第一節簡介國外：1912年煤礦開始使用錨桿支護；1940-50，機械漲殼式錨桿應用廣泛；70-80，砂漿、樹脂、管縫式錨桿；90年代，樹脂錨桿占據了市場。國外錨桿支護的發展方向為：提高錨桿的錨固力，并使其得到充分發揮，擴大錨桿支護應用范圍，提高錨桿支護效率。我國：1956年煤礦開始使用錨桿支護；60年代進入采區；70-90年代發展緩慢。95年，新掘巷道中28.9%，其中巖巷57.2%，半煤巖30.07%，煤巷15.15%。近十年，高速發展時期。“錨注”研制成功?！邦A應力”高強錨桿。高阻讓壓錨桿。第二節錨桿支護機理一、錨桿作用機理二、錨噴作用機理三、錨梁作用機理四、錨桿桁架作用機理五、錨索作用機理六、錨注作用機理錨桿支護的作用機理尚在探討之中。目前己提出的觀點較多，其中影響較大的有懸吊作用、組合梁(拱)作用、加固(提高C、φ值)作用等幾種。這幾種觀點都是以圍巖狀態和利用錨桿桿體受拉(力)為前提來解釋錨桿支護護作用機理的，因此，圍巖狀態及錨桿受拉力這兩個前提的客觀性是判定上述理論正確性的標準。一、錨桿作用機理（一）懸吊作用（二）組合梁作用（三）擠壓加固作用（四）圍巖強度強化理論（五）最大水平主應力作用（六）減跨作用（七）松動圈理論（八）關鍵承載圈理論（一）懸吊作用快硬膨脹水泥錨桿是用快硬膨脹水泥卷代替樹脂藥包，對錨桿桿體進行端頭錨固的一種錨桿。凝結硬化快，粘結強度高；本理論認為，巷道支護的對象除松動圈圍巖自重和巷道深部圍巖的部分彈塑性變形力外，還有松動圍圍巖的變形力。通過研究，發現松動圈的存在是巷道圍巖的固有特性，它的范圍大小(厚度值)目前可以用聲波儀或者多點位移計等手段進行測定。1)改善頂板應力狀態；此種錨桿由桿體、固定楔、活動倒楔、墊板和螺帽組成，如圖5-6所示。（七）錨桿的楔固作用（銷釘）但是，它也未能提供用于錨桿支護參數設計的方法和參數。(2)在破壞區內形成“次生關鍵承載層”，使圍巖深部關鍵承載圈內的應力分布趨于均勻和內移，提高關鍵承載圈的承載能力。⑴套管摩擦式可拉伸錨桿。錨桿的楔固作用是在圍巖中存在一組或幾組不同產狀的不連續面的情況下，由于錨桿穿過這些不連續面，防止或減少了圍巖沿不連續面的移動，如下圖所示。同時，錨桿本身也提供一定的抗剪能力，阻止其層間錯動。由煤炭科學研究總院開采所康紅普博士提出，該理論認為：⑵鋼絲繩砂漿錨稈鋼筋或鋼絲繩砂漿錨稈是全長錨固型錨桿。2)有利于頂板裂隙梁的形成與穩定；廣泛，軟巖及大變形巷道支護不成功時，巷道底板出現底鼓。（1）在實測地應力(最大水平應力)方面；4．鋼筋或鋼絲繩砂漿錨桿⑴套管摩擦式可拉伸錨桿。1952-1962年，LouisA,PaneK經過理論分析及實驗室和現場測試，提出錨桿桿作用機理是將直接頂板懸吊到堅硬巖層上(如圖4-1)。例如，在緩傾斜煤層中錨桿的懸吊作用就是錨桿將下部不穩定的巖層(直接頂或塊狀結構中不穩固的巖塊)懸吊在上部穩固的巖層上，阻止巖塊或巖層的垮落。錨桿所受的拉力來自被懸吊的巖層重量，并據此設計錨桿支護參數。這一理論提出的較早，只有滿足其前提條件時，才有一定的實用價值。在我國，由于錨桿長度一般都在1.6-2.2m之間，當破碎帶較大超過其錨桿長度時，采用懸吊理論無法設計支護參數，而且大量的工程實踐證明，即使巷道上部沒有穩固的巖層，錨桿也能發揮其作用。例如，在全煤巷道中，錨桿錨固在煤層中也能起到支護的作用，這從一個側面說明懸吊理論在應用中的局限性。由于錨桿支護的主要對象不是破碎帶內巖石的重量(自重)，而是破碎帶產生和發展過程中的碎脹變形力，而后者碎脹變形力遠大于前者破碎帶內巖石的自重。軟弱圍巖中，錨桿的作用是將直接頂板的破碎巖石懸吊在其上部部的自然平衡拱上，拱高可采用普氏的壓力拱理論估算。（二）組合梁作用為了解決懸吊理論的局限性，1952年德國Jacobio等在層狀地層中提出了組合梁理論。該理論認為：在沒有穩固巖層提供懸吊支點的薄層狀巖層中，可利用錨桿的拉力將層狀地層組合起來形成組合梁結構進行支護護，這就是所謂的錨桿組合梁作用(如圖4-2)。組合梁作用的本質:在于通過錨桿的預拉應力將原視為疊合梁(板)的巖層擠緊，增大巖層間的摩擦力；同時，錨桿本身也提供一定的抗剪能力，阻止其層間錯動。錨桿把數層薄的巖層組合成類似鉚釘加固的組合梁，這時被錨固的巖層便可看成組合梁，全部錨固層能保持同步變形，頂板巖層抗彎剛度得以大大提高。決定組合梁穩定性的主要因素是錨桿的預拉應力及桿體強度和巖層的性質。這一觀點有一定的影響，但是其工程實例比較少，也沒有進一步的資料供錨桿支護設計應用，尤其是組合梁的承載能力難以計算，而且組合梁在形成和承載過程中，錨桿的作用難以確定。另外，巖層沿巷道縱向有裂縫時粱的連續性問題、梁的抗彎強度等問題也難以解決。（三）擠壓加固拱作用組合拱理論示意圖組合拱理論是由蘭氏（TALang）和彭德（Pender）通過光彈試驗提出來的。組合拱原理認為:在拱形巷道圍巖的破裂區中，安裝預應力錨桿時，在桿體兩端將形成圓錐形分布的壓應力，如果沿巷道周邊布置的錨桿間距足夠小，各個錨桿的壓應力錐體相互交錯，這樣使巷道周圍的巖層形成一種連續的組合帶（拱）。錨固劑（樹脂和水泥）或楔子錨桿的作用是將直接頂板的破碎巖石懸吊在其上部部的自然平衡拱上，拱高可采用普氏的壓力拱理論估算。近十年，高速發展時期。對于圖47-8所示的層狀裂隙頂板，桁架提供的水平壓力顯然增大了沿巷道軸向的一組裂隙的摩擦系數，從而增高了裂隙梁的完整性”。(3)錨桿對煤幫的控制效果尤為明顯，由于煤層強度較低且受到采動影響程度較為嚴重，所以回采巷道兩幫支護顯得尤為重要，安裝錨桿后，對煤幫的擴容、松動和擠出均有控制作用，加鋼帶后效果會更好。關鍵承載圈理論認為，承載圈以內的巖石重量是支護的對象——即荷載高度。(2)在破壞區內形成“次生關鍵承載層”，使圍巖深部關鍵承載圈內的應力分布趨于均勻和內移，提高關鍵承載圈的承載能力。95年，新掘巷道中28.在房式采煤法中，使用三組桁架支護的礦房可達12m。第一，協助伸向兩幫上方的“斜錨桿”將頂板與兩幫有機的聯系起來，防止切頂破壞；1956年煤礦開始使用錨桿支護；快硬膨脹水泥錨桿是用快硬膨脹水泥卷代替樹脂藥包，對錨桿桿體進行端頭錨固的一種錨桿。錨桿支護的“關健承載圈”及“擴容—穩定”理論1956年煤礦開始使用錨桿支護；(8)錨網帶或錨網梁支護。（2）巷道頂底板的穩定性主要受水平應力的影響，并且有3個特點：錨桿的楔固作用是在圍巖中存在一組或幾組不同產狀的不連續面的情況下，由于錨桿穿過這些不連續面，防止或減少了圍巖沿不連續面的移動，如下圖所示。(1)關鍵承載圈以內的巖石重量是支護的對象，荷載高度是關鍵承載圈以下的不穩定巖層的高度。錨桿支護的“關健承載圈”及“擴容—穩定”理論對于圖47-8所示的層狀裂隙頂板，桁架提供的水平壓力顯然增大了沿巷道軸向的一組裂隙的摩擦系數，從而增高了裂隙梁的完整性”。這幾種觀點都是以圍巖狀態和利用錨桿桿體受拉(力)為前提來解釋錨桿支護護作用機理的，因此，圍巖狀態及錨桿受拉力這兩個前提的客觀性是判定上述理論正確性的標準。對于被縱橫交錯的弱面所切割的塊狀或破裂狀圍巖，如果及時用錨桿加固，就能提高巖體結構弱面的抗剪強度，在圍巖周邊一定厚度的范圍內形成一個不僅能維持自身穩定、而且能阻止其上部圍巖松動和變形的加固拱，從而保持巷道的穩定。（四）錨桿的加固作用彈塑性理論在對圍巖狀態作了正確分析后，對錨桿支護的作用機理提出了一個觀點：利用錨桿提供足夠的支護抗力，加固圍巖提高其承載能力、減小其變形量，并且大量的實驗室相似模擬試驗證實通過錨桿錨固可使圍巖的抗壓強度峰值提高50％-100％(相對于無錨桿情況)，同時據此用摩爾理論抗剪強度包絡線解釋，可以使圍巖不產生破碎帶，或者說限制圍巖彈塑性變形量的發展，從而使圍巖處于穩定的彈塑性圍巖狀態，見圖4-4。對這種觀點來講，由于現有支護(包括錨桿支護)對彈塑性變形相對不及時和支護手段與圍巖的不密貼決定了在圍巖處于彈性狀態時其支護阻力較小，它不可能有效的阻止并限制圍巖破碎帶的產生和發展。（五）巷道錨桿支護圍巖強度強化作用中國礦大礦壓所（1）巷道錨桿支護的實質是錨桿和錨固區域的圍巖相互作用而形成錨固體，形成統一的承載結構。（2）巷道錨桿支護可以提高錨固體的力學參數，包括錨固體破壞前和破壞后的力學參數（E、C、φ），改善錨固體的力學性能。（3）錨桿錨固體區域內的巖體峰值強度或峰后強度、殘余強度均得到強化。（4）巷道錨桿支護可以改變圍巖的受力狀態、增加圍壓，從而提高圍巖的承載能力、改善巷道的支護狀況。（5）巷道圍巖錨固體強度提高后，巷道破碎區、松動圈范圍減小，有利于巷道圍巖保持穩定。（六）最大水平主應力理論澳大利亞、英國目前普通采用蓋爾(GaIe)最大水平主應力理論設計錨桿支護參數。該理論認為：（1）礦井巖層的水平應力在埋深小于500m時通常大于垂直應力；水平應力具有明顯的方向性，其中最大水平應力一般為最小水平應力的1.5-2.5倍。（2）巷道頂底板的穩定性主要受水平應力的影響，并且有3個特點：①巷道軸向與最大水平應力方向平行的巷道受水平應力最小(頂底板穩定性最好)；②與最大水平應力方向呈銳角相交巷道的頂底板失穩破壞偏向巷道的一幫：③與最大水平應力方向垂直的巷道受水平應力影響最大(頂底板穩定性最差)(圖4-6)?？讖剑?8-42，直徑：16-22，長度：1.⑵鋼絲繩砂漿錨稈鋼筋或鋼絲繩砂漿錨稈是全長錨固型錨桿。因此主張根據圍巖的狀態特點分別按“關鍵承載圈理論”和“擴容一穩定理論”分析闡述錨桿支護的作用機理。普通木錨桿，壓縮木錨桿對于拱形巷道，壓縮帶將在圍巖破裂處形成拱形；另外，巖層沿巷道縱向有裂縫時粱的連續性問題、梁的抗彎強度等問題也難以解決。圍巖碎脹變形比較明顯，變形量較大，使剛性的噴射混凝土支護產生裂縫或破壞，必須采用以錨桿為主體構件的錨噴支護方式，以錨桿為主體支護結構控制其碎脹變形，噴層將只作為錨桿間活石的支護和防止圍巖風化。這種錨桿屬端頭錨固型，安裝后可立即承載，可回收。（2）在巖體力學參數測定方面；次生關鍵承載層厚度的影響因素很多，當其厚度較薄且遠小于巷道尺寸時，在水平應力的作用下，次生關鍵層很容易發生“壓曲失穩、彎曲失穩”破壞，造成巷道支護失敗。錨固力較大，可達80KN。目前，在國外煤礦中，單組錨桿桁架已用到最大跨度達7m的巷道，而雙組錨桿桁架支護的巷道寬度最大已達9m。用優質鋼材，并對材料進行專門加工處理，可制成較大延伸率的錨桿桿體。后者，往往占據主導地位。該理論認為：在沒有穩固巖層提供懸吊支點的薄層狀巖層中，可利用錨桿的拉力將層狀地層組合起來形成組合梁結構進行支護護，這就是所謂的錨桿組合梁作用(如圖4-2)。中松動圈（40cm～150cm）3)提高頂板裂隙梁抗剪滑動能力。通過研究，發現松動圈的存在是巷道圍巖的固有特性，它的范圍大小(厚度值)目前可以用聲波儀或者多點位移計等手段進行測定。(1)關鍵承載圈以內的巖石重量是支護的對象，荷載高度是關鍵承載圈以下的不穩定巖層的高度。本理論認為，巷道支護的對象除松動圈圍巖自重和巷道深部圍巖的部分彈塑性變形力外，還有松動圍圍巖的變形力。此種錨桿由桿體、固定楔、活動倒楔、墊板和螺帽組成，如圖5-6所示。斷層破碎帶、淋水帶，需要初錨力和控壓注漿?？煊才蛎浰噱^桿是用快硬膨脹水泥卷代替樹脂藥包，對錨桿桿體進行端頭錨固的一種錨桿。第二節錨桿結構及支護形式組合拱原理認為:在拱形巷道圍巖的破裂區中，安裝預應力錨桿時，在桿體兩端將形成圓錐形分布的壓應力，如果沿巷道周邊布置的錨桿間距足夠小，各個錨桿的壓應力錐體相互交錯，這樣使巷道周圍的巖層形成一種連續的組合帶（拱）。錨固劑（樹脂和水泥）或楔子地下工程條件千變萬化，不同的圍巖狀態條件下，巷道支護的荷載勢必大不相同。在層狀巖體中巷道開挖時，頂板極軟弱和破碎時，頂板的破壞與變形可以用“巖粱”理論來分析．它的穩定性取決于裂隙梁的成拱作用。錨桿支護的作用機理尚在探討之中。凝結硬化快，粘結強度高；對于圖47-8所示的層狀裂隙頂板，桁架提供的水平壓力顯然增大了沿巷道軸向的一組裂隙的摩擦系數，從而增高了裂隙梁的完整性”。對于拱形巷道，壓縮帶將在圍巖破裂處形成拱形；1)改善頂板應力狀態；對于拱形巷道，壓縮帶將在圍巖破裂處形成拱形；（4）巷道錨桿支護可以改變圍巖的受力狀態、增加圍壓，從而提高圍巖的承載能力、改善巷道的支護狀況。在圍巖整體性持別好的情況下，可以不設金屬網。（1）在實測地應力(最大水平應力)方面；為了解決懸吊理論的局限性，1952年德國Jacobio等在層狀地層中提出了組合梁理論。根據巖梁成拱原理，當巖梁自重和原巖應力引起的供座處水平推力不足以阻止剪切滑動力時。錨桿的楔固作用是在圍巖中存在一組或幾組不同產狀的不連續面的情況下，由于錨桿穿過這些不連續面，防止或減少了圍巖沿不連續面的移動，如下圖所示。在于通過錨桿的預拉應力將原視為疊合梁(板)的巖層擠緊，增大巖層間的摩擦力；對于圖47-8所示的層狀裂隙頂板，桁架提供的水平壓力顯然增大了沿巷道軸向的一組裂隙的摩擦系數，從而增高了裂隙梁的完整性”。在深部開采的高應力條件下，最大水平應力的作用使頂底板巖層出現錯動滑移和松動膨脹，在頂板出現破壞區(圖4-7)。而錨桿的作用就是防止巖層的錯動和膨脹，特別是頂板變形的早期階段，巖層能夠得到及時加固，可以保持頂板的穩定，控制后期變形破壞的發展。錨桿的加固作用如圖4-8所示。最大水平應力理論論述了巷道圍巖水平應力對巷道穩定性的影響以及錨桿支護起到的作用，它是以實測地應力及巖心實驗室力學試驗參數為基礎形成的一套錨桿支護設計方法，運用有限差分法(采用莫爾一庫侖強度淮則)對試驗巷道錨桿支護參數進行設計，同時在使用中強調監測的重要性，并根據監測結果修正和完善初始設計。但是用它無法定量設計錨桿支護參數，因為該理論仍然存在著以下幾個方面的問題沒有解決：（1）在實測地應力(最大水平應力)方面；（2）在巖體力學參數測定方面；（3）巖體本構方程方面；（4）圍巖狀態方面分析。（七）錨桿的楔固作用（銷釘）錨桿的楔固作用是在圍巖中存在一組或幾組不同產狀的不連續面的情況下，由于錨桿穿過這些不連續面，防止或減少了圍巖沿不連續面的移動，如下圖所示。（八）錨桿的減跨作用把不穩定的頂板巖層看成是支撐在兩幫的疊合梁(板)，由于可視懸吊在老頂上的錨桿為支點安設了錨桿就相當于在該處打了點柱，增加了支點，減少了頂板的跨度(如圖)，從而降低了頂板巖層的彎曲應力和撓度，維持了頂板與巖石的穩定性，使巖石不易變形和破壞。這就是錨桿的“減跨”作用，它實際上來源于錨桿的懸吊作用。但是，它也未能提供用于錨桿支護參數設計的方法和參數。（九）根據圍巖狀態特征分類闡述錨桿支護機理地下工程條件千變萬化，不同的圍巖狀態條件下，巷道支護的荷載勢必大不相同。如膨脹性地層以圍巖的吸水膨脹變形壓力為主，小松動圈圍巖以圍巖的自重壓力為主，二者的支護作用顯然不同。所以，錨桿支護機理不能一概而論，應根據圍巖狀態特征區別對待。近年來比較活躍的錨桿支護理論如松動圈支護理論、關鍵承載圈支護理論等，都是從這一原則出發，結合圍巖狀態分別按懸吊理論、組合拱理論、加固理論等分析錨桿支護機理和設計錨桿支護參數。1.圍巖松動圈巷道支護理論圍巖松動圈巷道支護理論是在對圍巖狀態進行深入研究后提出的，通過研究，發現松動圈的存在是巷道圍巖的固有特性，它的范圍大小(厚度值)目前可以用聲波儀或者多點位移計等手段進行測定。松動圈理論認為：巷道支護的主要對象是圍巖松動圈產生、發展過程中產生的碎脹變形力，錨桿受拉力的來源在于松動圈的發生、發展，并根據圍巖松動圈厚度值大小的不同將其分為小、中、大三類，松動圈的類別不同，則錨桿支護機理也就不同。本理論認為，巷道支護的對象除松動圈圍巖自重和巷道深部圍巖的部分彈塑性變形力外，還有松動圍圍巖的變形力。后者，往往占據主導地位。簡而言之，巷道支護的對象主要是圍巖松動圈在形成過程中的巖石碎脹力。在現有支護條件下，試圖用支護手段阻止圍巖松動破壞是不可能的。松動圈理論認為，支護的作用是限制圍巖松動圈形成過程中碎脹力所造成的有害變形。支護對破碎圍巖的維護作用：松動圈發展變形過程中維持破碎巖塊相互嚙合不垮落，通過提供支護阻力限制破裂縫隙過度擴張，從而減少巷道的收斂變形。小松動圈（<40cm） 圍巖的變形壓力可以忽略不計，巷道支護載荷只是松動圈內圍巖的自重，其數值小于0.1MPa，只用單一噴混凝土支護即可達到支護的目的。中松動圈（40cm～150cm） 圍巖碎脹變形比較明顯，變形量較大，使剛性的噴射混凝土支護產生裂縫或破壞，必須采用以錨桿為主體構件的錨噴支護方式，以錨桿為主體支護結構控制其碎脹變形，噴層將只作為錨桿間活石的支護和防止圍巖風化。 由于圍巖松動圈厚度小于常用錨桿長度，因此可采用錨桿懸吊作用機理來設計支護參數。大松動圈（>150cm）圍巖表現出軟巖的工程特征，圍巖松動圈碎脹變形量大，初期圍巖收斂變形速度快，變形持續時間長，礦壓顯現大，支護難度大。支護不成功時，巷道底板出現底鼓。在這種條件下，如果用懸吊理論設計錨桿支護參數，常因設計錨桿過長、過粗而失去其普遍應用的價值。在單根錨桿作用下每根錨桿因受拉應力而對圍巖產生擠壓，在錨桿兩端周圍形成一個兩端圓錐形的受壓區，合理的錨桿群可使單根錨桿形成的壓縮區彼此聯系起來，形成一個厚度為b的均勻壓縮帶。對于拱形巷道，壓縮帶將在圍巖破裂處形成拱形；對于矩形巷道，壓縮帶將在圍巖破裂處形成矩形結構，統稱之為組合拱作用機理。圍巖類別松動圈支護方法備注小I穩定<40噴砼圍巖整體性好中II較穩定~100錨，噴（懸吊）III一般~150錨，噴（懸吊）剛性支護局部破壞大IV一般不穩定~200錨，噴，網（組合拱）剛性支護大面積破壞V不穩定~300錨，噴，網（組合拱）圍巖變形有穩定期VI極不穩定>300二次支護無穩定期圍巖松動圈分類表2.錨桿支護的“關健承載圈”及“擴容—穩定”理論由煤炭科學研究總院開采所康紅普博士提出，該理論認為：巷道圍巖的變形和破壞狀態在掘進、穩定、回采等不同階段是不同的，具有顯著差別。因此主張根據圍巖的狀態特點分別按“關鍵承載圈理論”和“擴容一穩定理論”分析闡述錨桿支護的作用機理。“關鍵承載圈”是指在巷道周圍圍巖一定深度的范圍內，存在一個能承受較大切向應力的“巖石圈”，該巖石圈處于應力平衡狀態，具有結構上的穩定性，可以用來懸吊承載圈以內的巖層。關鍵承載圈理論認為，承載圈以內的巖石重量是支護的對象——即荷載高度。理論分析及工程實踐表明：承載圈厚度越大，圈內應力分布越均勻，承載能力越大；在對圍巖未采取人工支護等控制措施時，承載圈離巷道周邊越近，荷載高度越低，巷道越易維護。關鍵承載圈的位置及厚度，可以根據對圍巖狀態的分析計算得出。但是用它無法定量設計錨桿支護參數，因為該理論仍然存在著以下幾個方面的問題沒有解決：最大水平應力理論論述了巷道圍巖水平應力對巷道穩定性的影響以及錨桿支護起到的作用，常用于圍巖比較破碎，需要立即承載的地下工程。錨桿的作用是將直接頂板的破碎巖石懸吊在其上部部的自然平衡拱上，拱高可采用普氏的壓力拱理論估算。錨桿桿體用φ14㎜或φ16㎜鋼筋做成，頭部的前端焊一φ38～40㎜的阻擋墊圈，另一端車有螺紋。巷道圍巖的變形和破壞狀態在掘進、穩定、回采等不同階段是不同的，具有顯著差別。本理論認為，巷道支護的對象除松動圈圍巖自重和巷道深部圍巖的部分彈塑性變形力外，還有松動圍圍巖的變形力。錨噴、錨網噴等形式多應用于服務年限長的開拓巷道和硐室（巖巷）。對于被縱橫交錯的弱面所切割的塊狀或破裂狀圍巖，如果及時用錨桿加固，就能提高巖體結構弱面的抗剪強度，在圍巖周邊一定厚度的范圍內形成一個不僅能維持自身穩定、而且能阻止其上部圍巖松動和變形的加固拱，從而保持巷道的穩定。在房式采煤法中，使用三組桁架支護的礦房可達12m。桿體（木、竹、金屬、鋼管、玻璃鋼）快硬膨脹水泥錨桿是用快硬膨脹水泥卷代替樹脂藥包，對錨桿桿體進行端頭錨固的一種錨桿。斜錨桿的長度和角度以伸入兩幫上方為準。永久性巷道硐室，采區主要巷道錨桿所受的拉力來自被懸吊的巖層重量，并據此設計錨桿支護參數。③與最大水平應力方向垂直的巷道受水平應力影響最大(頂底板穩定性最差)(圖4-6)。使用前需浸水2～3min，在錨桿孔內經桿頭攪拌，12min后錨固力開始增長，lh后錨固力可達40-60kN。(3)錨桿對煤幫的控制效果尤為明顯，由于煤層強度較低且受到采動影響程度較為嚴重，所以回采巷道兩幫支護顯得尤為重要，安裝錨桿后，對煤幫的擴容、松動和擠出均有控制作用，加鋼帶后效果會更好。配合先噴后錨，在軟巖中亦可應用。1MPa，只用單一噴混凝土支護即可達到支護的目的。在房式采煤法中，使用三組桁架支護的礦房可達12m。⑵鋼絲繩砂漿錨稈鋼筋或鋼絲繩砂漿錨稈是全長錨固型錨桿。

“關鍵承載圈理論”認為，當載荷高度不大，通常錨桿長度能夠伸入到關鍵承載圈中時，用“關鍵承載圈觀點”闡述錨桿支護機理。其主要觀點是：(1)關鍵承載圈以內的巖石重量是支護的對象，荷載高度是關鍵承載圈以下的不穩定巖層的高度。(2)錨桿的支護作用主要是：將破壞區巖層與關鍵承載圈相連，阻止破碎巖層垮落；對圍巖提供徑向、切向約束力，阻止破壞區巖層的擴容、離層、滑動，提高破碎區的承載能力，如圖6-9所示。關鍵承載圈理論2）擴容—穩定理論巷道經受采動影響之后，圍巖的破壞范圍會逐漸擴大，當通常錨桿的長度不能伸入到關鍵承載圈時，依據“擴容—穩定理論”闡述錨桿支護的作用，主要觀點：

(1)錨桿要控制圍巖的擴容變形，阻止深部破碎巖層的進一步擴容相離層。

(2)在破壞區內形成“次生關鍵承載層”，使圍巖深部關鍵承載圈內的應力分布趨于均勻和內移，提高關鍵承載圈的承載能力。

(3)錨桿對煤幫的控制效果尤為明顯，由于煤層強度較低且受到采動影響程度較為嚴重，所以回采巷道兩幫支護顯得尤為重要，安裝錨桿后，對煤幫的擴容、松動和擠出均有控制作用，加鋼帶后效果會更好?！皵U容一穩定理論”的核心思想就是控制圍巖的擴容變形，形成次生關鍵承載層，提高承載圈的承載能力使圍巖趨于穩定，如圖6-10所示。次生關鍵承載層厚度的影響因素很多，當其厚度較薄且遠小于巷道尺寸時，在水平應力的作用下，次生關鍵層很容易發生“壓曲失穩、彎曲失穩”破壞，造成巷道支護失敗。因此，合理確定次生關鍵承載層的厚度至關重要，錨桿的存在，減小了巖層壓曲或者彎曲失穩的可能性，錨桿預緊力越大，支護效果越好。二、錨噴作用機理噴層作用：(1)封閉和加固圍巖。防止風化、改善受力狀態。(2)調整圍巖應力。利用噴層的柔性，釋放一定的壓力。(3)組合拱。網的作用：支護錨桿間碎石或煤塊，維護錨桿支護的整體性，基本上都是必須的。在圍巖整體性持別好的情況下，可以不設金屬網。網的形式有金屬網、塑料網、荊笆片等。頂板斜錨桿的作用實驗表明，圍巖的破壞首先是從應力集中程度大的頂板角部出現，呈內傾形；如支護不當，條件合適時很容易造成頂板整體垮落事故，這一現象已被多次事故所證實。因此，矩形、梯形巷道頂板伸向兩幫上方錨固可靠的“斜錨桿”非常重要，它被用來提供抗剪阻力，防止頂板沿角處破裂縫滑移掉落。斜錨桿的長度和角度以伸入兩幫上方為準。錨固力及錨固可靠性要求高，一般情況下要求錨桿桿體直徑≥16mm，錨固力≥60kN。三、錨梁（帶）作用機理“鋼帶（梁）”的作用第一，協助伸向兩幫上方的“斜錨桿”將頂板與兩幫有機的聯系起來，防止切頂破壞；第二，改善錨固層應力狀態，增加側向擠壓力、提高次生組合拱的承載能力。鋼帶梁在頂板下沉變形過程中承受拉力，反過來約束頂板的下沉。所以，在壓力顯現明顯和圍巖比較破碎的復雜條件下，鋼帶梁的增設，有利于改善圍巖錨固層的應力狀態，提高錨桿支護的承載能力。在全煤巷道、頂板及煤幫破碎、圍巖變形壓力大的大松動圈圍巖及沿空巷道的頂板和兩幫均應敷設鋼帶梁。當頂板或煤層整體性好，松動圈范圍小于1.5m的情況下，回采巷道沒有必要敷設鋼帶粱。四、錨桿桁架支護機理錨桿桁架于1966年首先在美國鐵礦由支護中出現?；窘Y構：兩根頂板錨桿在靠近兩幫處傾斜安裝，下端通過聯接件與拉桿連接，并(必須)施加一定預緊力，使錨桿與拉桿形成一支護整體。作用原理：通過其頂板下面的拉緊裝置給予水平拉力，在頂板內形成箍緊力，使彎曲下沉的頂板呈壓縮狀態，阻止巖石的受剪力破壞，使破壞離層的巖石互相擠壓嚙合達到自穩，從而保持了頂板的完整和穩定。桁架錨桿頂板錨桿桁架的支護作用：1)改善頂板應力狀態；2)有利于頂板裂隙梁的形成與穩定；在層狀巖體中巷道開挖時，頂板極軟弱和破碎時，頂板的破壞與變形可以用“巖粱”理論來分析．它的穩定性取決于裂隙梁的成拱作用。在這種條件下的錨桿支護通常不能起懸吊作用，而應考察摩擦作用和組合梁作用。對于圖47-8所示的層狀裂隙頂板，桁架提供的水平壓力顯然增大了沿巷道軸向的一組裂隙的摩擦系數，從而增高了裂隙梁的完整性”。同時，有利于頂板梁的成拱作用(圖47-8虛線所示)。3)提高頂板裂隙梁抗剪滑動能力。根據巖梁成拱原理，當巖梁自重和原巖應力引起的供座處水平推力不足以阻止剪切滑動力時。頂板將發生整體剪切活動，由桁架預緊力引起的主動作用將與拱座處水平推力疊加，增大了該危險部位巖石或不連續面的摩擦阻力，達到提高頂板裂隙梁抗剪能力，從而維持頂板穩定的目的(圖47-10)。這種加固作用隨頂板下沉引起拉桿拉伸而進一步得到增強。適用：大變形的軟巖巷道，對錨桿支護或其它常規方法難以維護的復雜地質條件、軟弱破碎帶的控制有著重要的作用。目前，在國外煤礦中，單組錨桿桁架已用到最大跨度達7m的巷道，而雙組錨桿桁架支護的巷道寬度最大已達9m。在房式采煤法中，使用三組桁架支護的礦房可達12m。錨桿桁架在巷道交叉點和大斷面硐室中也有著廣泛的應用。五、錨索作用機理通常與錨桿組合使用。懸吊作用把錨桿加固的巖體懸吊在穩定的巖層上。六、錨注作用機理錨桿+圍巖注漿1）注漿硬化破碎、軟弱巖體，提高圍巖強度，增強其整體性；2）錨桿和硬化后的圍巖形成整體，共同承受荷載。3）錨桿的錨固力和錨固效果隨著注漿大大提高。適用：圍巖破裂范圍較大的軟巖巷道。第二節錨桿結構及支護形式一、錨桿的構件二、錨桿的結構類型三、錨桿的支護形式及選擇對于矩形巷道，壓縮帶將在圍巖破裂處形成矩形結構，統稱之為組合拱作用機理。網（鐵絲網、塑料網、鋼筋網）端頭錨固型樹脂錨桿是由樹脂藥包和桿體組成(圖5-7)。常用于圍巖比較破碎，需要立即承載的地下工程。常用于圍巖比較破碎，需要立即承載的地下工程。由于錨桿支護的主要對象不是破碎帶內巖石的重量(自重)，而是破碎帶產生和發展過程中的碎脹變形力，而后者碎脹變形力遠大于前者破碎帶內巖石的自重。當頂板或煤層整體性好，松動圈范圍小于1.目前己提出的觀點較多，其中影響較大的有懸吊作用、組合梁(拱)作用、加固(提高C、φ值)作用等幾種。永久性巷道硐室，采區主要巷道錨桿把數層薄的巖層組合成類似鉚釘加固的組合梁，這時被錨固的巖層便可看成組合梁，全部錨固層能保持同步變形，頂板巖層抗彎剛度得以大大提高。（1）在實測地應力(最大水平應力)方面；錨桿的作用是將直接頂板的破碎巖石懸吊在其上部部的自然平衡拱上，拱高可采用普氏的壓力拱理論估算。此種錨桿由桿體、固定楔、活動倒楔、墊板和螺帽組成，如圖5-6所示。1㎜，用鑿巖機強行壓入比桿徑小2～3mm的錨孔，為安裝方便，打入端略呈錐形。這幾種觀點都是以圍巖狀態和利用錨桿桿體受拉(力)為前提來解釋錨桿支護護作用機理的，因此，圍巖狀態及錨桿受拉力這兩個前提的客觀性是判定上述理論正確性的標準。錨桿支護形式的選擇，必須根據巷道的用途、服務年限、圍巖強度、地應力大小等因素來確定。組合拱理論是由蘭氏（TALang）和彭德（Pender）通過光彈試驗提出來的。把錨桿加固的巖體懸吊在穩定的巖層上。同時，錨桿本身也提供一定的抗剪能力，阻止其層間錯動。1)改善頂板應力狀態；95年，新掘巷道中28.一、錨桿的構件1.桿體（木、竹、金屬、鋼管、玻璃鋼）2.錨固劑（樹脂和水泥）或楔子3.托盤（木、鑄鐵、鋼板）4.托梁（W型鋼帶、鋼板梁、鋼筋梁）5.網（鐵絲網、塑料網、鋼筋網）二錨桿的結構類型金屬倒楔式錨桿管縫式錨桿水力脹管式錨桿木錨桿和竹錨桿鋼筋或鋼絲繩砂漿錨桿樹脂錨桿快硬水泥和快硬膨脹水泥錨桿內注式錨桿可拉伸錨桿其它錨桿1．全屬倒楔式錨桿此種錨桿由桿體、固定楔、活動倒楔、墊板和螺帽組成，如圖5-6所示。這種錨桿屬端頭錨固型，安裝后可立即承載，可回收。錨固力達40KN左右。常用于圍巖比較破碎，需要立即承載的地下工程。

2．管縫式錨桿管縫式錨桿又稱開縫式或摩擦式錨桿，它是采用高強度鋼板卷壓成帶縱縫的管狀桿體外徑38.1㎜，用鑿巖機強行壓入比桿徑小2～3mm的錨孔，為安裝方便，打入端略呈錐形。由于管壁彈性恢復力擠壓孔壁而產生錨固力，屬全長錨固型錨桿。對地層橫向錯動，有良好適應能力，鉆孔變彎曲，錨固得更牢。這種錨桿的成本較高，不能回收復用，但錨固性能好，錨固力大（50-70KN）。3.水力脹管式錨桿鋼管雙層異形鋼管。高壓水注入鋼管內，膨脹變大，擠壓孔壁。錨固力較大，可達80KN。

3．木錨桿普通木錨桿，壓縮木錨桿

圖5-6木錨桿普通木錨桿；b.壓縮木錨桿1—外楔；2—鐵墊圈；3—木托板；4—木桿體；5——內楔

4．鋼筋或鋼絲繩砂漿錨桿⑴鋼筋砂漿錨桿；⑵鋼絲繩砂漿錨稈鋼筋或鋼絲繩砂漿錨稈是全長錨固型錨桿。設計錨固為為30～50KN。5.樹脂錨桿 用樹脂為粘結劑，在固化劑和加速劑的作用下，將錨桿的頭部粘結在錨桿孔內。端頭錨固型樹脂錨桿是由樹脂藥包和桿體組成(圖5-7)。 使用115型樹脂錨固劑，可在3～5min內凝膠達到很高的錨固強度，15min后即可套上墊板緊固螺帽。 使用82型錨固劑，可在15～60s內凝膠，5min后錨固力可達40KN以上，可滿足5min上墊板擰緊螺帽的要求。

結構：桿體（麻花+擋圈）、藥卷、墊片+螺母特點凝結硬化快，粘結強度高；安全可靠；施工操作方便；適用范圍廣。普通樹脂錨桿材料：螺紋鋼孔徑：28-42，直徑：16-22，長度：1.8-2.4等強螺紋鋼玻璃鋼玻璃鋼錨桿6．快硬水泥錨桿桿體結構與樹脂錨桿相同，是端頭錨固型錨桿。膠結材料：國產定型早強水泥和雙快水泥按一定比例混合而成。使用前需浸水2～3min，在錨桿孔內經桿頭攪拌，12min后錨固力開始增長，lh后錨固力可達40-60kN。適用于圍巖自穩時間超過12min的各類永久性地下工程。配合先噴后錨，在軟巖中亦可應用。

7．快硬膨脹水泥錨桿快硬膨脹水泥錨桿是用快硬膨脹水泥卷代替樹脂藥包，對錨桿桿體進行端頭錨固的一種錨桿。

錨桿桿體用φ14㎜或φ16㎜鋼筋做成，頭部的前端焊一φ38～40㎜的阻擋墊圈，另一端車有螺紋。8．可拉伸錨桿

⑴套管摩擦式可拉伸錨桿。這種錨桿是對桿件、內錨頭、外錨頭及托板等構件采用特殊結構實現可伸縮的目的。⑵彎曲可伸長縮錨桿

用優質鋼材，并對材料進行專門加工處理，可制成較大延伸率的錨桿桿體。9.內注式注漿錨桿不穩定圍巖中，單純提高錨桿長度和強度作用很小時，注漿硬化圍巖；端頭錨固全長錨固結構可控內壓注漿錨桿斷層破碎帶、淋水帶，需要初錨力和控壓注漿。普通內注式錨桿

10.其它錨桿脹裂式速效預應力錨桿中空自鉆式錨桿各類錨桿特征表（一）錨桿類型錨固力/KN服務年限/a適用普通木錨桿103~5采準巷道，破碎的采煤工作面壓縮木錨桿202~3竹錨桿203-5同上金屬楔縫式40~60>20永久性巷道硐室，采區主要巷道金屬倒楔式30~50>20同上，但可回收各類錨桿特征表（二）錨桿類型錨固力/KN服務年限/a