悬吊作用原理:
锚杆支护通过锚杆将软弱、松动、不稳定的岩土体悬吊于稳定的岩土体中,以防止其离层滑落。这种作用在地下工程锚固工程中,表现尤为突出。起悬吊作用的锚杆,主要是提供足够拉力,用以克服滑落岩土体的重力或下滑力,来维持工程稳定。
组合梁作用原理:
这种原理是把薄层状岩体看成一种梁(简支梁),在没有锚固前,它们只是简单地叠合在一起。由于层间抗剪力不足,在荷载作用下,单个梁均产生各自的弯曲变形,上下缘分别处于受压合受拉状态。锚杆支护后,相当于用螺栓将它们紧固成组合梁,各层板便相互挤压层间摩擦阻力大为增加,内应力和绕度大为减少,于是增加了组合梁的抗弯强度。
挤压加固作用原理:
兰格通过光弹试验证实了锚杆的挤压加固作用,当在弹性体上安装具有预应力的锚杆时,发现弹性体内形成以锚杆两头为定点的锥形压缩带,若将锚杆以适当的间距排列,使相邻锚杆的锥形体压缩区相互重叠,便形成了一定厚度的连续压缩带。
围岩强度强化理论:
通过实验室相似材料模拟试验和理论分析,深化了锚杆支护的作用原理:可认为锚杆支护作用实质就是改善锚固区岩体力学参数,强化锚固区围岩强度,特别是强化围岩破裂后的强度,从而保持地下工程的围岩稳定。
锚杆支护的优点:
(1)锚杆支护的成本较低
和传统支护技术相比较,锚杆支护有效地减少了巷道支护材料的投入和运输,降低了支护的材料成本。由于锚杆支护深入围岩岩体,无须占用巷道断面,因此巷道支护初期。在设计上可直接减小巷道断面面积,节省了巷道掘进成本。锚杆支护稳定性好,可以有效地减少巷道的维修养护量,从而降低巷道的维护费用。
(2)锚杆支护作用迅速
与传统支护方式相比,锚杆支护使用的材料少而且质量小,在掘进过程中大大加快了相关材料的运输速度,提高了掘进效率。在回采作业中,降低了井下工人的劳动强度,减少了工作面的作业流程,显著提高了井下作业效率。锚杆支护施工工序简便,能够在掘进面掘进后立刻施工,有利于在快速掘进中实现围岩支护的机械化作业。
(3)支护效果
通过对锚杆支护机理的分析,得到锚杆支护技术完全符合岩石力学理论和围岩控制论,是主动支护形式。锚杆支护是利用围岩里面的坚硬结构对外部岩体实施加固,充分利用围岩自身的支撑能力组成相对稳定的支撑结构,有效提高了巷道围岩的稳定性,简化了对巷道支护的维护。