锚杆支护作用机理分析及其设计方法的适用性.pdf

维普资讯 矿 业 工 程 第 4卷 第 6期 34 M iningEngineering 2006年 12月 锚杆支护作用机理分析及其设计方法的适用性 卞跃威 刘全林 (安徽理工大学，安徽 淮南 232001) 摘要：分析了锚喷支护设计中基于组合拱理论的两种比较流行的设计方法及适用条件 ，说明了巷道的 岩性、断面形状等对于锚喷支护参数的影响。通过实例阐明不同的围岩变形状态，应采用不同的设计理论 计算方法来确定锚杆的长度和支护密度。 关键词：锚喷支护；组合拱理论；岩性；支护密度 中图分类号：TD353．6 文献标识码 ：A 文章编号：1671—8550 (2OO6)06 0034一o3 固体，当巷道为直线时该锚固体为墙 ；拱形断面则称为 0 引言 “组合拱”，如图 1所示。 巷道开挖，破坏了原岩应力平衡状态，随着时间和空 间变化 ，应力和应变处于不断调整状态 。在围岩 内部会形 成压密区、膨胀区、松弛区等 l。压密区实际上是围岩在 受力状态变化过程中形成的承载圈，它支撑着绝大部分地 压，它在围岩稳定过程中起关键作用。所 以提高围岩的稳 定性，应通过提高承载圈的承载能力来体现，即提高围岩 的 自承载能力的支护方法 。 锚喷网支护的作用机理可从这个 目标的实现来分析： 由于锚杆的插入提高了围岩的强度和整体性，增强了围岩 的稳定性，锚杆预应力的存在使围岩在未发生大变形的情 图 1 组合拱 况下就受到反 向压力 的作用 ，有利于 围岩 自身强度 的提 高 z【_；喷层和钢筋网的作用在于它具有能及时封闭围岩防 由于岩土体本身性质的复杂性，很难采用理论解析的 止风化与潮解、支撑 和填平补强 围岩、分配外力等作用。 方法得到比较接近现实的支护参数。在长期的设计实践中 逐渐形成两种流行的工程类 比法 ：即组合拱厚度和承载力 喷层中钢筋网的存在增强了喷层的柔韧性，提高了喷层的 类 比法 。 抗弯与抗变形能力，使喷层应力分配均匀，整体性能得到 1．2 组合拱厚度类 比法 改善 。 该法认为组合拱的厚度是巷道支护设计 中的关键控制 但是，根据锚喷网支护作用机理进行支护参数 的设计 因素，通过对 比已建巷道和新开挖巷道的围岩性质、埋深 计算方法则与实际相差甚远。由于群锚杆、喷网层的结构 并结合松动圈的大小设计支护参数。由于原岩应力测试 、 和锚喷网的组合效应等相当复杂，使得现行设计计算均是 破裂岩体的物理力学性质等问题都有待进一步研究，支护 基于工程类比的方法或通过简化为单体构件来计算，这样 理论 目前尚未达到定量化阶段，支护设计只能依赖围岩分 做必然更多地依赖于设计人员的经验。为此，本文着重阐 类，按工程类 比方法确定初次支护组合拱厚度及锚杆支护 述 围岩变形特征对锚喷支护计算方法选择是必要 的。 参数。 由图2可知 ，锚 固层厚度 、锚杆长度与间排距之间存 l 巷道锚网喷支护设计方法 在式 (1)的关系。