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锚杆支护由锚杆杆体、托板和螺母、锚固剂、钢带和金属网的个构件组成，锚杆支护的作用是由这些构件共同完成的。因此，有必要对锚杆支护构件的作用分别进行分析。 01 锚杆杆体的作用 对于锚杆杆体本身来说，由于杆体长度方向的尺寸远大于其他两个方向的尺寸，所以力学上属于杆体。这种构件可以提供两方面的作用，第一是抗拉，其次是抗剪作用。至于杆体的抗弯能力和抗压能力是非常小的，可以忽略不计。 （锚杆杆体） 对于常用直径20mm的锚杆杆体，圆钢（Q235）、高强度螺纹钢（BHRB400）、超高强度螺纹钢（BHRB600）的拉断载荷分别为119.4KN、179.1KN、251.3KN，后两者分别是前者的1.5和2.1倍。根据材料力学，对于塑性材料，剪切强度一般是拉伸强度的0.6~0.8倍。对于常用直径20mm的锚杆杆体，圆钢（Q235）、高强度螺纹钢（BHRB400）、超高强度螺纹钢（BHRB600）的剪断载荷分别为83.6KN、125.3KN、175.9KN。 02 锚杆托板的作用 托板是锚杆的重要构件，对锚杆支护作用的发挥影响很大。托板的为两个方 面：一是通过给螺母施加一定的扭矩使托板压紧巷道表面，给锚杆提供预紧力，并使预紧力扩散到锚杆周围的煤岩体中，从而改善围岩应力状态，抑制围岩离层、结构面滑动和节理裂隙张开，实现锚杆的主动、及时支护作用；其二是围岩变形使载荷作用在托板上，通过托板将载荷传递到锚杆杆体，增大锚杆的工作阻力，充分发挥锚杆控制围岩变形的作用。 托板力学性能应与锚杆杆体的性能相匹配，才能充分发挥锚杆的支护作用。托板强度不足、安装质量差、受较大偏载都会显著降低锚杆的作用。对于端部锚固锚杆，托板是锚杆尾部接触围岩的构件，通过托板给锚杆施加预紧力，传递围岩载荷至锚杆杆体，托板本身失效，以及托板下方围岩松散脱落，导致托板与表面不紧贴，都会使锚杆失去支护作用。对于加长锚固锚杆，托板的作用同样重要，通过托板压紧巷道表面给锚杆施加预紧力，预紧力对锚杆工作阻力和受力分布又产生影响，提高支护效果。 托板对全长锚固锚杆的受力分布有明显的影响。无托板时锚杆轴力在巷道表面处为零，在一定深度达到最大值，剪力在轴力最大处为零；有托板时，由于锚杆施加的预紧力和围岩通过托板作用在锚杆杆体上的力，使得锚杆轴力在巷道表面处达到一定值，而且使锚杆轴力最大的位置向孔口移动，更接近巷道表面。 （拱形锚杆托板） 03 锚固剂作用 锚固剂的作用是将钻孔孔壁岩石与杆体黏结在一起，使锚杆发挥支护作用。同时锚固剂也具有一定的抗剪和抗拉能力，与锚杆共同加固围岩。 （数值锚固剂） 我国树脂锚固剂的抗拉强度一般可取11.5MPa。如果直径28mm的钻孔中不安装锚杆，只注树脂锚固剂，则锚固剂可提供7.08KN的抗拉力。如果直径20mm的杆体，安装在直径28mm的钻孔中，则锚固剂可提供3.47KN的抗拉力。可见锚固剂提供的抗拉力远小于锚杆。 树脂锚固剂的抗拉强度一般可取35MPa。如果直径28mm的钻孔中不安装锚杆，只注树脂锚固剂，则锚固剂可提供21.54KN的抗剪力。如果直径20mm的杆体，安装在直径28mm的钻孔中，则锚固剂可提供10.55KN的抗剪力，分别是圆钢（Q235）、高强度螺纹钢（BHRB400）、超高强度螺纹钢（BHRB600）的剪断载荷的12.4%、8.4%、5.9%。可见锚固剂可提供一定的抗剪能力。 04 钢带的作用 钢带是锚杆支护系统中的重要构件，对提高锚杆支护整体支护效果、保持围岩的完整性起着关键作用。钢带的作用主要表现在以下3方面： 1）锚杆预紧力和工作阻力扩散作用。单根锚杆作用于巷道表面可近似看成点载荷，钢带可扩大锚杆作用范围，实现锚杆预紧力和工作阻力扩散，使载荷趋于均匀。 2）支护巷道表面和改善围岩应力状态作用。钢带对巷道表面提供支护，抑制浅部岩层离层、裂隙张开，保持围岩的完整性，减少岩层弯曲引起的拉伸破坏，改善岩层应力状态，防止锚杆间松动岩块掉落。 3）均衡锚杆受力和提高整体支护作用。钢带将数根锚杆连接在一起，可均衡锚杆受力，共间形成组合支护系统，提高整体支护能力。 （钢带） 05 网的作用 一般认为，网可以用来维护锚杆间的围岩，防止松动小岩块掉落。其实，网的作用远不止这一个，特别是在高地应力、破碎围岩条件下，网是锚杆支护系统中不可或缺的重要部件。 （金属网） 网的作用主要表现在以下3方面： 1）维护锚杆之间的围岩，防止破碎岩块垮落。 2）紧贴巷道表面，提供一定的支护力（已有的研究成果表明，我国现用菱形金属网，在保证施工质量的条件下，可提供0.01 MPa的支护力），一定程度上改善巷道表面岩层受力状况。同时，将锚杆之间岩层的载荷传递给锚杆，形成整体支护系统。 3）网不仅能有效控制巷道浅部围岩的变形与破坏，而且对深部围岩也有良好的支护作用。有网的情况下，虽然巷道表面围岩已破坏，但没有松散、跨落，可作为传力介质，使巷道深部围岩仍处三向应力状态，提高岩体的残命强度，显著减小围岩松散、破碎区范围，同时也保证了锚杆的锚固效果。实验室试验数据表明，釆用锚网加固的试件在受载破坏时，裂成密集的细柱状杆系，残体较完整，残余强度为极限抗压强度的的1/4左右；无网锚杆加固试件残体不完整，无明显的残余强度。如果没有金属网或金属网失效，围岩破坏会从表面发展到深部，逐渐破碎、松散，失去强度，导致围岩垮落，锚杆失效。 |
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