依托锚固体与岩层之间的摩擦力、拉杆与锚固体的握裹力以及拉杆强度共同作用，来承受作用于支护构造上的荷载。通过锚杆的轴向作用力,将杆体周边
5、围岩中一定范畴岩体的应力状态由单向(或双向)受压转变为三向受压,从而提高其环向抗压强度，使压缩带既可承受其自身重量,又可承受一定的外部载荷,使其有效地控制围岩变形。锚杆支护是在边坡、岩土深基坑等地表工程及隧道、采场等地下施工中均广泛采用采用的一种既安全又经济的支护方式，是以锚杆为主体的支护构造的总称,涉及锚杆、锚喷、锚喷网等支护形式。由于锚杆支护技术具有成本低、支护效果好、操作简便、使用灵活、占用施工净空少等长处，在某些矿区的锚杆支护巷道比例达到0%以上，有些矿井甚至达到了00,获得了较好的技术与经济效益。（二） 锚杆的分类锚杆支护实质上就是把锚杆安装在巷道的围岩中,使层状的、软质的岩体以不同
6、的形态得到加固,形成完整的支护构造，提供一定积极的支护抗力，共同阻抗其外部围岩的位移和变形,目前，国内外岩土工程中常用的锚杆重要有：(1）木锚杆。国内使用的木锚杆重要有一般木锚杆和压缩木锚杆两种。(2)钢筋或螺纹钢砂浆锚杆，见图32。此类锚杆以水泥砂桨作为锚杆杆体与围岩的粘结剂。图31 螺纹钢砂浆锚杆(）倒楔式金属锚杆。这种锚杆曾是使用最为广泛的锚杆支护形式之一。由于它加工简朴,安装以便,具有一定的锚固力,因此这种锚杆至今还在使用。见图3-2()管缝式锚杆。是一种全长摩擦锚固式锚杆。这种锚杆具有安装简朴、锚固可靠、初锚力大、锚固力随围岩移动而增长等特点。见图3-（5)树脂锚杆。用树脂作为锚杆与
7、围岩的粘结剂，这种锚杆支护成本较高。见图32-4图-2-4 等强螺纹钢式树脂锚杆（6）快硬膨胀水泥锚杆。采用一般硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥加入外加剂而成，具有速凝、早强、减水、膨胀等特点。见图3-5 3-2-5 快硬膨胀水泥锚杆()预应力锚杆。预应力锚杆是一种采用钢制涨壳锚头预先对锚杆施加预应力的一种中空锚杆可满足设计需要施加一定预应力的支护工程。它是由涨壳锚头、锚杆体、联接套、止浆塞、垫板、螺母构成的。预应力锚杆见图3-26（8）中空注浆锚杆。空心锚杆的一种，多用于相对稳定完整的岩层，树脂、工程胶水、速凝水泥等锚固剂自锚杆中心注入，比一般锚杆锚固质量更好。由于自进式中空注浆锚杆的浮现,松散岩
8、土条件下的地层也可以使用中空注浆锚杆。中空注浆锚杆示意图见图3-2-7图- 中空注浆锚杆（三） 锚杆支护合用条件及优缺陷锚杆支护合用于不受采动影响或某些受采动影响的巷道,即可单独支护,又可以同其她支护形式相结合支护的多种巷道。锚杆支护的长处如下:（1)锚杆支护作为一种积极支护形式,在支护原理上符合现代岩石力学和围岩控制理论，锚杆安装后来在围岩内部对围岩进行加固,可以调动和运用围岩自身的稳定性,充足发挥围岩自身的承载能力。因此锚杆支护有助于保护巷道围岩的稳定,改善巷道维护状况；(2）锚杆杆体质轻，省材料,与老式的棚式支护相比,易于安装,支护成本低；(）锚杆支护自身占用巷道断面与老式支护形式相比少
9、得多,老式支护中巷道掘进断面超控量约占1-2%，锚杆支护超控量只需3%如下;(4)锚杆支护可实现机械化作业,可有效提高掘进速度，提高成巷率;（5）锚杆支护可有效减少巷道维修工作。锚杆支护的缺陷如下：锚杆支护作用机理及合用条件的研究尚不充足，没有一套完整的支护理论被公认，支护参数不以精确拟定。（四） 锚杆支护的设计与施工目前用于煤矿巷道支护设计的重要的锚杆支护参数设计措施有下列几种：(1）悬吊机制及其围岩条件（2)组合梁机制及其围岩条件（）三铰拱（楔固、紧固)机制及其围岩条件(4)组合拱(均匀压缩拱)机制及其围岩条件锚杆支护的施工：(1）锚杆的安装锚杆的安装施工涉及钻锚杆眼和安装锚杆两道重要工序
10、。在锚杆安装施工之前,应当根据锚杆布置方式设计规定,用巷道中腰线标定出锚杆的眼位。打眼时，眼位、眼深、角度都必须符合规定。锚杆眼钻好后,就可以进行锚杆的安装工作。()锚杆的检查为了保证锚杆的安装质量，应当注意如下问题:锚杆孔的深度要与锚杆的长度配合合适，锚杆孔过深或者过浅都会使安装垫板和螺帽产生困难。金属楔缝式锚杆孔的深度应比锚杆短0毫米至70毫米，倒楔式锚杆孔的深度应比锚杆短10毫米至10毫米；锚杆孔的直径与锚杆的直径应当配合合适；安装托板时应当尽量将岩面找平,使托板和岩面所有接触，以求托板受力均匀,增强其承载能力；螺帽要用扳手尽量拧紧,使杆体中产生较大的预应力;锚杆质量检查。锚杆质量检查，
11、重要注意检查锚杆孔直径、眼深、间距、排距以及螺帽的拧紧限度和锚固力。三、 锚杆的支护原理（一） 目前，已经被广为接受的锚杆支护理论重要有如下几种：悬吊理论 图3-3-1锚杆悬吊作用示意图组合梁理论图33-2 锚杆组合梁理论示意图 挤压加固拱理论图-33 锚杆挤压拱理论示意图减跨理论 图3-3-4 锚杆减跨理论示意图 围岩补强加固理论（二） 近年来,又提出了新的支护理论,重要有如下几种:最大水平应力理论这一理论是由澳大利亚学者盖尔提出的该理论觉得矿井岩层的水平应力一般不小于垂直应力，水平应力具有明显的方向性，其最大水平应力一般为最小水平应力的.-2.5倍,因此巷道顶板的稳定性重要受水平应力的影响
12、但该理论在应用中还存在着如下几种问题：a、在支护参数的拟定过程中，围岩破坏区域的位置及其大小是最重要的根据。但此理论在判断围岩状态时,是基于围岩的水平应力最大且顶部破坏区域最大这一状况的。显然,在实际中,这种状况是不易满足的。b、围岩破坏区的拟定相称困难。该理论在应用时,只规定测出地应力和岩石的力学参数，但是,对这两个参数进行精确测量自身就是一种世界性难题，而这两个参数与围岩破坏区之间的关系更是难以判断。c、除上述两个问题以外,该理论对错动及膨胀力等与锚杆直径有关的参数的拟定问题,加固后锚杆支护能力的估算问题等也没有提出明确的解决措施。围岩强度强化理论这一理论是由中国矿业大学矿山压力研究所提出
13、的。该理论觉得锚杆的作用是强化围岩强度，限制围岩塑性区宽度、破碎区宽度和巷道表面位移的发展,从而起到加固的作用。同步,此理论还为合理地拟定锚杆的支护参数提供了理论根据。但是锚杆支护参数与围岩强度之间关系的定量描述仍有待进一步研究。围岩松动圈理论这一理论是由中国矿业大学针对煤矿巷道的锚喷支护一方面提出的,该理论觉得岩土体在开挖之后，原始的应力状态会遭到破坏,围岩会进行应力重分布。在新的应力状态下，围岩的强度低于其所受应力的部分就会发生屈服破坏,这些破坏部分就构成了围岩松动圈。而锚杆的作用就是限制围岩松动圈发展过程中的有害变形，使围岩仍处在稳定、不破坏的状态。此理论中，锚杆支护参数是基于围岩松动圈
14、的范畴提出的，而松动圈范畴可以用声波测试等措施进行拟定。但是，该理论没有考虑围岩与支护的互相作用问题，对围岩松动圈的拟定问题也没有提出明确的解决措施。尽管多种理论层出不从,但没有一种理论可以得到人们的一致承认，支护理论大多建立在假定的基本上，工程实际不多,没有一种完整的支护参数设计措施。四、 国内外锚杆支护技术的应用现状（一） 国外锚杆支护技术的现状自从1世纪末期英国北威尔士露天页岩矿初次应用锚杆加固边坡起，锚杆支护措施逐渐被广泛应用于水利、交通、矿山等岩土工程领域,此后锚杆支护技术得以改善和提高，锚杆支护理论也不断得到完善和发展。9,德国谢列兹矿最先将锚杆支护技术应用于地下巷道的围岩控制。2
15、世纪40年代后来,锚杆支护技术发展迅速，现已成为世界重要产煤国家煤矿的重要支护形式。美国、澳大利亚因煤层赋存条件好，巷道所有采用锚杆支护,处在世界领先水平。欧洲某些重要产煤国家，过去巷道中重要采用金属支架支护,随着巷道维护日益困难和支护成本的增长,各国均在积极发展锚杆支护。英国是锚杆支护发展最快的国家之一,在2世纪八十年代此前,英国煤矿0以上都采用金属支架支护，由于回采工作面单产及效率低下,支护成本过高，导致严重亏损。1987年英国从澳大利亚引进了锚杆支护技术后来，煤巷锚杆支护得到了迅猛发展，1994年在巷道支护中的比重已达到80以上。澳大利亚是世界重要产煤国之一,煤炭储量极为丰富，位居美国、中国之后排世界第三位。其中使用最多的是树脂锚杆，占锚杆使用量的8。澳大利亚重要推广全长树脂锚杆,其锚杆强度较高,并且锚杆参数
