预应力在锚杆支护中的作用.pdf

第 3 2卷第 7期 2 0 0 7年 7月 煤 炭 学 报 J OURN AL O F C HI NA C OAL S OCI E T Y V0 1 ． 3 2 No ． 7 J u l y 2 0 0 7 文章编号 0 2 5 3 9 9 9 3 2 0 0 7 0 7 0 6 8 0 0 6 预应力在锚杆支护 中的作用 康红普 ， 姜铁明 ， 高富 强 1 ．煤炭科 学研 究总院 开采研究分院 ，北京1 0 0 0 1 3 ；2 ．晋城无烟煤矿业集团公司 技术 中心 ，山西 晋城0 4 8 0 0 6 摘要 在分析 目前复杂 困难条件下锚杆 支护存在 问题 的基础上，论述锚杆 支护系统刚度 ，特别 是预应力对支护效果的重要性．采用有 限差分数值计算软件分析 了不同预应力下锚杆、锚索产生 的应力场分布特征 ，以及钢带对锚杆预应 力扩散 的作用．提 出锚杆主动 支护 系数、强度利用 系 数、预应力长度系数、有效压应力区、预应力扩散系数、有效压应力区骨架网状结构及临界支护 刚度等概念．井下试验表 明，大幅度提 高锚杆预应力可显著减小巷道 围岩 变形 ，有效控制顶板 离 层；钢带在预应力支护系统中起非常重要的作用；锚杆预应力存在临界值，达到或超过临界值后 锚杆 支护可有效控制围岩变形与破坏． 关键词 预应力；锚杆 支护；支护刚度；应力场 中图分类号 T D 3 5 3 ． 6 文献标识码 A Effe c t o f p r e t e ns i o n KANG Ho n g - p u ， s t r e s s t o r o c k b o l t i ng J I AN G T i e mi n g ， G AO F u - q i a n g 1 、 C o a l Mi n i n g B r a n c h，C h i n a C o a l R e s e a r c h I n s t i t u t e ，B e r i n g 1 0 0 0 1 3，Chi na ；2 ． J i nch e n g A n t h r a c i t e C o a l Mi n i n g G r o p ． L t d ．，J i nch e n g 0 4 8 0 0 6 ，C h i na Abs t r a c t Ba s e d o n t h e a na l y s i s o n e x i s t i n g p r o b l e ms o f r o c k b o l t i n g f o r c o mp l i c a t e d a n d d i ffic u l t y r o a d wa y s，t h e i mp o r t a nc e o f r o c k b o l t i ng s t i f f n e s s ，e s p e c i a l y t h e p r e t e n s i o ne d s t r e s s t o b o l t i n g e f f e c t s wa s e x p o u n de d．Th e d i s t r i - b u t i o n f e a t u r e s o f t he s t r e s s fie l d s c a us e d b y t h e p r e t e n s i o ne d s t r e s s e s o f b o l t s a n d c a b l e s，a n d t h e e f f e c t s o f s t e e l s t r i p t o t h e b o l t p r e t e n s i o n e d s t r e s s d i f f u s i o n w e r e a n a l y z e d t h r o u g h fi n i t e d i f f e r e n c e n u me r i c a l mo d e l l i n g ．T h e n e w c o n c e pt s ，s uc h a s t he a c t i v e s u pp o rti n g c o e ffi c i e n t ，t h e c o e ffi c i e n t o f s t r e n g t h u t i l i z a t i o n，t h e c o e f f i c i e n t o f pr e t e n - s i o n e d b o l t l e n gth，t h e e f f e c t i v e c o mp r e s s i v e z o n e ，t h e c o e f f i c i e n t o f p r e t e n s i o n e d s t r e s s d i f f u s i o n，t h e f r a me wo r k a nd me s h s t r u c t u r e o f t h e e f f e c t i v e c o mp r e s s i v e z o n e，a n d t h e c r i t i c al s u p p o rti n g s t i f f ne s s we r e pu t f o r wa r d．Th e a n - d e r g r o un d t e s t s s ho w t h a t t h e d e f o r ma t i o n a n d r o o f d e l a mi n a t i o n o f r o a d wa y s u r r o un d i n g r o c k c a n b e e f f e c t i v e l y r e - d u c e d b y me a n s o f g r e a t i n c r e a s e o f t he b o l t p r e t e ns i o n e d s t r e s s，t h e s t e e l s t r i p p l a y s a n i mpo rta n t r o l e i n t h e r o c k b o l t i n g s y s t e m ，a n d t h e r e e x s i t s a c rit i c al v a l u e for p r e t e ns i o n e d s t r e s s，u p t o o r b e y o n d wh i c h t h e r o c k b o l t i n g c a n e ffe c t i v e l y c o n t r o l t he d e f o rm a t i o n a n d d a ma g e o f t h e s u rro u n di n g r o c k ． K e y wo r d spr e t e n s i o n e d s t r e s s ；r o c k b o l t i n g；s u p p o rti n g s t i f f n e s s ； s t r e s s fie l d s 锚杆支护技术已经得到大面积推广应用，成为煤矿巷道首选的、安全高效的主要支护方式．但是，随 着煤矿开采强度的大幅度增加，及矿井向深度及广度发展，出现了千米深井高地应力巷道、极破碎围岩巷 道、特大断面巷道 、受强烈采动影响的巷道及沿空留巷等复杂 困难巷道 ，对巷道支护技术提出了更高、更 苛刻的要求．部分矿区的锚杆支护巷道围岩变形强烈，支护效果较差，巷道安全得不到保证．具体表现 为① 锚杆预应力小，预应力扩散效果差，支护刚度低，致使锚杆主动支护作用不能充分发挥，不能有 收稿 日期 2 0 0 7 0 5 2 4 责任编辑 柴海涛 作者简介康红普 1 9 6 5一 ，男，山西五台人，研究员，博士生导师．T e l 0 1 0- 8 4 2 6 3 1 2 5 ，E m a i l k a n g h p 1 6 3 ． c o n 维普资讯 第 7期 康红普等预应力在锚杆支护中的作用 6 8 1 效控制围岩离层与破坏；② 不同程度地出现锚杆被拉断、剪断和弯曲断裂的现象，表明锚杆强度偏低， 锚杆螺纹加工精度低，锚杆受力状态不佳；③ 锚杆虽然实现了加长与全长锚固，但只有锚杆自由段施加 预应力，不能实现全长预应力锚固，影响锚杆支护效果；④ 组合构件强度、刚度、护表面积不够，出现 被拉断 、剪断、压穿等现象． 为了解决上述支护问题 ，开发出高预应力 、强力锚杆支护系统 ，并在井下得到成功应用 ，大幅度减少 了巷道围岩变形与破坏，巷道支护状况发生了本质改变．同时，实现了高强度、高刚度、高可靠性与低支 护密度的 “ 三高一低” 的现代锚杆 支护设计理念．本文主要探讨预应力在锚杆支护 中的重要作用． 1 锚杆支护系统刚度与预应力的重要性 理论分析、数值模拟与井下试验研究成果表明 ，提高锚杆支护系统的刚度非常重要．主要技术途径有 2 个方面 ① 给锚杆施加较大的预应力，并通过托板、钢带等构件实现预应力扩散；② 采用加长锚固或 全长锚固，能及时抑制离层与错动 的产生．特别是锚杆预应力在支护系统 中起决定性作用． 锚杆预应力涉及以下几个定义① 锚杆预紧力．在锚杆安装过程中，对锚杆杆体施加的轴向拉力 k N ；② 锚杆预紧力矩．在锚杆安装过程中，对锚杆螺母施加的力矩 N m ；③ 锚杆预应力．在锚杆 安装过程中，对锚杆杆体施加的轴向拉应力 M P a ．锚杆预应力等于锚杆预紧力与杆体横截面积的比值． 锚杆 索 预应力的重要性 ，在岩土加 固工程 中已经得 到广泛认 可与重视．在交通 、水利、水 电、 基坑及岩土边坡工程中，预应力锚杆 索和全长锚固锚杆相结合的加固方式最为普遍 l2 J ．如三峡永久 船闸边坡锚索的拉力值达 3 M N ；混凝土重力坝采用拉力值为2 ． 4 8 ． 0 M N的预应力锚索加固；基坑的数 值模拟表明，提高锚索预应力，可有效减小塑性区 ． 在 2 0世纪 7 0年代末 ，美国首次将涨壳式锚头与树脂锚 固剂联合使用 ，并采用减摩塑料垫圈实现 了锚 杆的高预应力． 目前 ，美 国矿 山巷 道的锚 杆预紧力一般为 1 0 0 k N，可达到锚杆 杆体屈服载荷 的 5 0 ％ ～ 7 5 ％．高预应力锚杆显著提高了顶板 的稳定性 ，大大降低 了 冒顶事故．美 国矿山之所 以取得如此支护效 果 ，源于 3个方 面的原 因① 从机理上认识到锚杆预应力 的重要作用 ；② 锚杆加工精度高 ，螺纹预紧 力矩与预紧力的转换 系数高；③ 采用性能优越 的锚杆施工机具 ，在锚杆安装过程 中能够实现高预应力． 受美国巷道锚杆支护设计理念的影响 ，我 国学者对锚杆预应力的作用也有一定的研究．郑雨天、朱浮 声的研究结果表明 J ，当锚杆预应力达 6 0～ 7 0 k N时，就可有效控制巷道顶板下沉．陈庆敏等提出基于水 平地应力的 “ 刚性”梁结构 ，认为当锚杆预应力达到一定程度时 ，可使锚杆长度范 围内和长度 以上的 顶板离层消除．张农等也对锚杆预应力的作用进行了研究 ．自1 9 9 6 年我国煤矿推广应用小孔径预应力 树脂锚 固锚索 以来 ，取得 良好支护效果 ．不仅 因为锚索锚 固深度大 ，更主要 的是锚索可 以施加较大的 预应力 ，抑制了围岩 的离层 、滑动等有害变形． 我国煤矿对锚杆预应力的认识还很不够．往往通过增加锚杆密度提高支护效果 ，导致锚杆支护密度过 大，支护系统的作用不能充分发挥 ，而且影响巷道施工速度．此外 ，国内现有锚杆螺纹加工精度低 、施工 机具扭矩小，不能实现高预应力也是一个重要原因．因此，有必要从理论上进一步深人研究高预应力支护 体系的作用机理，为支护设计提供可靠依据．同时应开发研制高预应力施工机具与高加工精度的锚杆材 料 ，使锚杆支护真正实现主动、及时支护 ，实现从低强度 、高强度到高刚度 、高预应力支护的跨越． 2 锚杆预应力产生的应力场分布 为了清晰地反映出锚杆预应力产生的应力场 ，在不考虑原岩应力场的条件下 ，采用有限差分数值模拟 软件 F L A C 。 。 分析了锚杆与锚索预应力引起的应力场分布特征与影响因素． 2 ． 1 锚杆预应力的作用 当锚杆预紧力为 2 0 k N时锚杆支护的应力场分布如 图 1 a 所示．锚杆尾部附近出现 了明显 的应力 集中现象，最大压应力达0 ． 0 7 M P a ．随着深入顶板远离锚杆尾部，压应力逐渐减小．至锚杆长度的 1 ／ 5 维普资讯 6 8 2 煤 炭 学 报 2 0 0 7 年第3 2 卷 处 ，压应力减小 到 0 ． 0 2 MP a ．在 锚杆长度一半 左右 的范 围 内形成 了应力值大 于 0 ． O 1 MP a的压应力 区，之上 为应力 很小 的近零 应力 区．在锚杆端部 出现 了拉 应力区 ， 但应力值很小．2 根锚杆之间有效 压应力 区小 ，而且 相 互独 立 ，没 有连成整体． 由于锚杆预 紧力低 ， 导致锚杆支 护产生 的应力 场应力 值小 ，形成 的有效压 应力 区范 围 小，孤立分布，没有连成 整体． 近零应力 区范 围大 ，锚 杆支 护在 近零应力 区几乎 没有加 固围岩的 作用． 一 一 图 1 不同锚杆预应力产生的应力场分布 F i g ． 1 S t r e s s fi e l d d i s t r i b u t i o n c a u s e d b y d i ff e r e n t p r e t e n s i o n e d f o r c e s o n r o c k b o l t s 当预紧力 为 1 0 0 k N时锚杆 支 护的应力场分布如图 1 b 所示．锚杆尾部 附近 出现了较大 的应力集 中现象 ，最大压应力达 0 ． 3 6 MP a ． 随着深入顶板远离锚杆尾部 ，压应力逐渐减小．至锚杆长度 的 1 ／ 5处 ，压应力减小到 0 ． 1 2 MP a ．在锚杆 长度一半左右的范围内形成 了应力值大于 0 ． 0 4 M P a的压应力 区，有效压应力 区范围明显扩大 ，近零应力 区大幅度缩小．在锚杆端部出现了拉应力 区，应力值很小．锚杆附近应力集 中明显 ，随着远离锚杆位置 ， 压应力逐渐减小．但是，即使到 2根锚杆中部，应力值仍达到 0 ． 0 4 M P a ．锚杆之间形成了连成一片的、 整体的有效压应力 区，近零应 力区基本消失 ，锚杆对锚杆之 间的 围岩起 到 有 效 的支 护 作 用．可 见 ，在 高 预 紧 力 条 件 下 ，锚 杆 支护 产 生 的应 力值 大，形成的有效压应力 区范围 广 ，几乎覆盖了整个顶板 ，锚 杆的主动支护作用得到充分发 挥． 2 ． 2钢带的作用 有无钢带的锚杆支护产生 的应力分布如图 2所示．从 图 中可得 出① 无钢带时，锚 杆形成的有效压应力 区无论 在 锚杆尾部还是 中部 ，都是彼 此 独立的．特别是在顶板表 面附 近 ，有效 压 应 力 区呈 圆形 分 无铜带 有钢带 图2 有无钢带锚杆预应力产生的应力场分布 F i g ． 2 S t r e s s fi e l d d i s t r i b u t i o n c a u s e d b y p r e t e n s i o n e d f o r c e s o n r o c k b o l t s w i t h a n d w i t h o u t s t e e l s t r i p 布，相互不连接，锚杆之间的压应力很小，预应力扩散范围小，锚杆不能有效支护锚杆之间的围岩．② 有钢带时，锚杆形成的有效压应力区在沿钢带长度方向上显著扩大．在顶板表面附近，有效压应力区呈椭 圆形分布 ，彼此相互连接 ，形成连续 的有效压应力带 ，预应力扩散范围大 ，锚杆能有效支护锚杆之 间的围 岩．③ 钢带实现了锚杆预应力的有效扩散，显著提高了对锚杆之间围岩的支护作用，支护系统的整体支 护效果明显改善． 维普资讯 第 7期 康红普等 预应力在锚杆支护中的作用 6 8 3 2 ． 3 锚索预应 力产 生的应力场 分析 了不同锚索预紧力产生的应力场．图 3 a 是锚索预紧力为 2 0 0 k N时的应力场分布．分析结果 表明① 施加一定预紧力 后 ，在 锚 索尾 部 附 近 出 现 了明显 的压 应 力 集 中；在 锚 固起 始端 下 部 ，也 出 现 较 大 的压应 力 ，其 上 部 出 现 了 明显 的拉 应 力 区．锚 索自由段中部分布有一定 数值的压应力．② 当锚索 预 紧力 较小 时 ，锚 索尾 部 附近出现 的压 应力值较小 ， 锚索 中部压 应 力 更小．有 效压应 力区小 ，分 布孤立． 近零 应 力 区面 积 大 ，在这 些区域锚 索 预应 力 的作 用 很小．在 2根锚索之间，有 效压 应 力 区没 有 连接 ，彼 此孤 立．锚 索 对 锚 索 之 间 的围岩 没有 支 护作 用．③ a b 图3 锚索、锚杆与锚索预应力产生的应力场分布 F i g ． 3 S t r e s s fi e l d d i s t r i b u t i o n c a u s e d b y p r e t e n s i o n e d f o r c e s o n c a b l e s a n d b o l t s c o mb i n e d wi t h c a bl e s 当锚索预紧力较大时 2 0 0 k N ，锚索尾部附近出现的压应力值较大 0 ． 5 M P a ，虽然随着远离锚索尾 部，压应力不断减小，但在锚索中部也达到0 ． 0 4 M P a ，在锚索自由段长度范围内，形成了相互连接成一 片的、叠加的有效压应力区，在这些区域锚索预应力的作用很 明显．在 2根锚索之间 ，有效压应力区有所 重叠 ，对锚索之间的围岩有较 明显 的主动支护作用． 2 ． 4 锚杆与锚索联合支护的应力场 图3 b 是锚杆与锚索联合支护时的应力场分布．从图中可得 出① 由于锚杆 与锚索的联合支护作 用，显著提高了锚杆锚固区内的压应力值，即使在锚杆端部，也出现了0 ． 0 3 M P a 的压应力．有效压应力 区覆盖了锚杆锚固区 内和锚索 自由段长度范 围内的大部分 区域 ，连接 、叠加成 一个 范围很大 的主动支护 区．② 由于锚索具有较大的预紧力 2 0 0 k N ，使得锚杆端部的拉应力区消失，转换成有一定压应力值的 压缩区．③ 在锚杆与锚索之间 ，有效压应力区相互连接、重叠 ，形成 以锚索为骨架、锚杆为连续带 的骨 架网状结构 ，对锚杆、锚索之问围岩的主动支护作用非常明显． 3 预应力锚杆支护新概念的提出 1 锚杆主动 支护 系数锚杆主 动支护系数 k 为锚杆预应力 。 与杆 体屈 服强 度 的 比值，即 k 。／ o - 。 ， 根据主动支护系数 k ，对预 应力锚杆支护系统进行初步划分见 ， 结果表 1 ． 2 锚杆强度利用系数锚杆最 大强度利用系数 k 为锚杆工作状态 表 1 锚杆主动 支护性与预应力分 类 Tab l e 1 The a c t i ve s uppo r t i ng c ha r ac t e r s a nd pr e t e n s i o ne d s t r e s s c l a s s i fic ation f or r o ck bo l t s 维普资讯 煤 炭 学 报 2 0 0 7 年第3 2 卷 的最大轴向拉力 P与杆体拉断载荷 P 的比值．，即k 。P ／ P ．对于轴向拉力沿长度方向分布不均匀的锚 杆，可用下式计算锚杆强度平均利用系数，即 式中，P 为锚杆工作状态下沿长度方向轴力分布 ，k N；Z 为锚杆有效长度 ，m． 根据强度利用系数 k ，对锚杆强度的利用率进行初步划分，当后 0 0 ． 2时，强度利用率为极低； 当k 0 ． 2 0～ 0 ． 4 0时强度利用率为低；当 k 0 ． 4 0～ 0 ． 6 0时，强度利用率为中等；当k 。 0 ． 6 0～ 0 ． 8 0 时，强度利用率为高；当k 。 0 ． 8 时，强度利用率为极高． 3 锚杆预应力长度 系数锚杆预应力长度系数 k 为 锚杆施加预应力长度 Z 。 与锚杆杆体全长 Z 的 比值 ，即 k zl p ／ 1 ． 对于端部锚固预应力锚杆 ，k 较大 ；对 于加长锚 固锚杆 ，k 中等；对 于全 长锚 固锚杆 先锚固后施 加预应力 ，k 很小．因此 ，对于加长锚固与全长锚 固，应先施加预应力后锚 固，实现全长预应力锚固． 4 有效压应力区及其重叠锚杆预应力扩散到围岩中，形成一定数值的压应力，能够有效抑制拉应 力出现的区域．有效压应力区中压力越大 ，范围越广 ，支护效果越好 ． 在锚杆群支护中，相邻锚杆预应力形成有效压应力区相互重叠．只有有效压应力区重叠 ，才能将单根 锚杆的作用联成整体，有效控制锚杆之间围岩的变形与破坏，提高支护系统的整体支护作用． 5 预应 力扩散 系数预应力扩散系数为锚杆预应力在围岩 中形成 的有效压应力区宽度 Z 与锚杆长 度的比值，即k l d ／ 1 ． 预应力扩散系数与锚杆预应力、长度、组合构件、围岩性质、结构面分布等因素 有关．预应力扩散系数越大 ，支护效果越好．在预应力支护系统中，钢带的作用有时比锚杆本身更重要． 6 有效压应力区骨架网状结构在预应力锚杆与锚索联合支护系统中，锚杆与锚索之间有效压应力 区相互连接、重叠 ，形成的锚索为骨架 、锚杆为连续带的网状结构．该结构的形成充分发挥 了锚杆与锚索 的支护作用 ，显著提高了预应力锚杆与锚索联合支护系统的整体支护效果． 7 临界支护刚度临界支护刚度是使锚固区不产生明显离层和拉应力区所需要支护系统提供的刚 度．支护系统的刚度小于临界支护刚度，围岩将长期处于变形与不稳定状态；相反，支护系统的刚度达到 或超过临界支护刚度 ，围岩变形得到有效抑制 ，巷道处于长期稳定状态． 支护刚度的关键影响因素是锚杆预应力 ，因此提出锚杆临界预应力的概念．临界预应力是使锚固区不 产生明显离层和拉应力区所需要的预应力值．井下实测数据表明 ，当锚杆预应力达到一定数值后 ，完全可 以有效控制离层 ，而且锚杆受力变化不大．因此 ，可将锚杆受力变化不大时的预应力值作为临界值． 4 预应力锚杆支护系统的井下应用 高预应力、强力锚杆支护系统开发出后 ，在新汶、潞安 、晋城等矿 区井下得到成功应用 ，巷道支 护状况发生本质变化 ，并发现以下现象． 1 预应力对锚杆支护控制 围岩变形的能力起决定性作用 大幅度提高锚杆预应力可显著减小巷道 围 岩变形 ，有效控制顶板离层．新汶协庄矿 1 2 0 2 E运输巷 ，埋深 1 1 5 01 2 0 0 m，最大水 平主应 力达 3 5 4 0 M P a ．巷道采用低强度、低预紧力 1 5～ 3 0 k N 的锚杆支护，两帮位移量达 7 7 9 m m，顶底板移近量 达9 3 0 m m， 顶板离层 8 0 m m，部分锚索及锚杆被拉断，钢带被撕裂，顶板下沉和破坏严重；采用高预紧 力 8 0～1 0 0 k N 强力锚杆支护 ，巷道两帮位移量 为 1 7 3 m m，顶底 板移 近量 为 2 8 1 mm，顶板离层仅为 4 m m，分别为前者的 2 2 ． 2 ％ ，3 0 ． 2 ％ ，5 ． 0 ％．巷道 围岩稳定 ，顶板非常完整 ，围岩变形量大幅度降低． 2 钢带在预应力支护系统中的作用非常重要在井下试验过程中，对不同类型、规格的组合构件的 支护效果进行了比较．钢筋托梁由于强度低、刚度低 、护表面积小 ，与围岩表面为线接触 ，预应力扩散效 果差 ，与高预应力锚杆支护性能不匹配 ，因而支护效果差． w钢带具有良好的支护性能， 但不同尺寸的钢带支护效果也有明显差别．新汶矿区的应用结果表明， 维普资讯 第7期 康红普等 预应力在锚杆支护中的作用 6 8 5 对 于超千米深井巷道 ，在同样锚杆支护参数的条件下 ，采用厚 3 mm的 w 钢带围岩变形较大，顶板 比较破 碎 ，钢带易出现撕裂 与压穿等破坏现象 ；采用厚 5 m m 的 w 钢带后顶板变得非常完整 ，围岩变形明显减 小 ，钢带撕裂与压穿现象消失．晋城矿 区特大断面开切眼 4 0 i n 采用厚 5 m m 的 w 钢带配强力锚杆与 锚索支护 ，有效控制了围岩变形 ，顶板没有出现明显的离层现象． 3 预应 力锚杆支护存在 临界 支护刚度对不 同预紧力的锚杆受力监测数据分析 比较得出低预紧力 1 5～ 3 0 k N 锚杆安装后 ，受力增加很快 ；将预紧力增加到 4 0～ 5 0 k N，锚杆受力增加也 比较快 ，但 比低 预紧力锚杆小 ，围岩变形与顶板离层仍 比较大 ；而高预紧力 8 O～1 0 0 k N强力锚杆安装后受力变化不 大 ，有效控制 了围岩的扩容与离层．因此 ，锚杆支护的预应力存在临界值． 5 结 论 1 提高锚杆支护系统 的刚度对支护效果非常重要 ，锚杆预应力起决定性作用．给锚杆施加较大的预 应力 ，并通过托板 、钢带等构件实现预应力扩散是提高锚杆支护效果的有效途径． 2 锚杆预应力低 ，导致锚杆支护产生的应力场应力值小 ，形成的有效压应力区范围小 ，而且孤立分 布，没有连成整体；在高预应力条件下，锚杆产生的应力值大，形成的有效压应力区范围广，几乎覆盖了 整个顶板 ，锚杆的主动支护作用得到充分发挥． 3 钢带使锚杆形成的有效压应力区在沿钢带长度方向上显著扩大．在顶板表面附近形成呈椭圆形分 布 、彼此相互连接的有效压应力带．钢带实现了锚杆预应力 的有效扩散 ，显著提高了对锚杆之间围岩的支 护作用 ，支护系统的整体支护效果明显改善． 4 锚杆与锚索联合支护形成的有效压应力 区覆盖 了锚杆锚 固区内和锚索 自由段长度范围内的大部分 区域 ，连接 、叠加成一个范围很大的主动支护区，形成以锚索为骨架 、锚杆为连续带的骨架网状结构 ，对 锚杆、锚索之间围岩 的主动支护作用非常明显． 5 锚杆主动支护系数 、锚杆强度利用系数 、锚杆 预应力长度 系数 、有效压应力 区、预应力扩散系 数 、有效压应力区骨架网状结构及临界支护刚度等概念的提 出，深化 了对预应力锚杆支护机理 的认识． 6 提高锚杆预应力可显著减小巷道围岩变形 ，有效控制顶板离层 ；钢带在预应力支护 系统 中的作 用非常重要 ；锚杆预应力存在临界值 ，达到或超过临界值后锚杆支护可有效控制围岩变形与破坏． 参考文献 赵长海．预应力锚固技术 [ M] ．北京中国水利水电出版社，2 0 0 2 ． 程良奎，范景伦，韩军 ，等．岩土锚固 [ M] ．北京 中国建筑工业出版社 ，2 0 0 3 ． 贾金青，郑卫锋，陈 国周．预应力锚杆柔性支护技术的数值分析 [ J ] ．岩石力学与工程学报，2 0 0 5 ，2 4 2 1 3 9 7 8～3 98 2． S o n g G u o ， S t a n k u s J ．C o n t r o l m e c h a n i s m o f a t e n s i o n e d b o l t s y s t e m i n t h e l a m i n a t e d r o o f w i t h a l a r g e h o r i z o n t a l s t r e s s[ A] ． 1 6 I n t ．C o n f ．o n G r o u n d C o n o l i n M i n i n g[ C] ．Mo r g a n t o w n ， We s t V i r g i n i a ，1 9 9 7 ． 郑雨天，朱浮声．预应力锚杆体系 一锚杆支护技术发展的新阶段 [ J ] ．矿山压力与顶板管理，1 9 9 5 1 2～7 ． 陈庆敏，郭颂．基于高水平地应力的锚杆 “ 刚性”梁支护理论及其设计方法 [ J ] ．煤炭学报，2 0 0 1 ，2 6 S O 1 1 1～1 1 5． 张农 ，高明仕．煤巷高强预应力锚杆支护技术与应用 [ J ] ．中国矿业大学学报，2 0 0 4 ，3 3 5 5 2 4～ 5 2 7 ． 康红普．高强度锚杆支护技术的发展与应用 [ J ] ．煤炭科学技术，2 0 0 0，2 8 2 1 ～ 4 ． 康红普 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