煤矿锚杆(索)支护理论.ppt

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1、煤矿锚杆（索）支护理论1锚杆支护构件的作用234CONTENT锚杆支护的加固作用现有锚杆支护理论锚杆支护作用机理锚杆支护构件的作用1锚杆杆体的作用如图所示，锚杆杆体提供两方面的作用（抗拉作用和抗剪作用）图1锚杆杆体的作用（以树脂锚杆为例）锚杆支护构件的作用1锚杆支护构件的作用1锚杆杆体的作用抗拉作用锚杆杆体所能承受的拉断载荷：式中P-锚杆拉断载荷，N；d-锚杆直径，mm；σb-锚杆钢材抗拉强度，MPa。抗剪作用锚杆杆体所能承受的剪切载荷：式中Q-锚杆剪断载荷，N；τb-锚杆钢材剪切强度，MPa。锚杆支护构件的作用1锚杆杆体的作用牌号屈服强度/MPa抗拉强度/MPa拉断荷载/kN

2、φ16mmφ18mmφ20mmφ22mmφ25mmQ23524038076.496.7119.4144.5186.5BHRB33533549098.5124.7153.9186.3240.5BHRB400400570114.6145.0179.1216.7279.8BHRB500500670134.7170.5210.5254.7328.9BHRB600600800160.8203.6251.3304.1392.7表1常用锚杆钢材的抗拉强度牌号剪切强度/MPa剪断荷载/kNφ16mmφ18mmφ20mmφ22mmφ25mmQ23526653.567.783.6101.1130.

3、6BHRB33534369.087.7107.8130.4168.4BHRB40039980.2101.5125.3151.7195.9BHRB50046994.3119.3147.3178.3230.2BHRB600560112.6142.5175.9212.9274.9表2常用锚杆钢筋的剪切强度锚杆支护构件的作用1锚杆托板的作用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的张开，实现锚杆的主动、及时支护作用。围岩变形使载荷作用于托板上，通过托板将载荷传递到锚杆杆体，

4、增大锚杆的工作阻力，充分发挥锚杆控制围岩变形的作用。注：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。锚杆支护构件的作用1锚杆托板的作用无托板时锚杆轴力在巷道表面处为0，在一定深度达到最大值，剪力在轴力最大处为0；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。轴向力轴向力剪应力剪应力（a）无托板（b）有托板图2托板对全长锚固锚杆受力分布的影响锚杆长度锚杆长度轴向力轴向力剪应力剪应力锚杆支护构件的作用1锚固剂的作用黏结作用假定锚固剂与杆体、锚固剂与钻孔孔

5、壁之间的黏结应力沿锚固长度内均匀分布。锚杆拉拔力为：式中P-锚杆拉拔力，kN；l-锚固长度，m；τ1-锚固剂与杆体之间的黏结强度，MPa；τ2-锚固剂与孔壁之间的黏结强度，MPa；d-锚杆直径，mm；D-钻孔直径，mm。实际工作情况下黏结应力的分布与拉拔试验时有较大区别，其影响因素包括锚固剂性能、围岩性质、钻孔直径和粗糙度、锚杆直径与粗糙度、钻孔与锚杆直径差等。锚杆支护构件的作用1锚固剂的作用黏结作用考虑实际工作状态，杆体锚固段剪应力分布为负指数曲线：轴向力在杆体上呈负指数分布：图3锚固段黏结应力的分布图4拉拔力在杆体上的分布距锚固起始点距离黏结力τ（x）距锚固起始点的距离/m

6、m锚杆轴向力/kN锚杆支护构件的作用1锚固剂的作用黏结作用考虑实际工作状态，杆体锚固段剪应力分布用下式：假设锚固剂破坏到锚固长度中点，拉拔力最大Pmaxα-残余黏结应力影响系数；l-锚固长度，mm。式中τ（x）-距锚固起始端x处锚固剂作用于杆体表面的黏结应力，MPa；d-杆体直径，mm；E-杆体弹性模量，MPa；c-积分常数；K-剪切刚度，MPa；K1-锚固剂的剪切刚度，MPa；K2-围岩的剪切刚度，MPa。锚杆支护构件的作用1锚固剂的作用抗拉与抗剪作用我国树脂锚固剂的抗拉强度和抗剪强度一般分别可取11.5MPa，35MPa。锚固剂可以提供抗拉力和一定的抗剪能力。端部锚固与全长

7、锚固的区别图5端锚锚杆与全长锚固锚杆支护作用的区别锚杆支护构件的作用1锚固剂的作用端部锚固与全长锚固的区别端部锚固全长锚固锚固剂的作用在于提供黏结力，使锚杆承受一定的拉力，其除锚固端外，沿长度均匀分布；锚杆抗剪能力只有在岩层发生较大错动后发挥。锚固剂的作用在于将锚杆与孔壁黏结，使锚杆随岩层移动承受拉力；当岩层发生错动时，与杆体共同起抗剪作用，阻止岩层滑动。杆体各部位应力应变相等；在锚固范围内，任何部位岩层的离层均匀的分散到整个杆体的长度上，导致杆体受力对围岩变形和离层不敏感，支护刚度低。全长