锚杆支护作用理论浅谈

范宇+黄晓波

摘 要：锚杆支护作用理论是相互补充的综合作用，并不是独立于其他理论而存在的。锚杆支护作用对不同的地质条件是由不同的支护机理起主导作用的。在矿井实际应用中，进行锚杆支护要先考虑到应力场情况，并在现场拉拔试验中采取科学、合理的支护方案，这样才能确保安全生产。

关键词：锚杆支护；理论；原岩应力；围岩状态

中图分类号：TD353+.6 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）11-0035-02

关于锚杆支护作用机理，目前在学术领域中有很多种观点，比如组合梁作用、悬吊作用、加固作用等都是得到广泛认可并且有坚实理论支撑的观点。围岩状态和利用锚杆杆体受力是受到较多认可的理论依据，利用这些依据可以合理解释锚杆支护的作用机理。因此，如果要判定上述几种经典理论，那么首先要对锚杆受拉力和围岩状态这两个前提进行客观的分析。以下对几种应用较为广泛的理论作简要的分析。

1 重点理论分析

1.1 悬吊理论

悬吊理论是于1952—1962年提出的，该理论认为锚杆的作用就是将直接顶板悬吊在坚硬岩层上。这一理论出现较早，只有在满足特定的前提条件下才能发挥其作用。

如果要在坚硬岩层上进行锚杆的固定，需要避开围岩有较大范围的破碎区，顶板中没有坚硬、稳定的岩层，顶板有较厚的软弱岩层等这些情况。

如果在锚杆支护时选用悬吊理论，那么需要事先关注几个重要参数，即锚固力、锚杆长度、原岩容重和拉拔强度。

实践证明，即使巷道未提供稳固岩层这一条件，锚杆也可以进行支护工作。比如对全煤巷道来说，在煤层中固定锚杆进行支护也可以达到支护的效果。这个例子同时也说明悬挂理论存在一定的局限性。

1.2 组合梁理论

组合梁理论即存在无悬吊理论或有悬吊理论的条件下，顶板锚杆的作用。组合梁理论体现在各个岩层之间解除的压力可以通过锚杆的锚固力来提供。同时，岩层与岩层之间的抗剪刚度会得到增加，使岩层间不易发生水平错动现象。对机构岩层，可以通过这个作用锚固为一个整体的组合岩梁。在实际生产过程中，组合梁理论也可以解释为加密锚固，可以保持原岩的稳定性，即利用原岩应力和强度适当的金属网相互作用，适用于破碎岩层。对一些特殊情况，比如，经长时间使用的巷道工作面、易风化岩层等，这些都可以采用联合喷砼支护的解决方法。

此观点在提出时相当具有影响力，但在实际工程运用中，极少选用这一观点进行理论指导，资料也较少。该理论的缺陷在于组合梁难以计算其承载系数，并且很难确定锚杆在组合梁承载当中的作用。此外，组合梁理论无法处理梁的抗弯强度问题。

1.3 组合拱理论

对锚杆支护的作用机理，组合拱理论给予其很好的诠释，但是组合拱理论忽略了围岩支护的相互作用。在具体分析时，复合支护结构的整体最大支护力是由各个支护结构的最大支护力累加得到的，计算没有做到贴近实际数值，也没有对被加固岩体进行分析。但是在实际运行中，组合拱理论数据还是值得参考的。

1.4 最大水应力理论

最大水应力有以下特点：当巷道与最大水平应力呈平行状态时，极少受水平应力的作用，底板和顶部有着很好的稳定性；两者呈锐角时，底板与顶部发生变形，其变形产生的破坏方向指向巷道；两者垂直时，底板与顶部极其不稳定。锚杆最大水平应力如图1所示。

2 锚杆支护机理理论问题分析

2.1 锚杆的实效性

锚杆杆体在力学上被归类为杆件，其长度方向尺寸最大。杆体主要提供抗拉、抗剪作用，且抗弯、抗压能力小。

2.2 判定锚杆支护作用机理

锚杆支护机理之所以没有确定的理论，主要是因为围岩状态不确定。围岩松动圈支护理论是依照厚度值的大小来确定锚杆支护机理的。当围岩为弹性状态时，可以达到自稳的状态，不需要进行支护；当围岩圈处在松动圈状态下，最佳选择方案为悬吊理论，并且由该理论提供的锚杆支护参数最为合理；当松动厚度达到1.5 m时，围岩呈现软岩支护形态，适合选用组合拱理论，通过锚杆应力，可以对松动后的围岩进行强行恢复，然后进行支护工作。悬吊理论同样适用于大松动圈围岩的情况，但是，悬吊理论不能为大松动圈提供切实可行的参数支持。因此，锚杆支护还无法仅用一种理论提供全面的理论支持。在进行支护前，要实地考察研究，根据围岩实际状态，选择最合适的理论。

3 结束语

到目前为止，锚杆支护理论并没有一个确定的学术结论。本文提到的集中锚杆支护机理都是建立在科学、合理的假说之上，并结合实际数据以及计算，总结得到的理论。以上理论都属于主动支护，它们的适用范围各不相同，所研究的锚杆支护作用机理侧重点也不同。在矿井开采中，需要根据实际情况，选择合适的理论作为其技术支撑，这样可以规避集中应力，节约成本。但是，在实际情况中，如果原岩应力高出实际应力2.5倍时，就要采取被动支护方式；如果原岩应力只比实际应力大一点时，可以适当增加锚索支护。

锚杆支护作用理论在国内外都受到较高的认可，目前已被广泛应用，促进了矿井的科学、可持续发展。

参考文献

[1]何满朝.中国煤矿锚杆支护理论与实践[M].北京：科学出版社，2012.

〔编辑：刘晓芳〕

摘 要：锚杆支护作用理论是相互补充的综合作用，并不是独立于其他理论而存在的。锚杆支护作用对不同的地质条件是由不同的支护机理起主导作用的。在矿井实际应用中，进行锚杆支护要先考虑到应力场情况，并在现场拉拔试验中采取科学、合理的支护方案，这样才能确保安全生产。

关键词：锚杆支护；理论；原岩应力；围岩状态

中图分类号：TD353+.6 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）11-0035-02

关于锚杆支护作用机理，目前在学术领域中有很多种观点，比如组合梁作用、悬吊作用、加固作用等都是得到广泛认可并且有坚实理论支撑的观点。围岩状态和利用锚杆杆体受力是受到较多认可的理论依据，利用这些依据可以合理解释锚杆支护的作用机理。因此，如果要判定上述几种经典理论，那么首先要对锚杆受拉力和围岩状态这两个前提进行客观的分析。以下对几种应用较为广泛的理论作简要的分析。

1 重点理论分析

1.1 悬吊理论

悬吊理论是于1952—1962年提出的，该理论认为锚杆的作用就是将直接顶板悬吊在坚硬岩层上。这一理论出现较早，只有在满足特定的前提条件下才能发挥其作用。

如果要在坚硬岩层上进行锚杆的固定，需要避开围岩有较大范围的破碎区，顶板中没有坚硬、稳定的岩层，顶板有较厚的软弱岩层等这些情况。

如果在锚杆支护时选用悬吊理论，那么需要事先关注几个重要参数，即锚固力、锚杆长度、原岩容重和拉拔强度。

实践证明，即使巷道未提供稳固岩层这一条件，锚杆也可以进行支护工作。比如对全煤巷道来说，在煤层中固定锚杆进行支护也可以达到支护的效果。这个例子同时也说明悬挂理论存在一定的局限性。

1.2 组合梁理论

组合梁理论即存在无悬吊理论或有悬吊理论的条件下，顶板锚杆的作用。组合梁理论体现在各个岩层之间解除的压力可以通过锚杆的锚固力来提供。同时，岩层与岩层之间的抗剪刚度会得到增加，使岩层间不易发生水平错动现象。对机构岩层，可以通过这个作用锚固为一个整体的组合岩梁。在实际生产过程中，组合梁理论也可以解释为加密锚固，可以保持原岩的稳定性，即利用原岩应力和强度适当的金属网相互作用，适用于破碎岩层。对一些特殊情况，比如，经长时间使用的巷道工作面、易风化岩层等，这些都可以采用联合喷砼支护的解决方法。

此观点在提出时相当具有影响力，但在实际工程运用中，极少选用这一观点进行理论指导，资料也较少。该理论的缺陷在于组合梁难以计算其承载系数，并且很难确定锚杆在组合梁承载当中的作用。此外，组合梁理论无法处理梁的抗弯强度问题。

1.3 组合拱理论

对锚杆支护的作用机理，组合拱理论给予其很好的诠释，但是组合拱理论忽略了围岩支护的相互作用。在具体分析时，复合支护结构的整体最大支护力是由各个支护结构的最大支护力累加得到的，计算没有做到贴近实际数值，也没有对被加固岩体进行分析。但是在实际运行中，组合拱理论数据还是值得参考的。

1.4 最大水应力理论

最大水应力有以下特点：当巷道与最大水平应力呈平行状态时，极少受水平应力的作用，底板和顶部有着很好的稳定性；两者呈锐角时，底板与顶部发生变形，其变形产生的破坏方向指向巷道；两者垂直时，底板与顶部极其不稳定。锚杆最大水平应力如图1所示。

2 锚杆支护机理理论问题分析

2.1 锚杆的实效性

锚杆杆体在力学上被归类为杆件，其长度方向尺寸最大。杆体主要提供抗拉、抗剪作用，且抗弯、抗压能力小。

2.2 判定锚杆支护作用机理

锚杆支护机理之所以没有确定的理论，主要是因为围岩状态不确定。围岩松动圈支护理论是依照厚度值的大小来确定锚杆支护机理的。当围岩为弹性状态时，可以达到自稳的状态，不需要进行支护；当围岩圈处在松动圈状态下，最佳选择方案为悬吊理论，并且由该理论提供的锚杆支护参数最为合理；当松动厚度达到1.5 m时，围岩呈现软岩支护形态，适合选用组合拱理论，通过锚杆应力，可以对松动后的围岩进行强行恢复，然后进行支护工作。悬吊理论同样适用于大松动圈围岩的情况，但是，悬吊理论不能为大松动圈提供切实可行的参数支持。因此，锚杆支护还无法仅用一种理论提供全面的理论支持。在进行支护前，要实地考察研究，根据围岩实际状态，选择最合适的理论。

3 结束语

到目前为止，锚杆支护理论并没有一个确定的学术结论。本文提到的集中锚杆支护机理都是建立在科学、合理的假说之上，并结合实际数据以及计算，总结得到的理论。以上理论都属于主动支护，它们的适用范围各不相同，所研究的锚杆支护作用机理侧重点也不同。在矿井开采中，需要根据实际情况，选择合适的理论作为其技术支撑，这样可以规避集中应力，节约成本。但是，在实际情况中，如果原岩应力高出实际应力2.5倍时，就要采取被动支护方式；如果原岩应力只比实际应力大一点时，可以适当增加锚索支护。

锚杆支护作用理论在国内外都受到较高的认可，目前已被广泛应用，促进了矿井的科学、可持续发展。

参考文献

[1]何满朝.中国煤矿锚杆支护理论与实践[M].北京：科学出版社，2012.

〔编辑：刘晓芳〕

摘 要：锚杆支护作用理论是相互补充的综合作用，并不是独立于其他理论而存在的。锚杆支护作用对不同的地质条件是由不同的支护机理起主导作用的。在矿井实际应用中，进行锚杆支护要先考虑到应力场情况，并在现场拉拔试验中采取科学、合理的支护方案，这样才能确保安全生产。

关键词：锚杆支护；理论；原岩应力；围岩状态

中图分类号：TD353+.6 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）11-0035-02

关于锚杆支护作用机理，目前在学术领域中有很多种观点，比如组合梁作用、悬吊作用、加固作用等都是得到广泛认可并且有坚实理论支撑的观点。围岩状态和利用锚杆杆体受力是受到较多认可的理论依据，利用这些依据可以合理解释锚杆支护的作用机理。因此，如果要判定上述几种经典理论，那么首先要对锚杆受拉力和围岩状态这两个前提进行客观的分析。以下对几种应用较为广泛的理论作简要的分析。

1 重点理论分析

1.1 悬吊理论

悬吊理论是于1952—1962年提出的，该理论认为锚杆的作用就是将直接顶板悬吊在坚硬岩层上。这一理论出现较早，只有在满足特定的前提条件下才能发挥其作用。

如果要在坚硬岩层上进行锚杆的固定，需要避开围岩有较大范围的破碎区，顶板中没有坚硬、稳定的岩层，顶板有较厚的软弱岩层等这些情况。

如果在锚杆支护时选用悬吊理论，那么需要事先关注几个重要参数，即锚固力、锚杆长度、原岩容重和拉拔强度。

实践证明，即使巷道未提供稳固岩层这一条件，锚杆也可以进行支护工作。比如对全煤巷道来说，在煤层中固定锚杆进行支护也可以达到支护的效果。这个例子同时也说明悬挂理论存在一定的局限性。

1.2 组合梁理论

组合梁理论即存在无悬吊理论或有悬吊理论的条件下，顶板锚杆的作用。组合梁理论体现在各个岩层之间解除的压力可以通过锚杆的锚固力来提供。同时，岩层与岩层之间的抗剪刚度会得到增加，使岩层间不易发生水平错动现象。对机构岩层，可以通过这个作用锚固为一个整体的组合岩梁。在实际生产过程中，组合梁理论也可以解释为加密锚固，可以保持原岩的稳定性，即利用原岩应力和强度适当的金属网相互作用，适用于破碎岩层。对一些特殊情况，比如，经长时间使用的巷道工作面、易风化岩层等，这些都可以采用联合喷砼支护的解决方法。

此观点在提出时相当具有影响力，但在实际工程运用中，极少选用这一观点进行理论指导，资料也较少。该理论的缺陷在于组合梁难以计算其承载系数，并且很难确定锚杆在组合梁承载当中的作用。此外，组合梁理论无法处理梁的抗弯强度问题。

1.3 组合拱理论

对锚杆支护的作用机理，组合拱理论给予其很好的诠释，但是组合拱理论忽略了围岩支护的相互作用。在具体分析时，复合支护结构的整体最大支护力是由各个支护结构的最大支护力累加得到的，计算没有做到贴近实际数值，也没有对被加固岩体进行分析。但是在实际运行中，组合拱理论数据还是值得参考的。

1.4 最大水应力理论

最大水应力有以下特点：当巷道与最大水平应力呈平行状态时，极少受水平应力的作用，底板和顶部有着很好的稳定性；两者呈锐角时，底板与顶部发生变形，其变形产生的破坏方向指向巷道；两者垂直时，底板与顶部极其不稳定。锚杆最大水平应力如图1所示。

2 锚杆支护机理理论问题分析

2.1 锚杆的实效性

锚杆杆体在力学上被归类为杆件，其长度方向尺寸最大。杆体主要提供抗拉、抗剪作用，且抗弯、抗压能力小。

2.2 判定锚杆支护作用机理

锚杆支护机理之所以没有确定的理论，主要是因为围岩状态不确定。围岩松动圈支护理论是依照厚度值的大小来确定锚杆支护机理的。当围岩为弹性状态时，可以达到自稳的状态，不需要进行支护；当围岩圈处在松动圈状态下，最佳选择方案为悬吊理论，并且由该理论提供的锚杆支护参数最为合理；当松动厚度达到1.5 m时，围岩呈现软岩支护形态，适合选用组合拱理论，通过锚杆应力，可以对松动后的围岩进行强行恢复，然后进行支护工作。悬吊理论同样适用于大松动圈围岩的情况，但是，悬吊理论不能为大松动圈提供切实可行的参数支持。因此，锚杆支护还无法仅用一种理论提供全面的理论支持。在进行支护前，要实地考察研究，根据围岩实际状态，选择最合适的理论。

3 结束语

到目前为止，锚杆支护理论并没有一个确定的学术结论。本文提到的集中锚杆支护机理都是建立在科学、合理的假说之上，并结合实际数据以及计算，总结得到的理论。以上理论都属于主动支护，它们的适用范围各不相同，所研究的锚杆支护作用机理侧重点也不同。在矿井开采中，需要根据实际情况，选择合适的理论作为其技术支撑，这样可以规避集中应力，节约成本。但是，在实际情况中，如果原岩应力高出实际应力2.5倍时，就要采取被动支护方式；如果原岩应力只比实际应力大一点时，可以适当增加锚索支护。

锚杆支护作用理论在国内外都受到较高的认可，目前已被广泛应用，促进了矿井的科学、可持续发展。

参考文献

[1]何满朝.中国煤矿锚杆支护理论与实践[M].北京：科学出版社，2012.

〔编辑：刘晓芳〕