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中国矿业大学学报990 30 1 中国矿业大学学报 JO U RNA L O F CH INA U NIVERSIT Y O F M I NING 2 . 位于岩体内，K 1. 6 ; 3. 位于煤体内， 受回采影响期间，K 0 . 93; 4. 一侧采空，受回采影响期间， K 0 . 46 ; 5. 一侧采空，受回采影响期间，K 0 . 35 f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 3/ 990 30 1. h t m （第 2 ／5 页）2 0 10 -3-2 3 15 57 31 中国矿业大学学报990 30 1 2 回采巷道周边和深部煤体的变形规律 采用锚杆支护的巷道，由于锚固力不同，变形量差别很大. 例如，围岩中等稳定、一侧采空的回 采巷道，在采用杆体直径为14，16 m m 的低阻力端锚锚杆或普通框式梯形支架时，巷道围岩累计位移 量通常要达到7 50 m m 左右. 巷道周边和煤体深处的位移规律如图2 所示，巷道围岩要经历掘巷应力集 中引起的位移、掘巷影响趋向稳定后的流变位移以及回采支承压力引起的位移等3个时期. 在采用杆 体直径为2 0 ，2 2 m m 的较高阻力的预应力全长树脂锚固锚杆时，巷道围岩累计位移量一般达30 0 m m ， 比低阻力端锚锚杆约降低6 0 ，岩体深处的位移量和破裂带宽度也相应减小. 图2 回采巷道周边和深部煤体位移规律 Fi g . 2 H o r i z o n t a l d i s p l a c e m e n t o f s u r r o u n d i n g r o c k b e s i d e a c o a l r o a d w a y 0 . 巷道周边；1～5. 距巷道周边分别为1, 2 , 3, 4, 5 m 3 巷道岩体变形损伤过程中锚固力的变化规律 锚杆锚固力是峰后围岩剪胀变形与锚杆相互作用的结果，随巷道围岩变形和损伤的发展，锚杆 锚固力呈现增长、稳定、衰减、以致丧失等过程［1，2 ］. 锚杆的杆体强度、锚固方式和护表构件对锚 固力的大小及其变化有重要影响. 3. 1 掘巷影响时期的锚固力 掘巷影响时期，巷道围岩表面首先位移，并逐渐向岩体深部扩展，如图2 示. 低阻力端锚锚杆岩 体的位移深度约为2 m ，巷道周边位移量约16 0 m m ，1. 5m 深处锚杆头部的位移量约为50 m m ，已超过 端锚锚杆开始失效的极限位移量. 如图3a 所示，端锚锚杆锚固力随围岩损伤变形经历了缓慢增阻和逐 渐衰减的过程. f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 3/ 990 30 1. h t m （第 3／5 页）2 0 10 -3-2 3 15 57 31 中国矿业大学学报990 30 1 a 低阻力端锚 b 高阻力全锚 图3 锚杆在围岩变形损伤过程中的工作特性 Fi g . 3 W o r k i n g c u r v e s o f p o i n t - a n d f u l l y -a n c h o r a g e d r o c k b o l t s 随着锚固体的碎胀，高阻力全长锚固锚杆与围岩的相互作用关系表现为锚杆的径向锚固力迅速 增长. 开始时，尾部杆体载荷首先增长，随围岩位移向深处扩展，锚杆头部载荷也迅速增长，杆体最 大轴力点由尾部转移到杆体中部 图4a . 在锚固体碎胀变形作用下，高阻力全长锚固锚杆增阻速度较 快 图3b ，通常可达1～2 k N/ m m ，比低阻力端锚锚杆增长3倍. 从而很快达到较高的径向锚固力，对锚 固岩体施加围压，使围岩自承能力显著提高，有效地控制了掘巷引起的围岩变形，其变形量一般为 低阻力端锚锚杆支护的1/ 2 ～1/ 3. a 锚固体碎胀时期 b 围岩流变时期 c 回采影响时期 图4 巷道围岩变形损伤过程中全锚锚杆锚固力的变化规律 1∶4大比例相似材料模拟试验 Fi g . 4 Ch a n g e i n r e s i s t a n c e o f a f u l l y -a n c h o r a g e d b o l t w i t h d e f o r m a t i o n o f r o c k s 3. 2 围岩流变时期的锚固力 掘巷影响趋向稳定后，围岩流变时期低阻力端锚锚杆的锚固力衰减，进入残余锚固力的工作状 态 图3a ，再无力控制围岩流变变形. 如图2 示，锚固体将继续产生较大位移，岩体碎胀变形继续向深 f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 3/ 990 30 1. h t m （第 4／5 页）2 0 10 -3-2 3 15 57 31 中国矿业大学学报990 30 1 处发展，巷道围岩趋向失稳. 掘巷时期锚固力较高且呈现良好状态的全锚锚杆，在掘巷影响趋向稳定后，锚杆最大轴力达到 峰值，通常接近杆体的屈服强度，锚杆载荷呈现波动状态 图4b . 全锚锚杆的实际锚固力达到90 k N 左右 图3b ，比低阻力端锚锚杆达2 ～3倍. 此时，锚固体内已经破裂的岩块互相挤压咬合，对深部岩 体起到挡固作用，抑制了围岩流变. 锚固体和岩体深处的碎胀变形都得到有效控制，巷道围岩流变速 度约为低阻力端锚锚杆支护的1/ 3. 3. 3 回采影响时期的锚固力 回采影响时期的巷道围岩变形急剧增长，并迅速向岩体深处扩展，锚固体不仅本身继续碎胀变 形，而且出现很大的整体位移. 此时，低阻力端锚锚杆大多失效或仅有残余锚固力，早已丧失支护围 岩大变形的能力. 现用的全锚锚杆支护体系的极限位移量通常为30 0 m m 左右，超过此值，锚杆的锁 紧作用明显丧失，表现为锚固力随围岩变形和锚固体损伤的加剧而开始下降 图4c ，多数锚杆锚固力 衰减 图3b ，进入残余锚固力的工作状态，部分锚杆开始失效. 所以采动影响强烈、围岩比较松软的 巷道，临近回采工作面时，有时还需采取架设临时加强支护的措施. 高阻力预应力全长锚固支护体系可使锚固岩层形成较牢固的承载体，约束深部岩体的位移和破 裂，较有效地控制采动巷道围岩的强烈变形，在软弱复合顶板、厚煤层顶板及沿采空区布置的回采 巷道中得到了有效应用［1］，这是扩大锚杆在大变形巷道中使用范围的主要技术途径. *高等学校博士科点专项科研基金资助项目（97 0 2 90 0 6 ） 作者简介 陆士良，男，192 9年生，教授，博士生导师 作者单位中国矿业大学采矿工程系 江苏徐州 2 2 10 0 8 参考文献 1 陆士良，汤 雷，杨新安. 锚杆锚固力与锚固技术. 北京煤炭工业出版社，1998 . 11 2 汤 雷，陆士良. 巷道围岩变形破坏过程中锚固力的变化规律. 岩土工程学报，1998 ，2 0 6 2 2 ～2 5 收稿日期1998 -0 9-13 f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 3/ 990 30 1. h t m （第 5／5 页）2 0 10 -3-2 3 15 57 31
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