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荣华项目结题报告材料

编号：

鸡西矿业集团

荣华立井项目结题报告

项目名称：

深部高应力软岩巷道复合支护技术研究

项目编号：

项目承担单位：

科技学院

填报日期：

2007年9月21日

省科技厅印制

二〇〇七年九月

1课题研究的目的与意义1

2课题研究的主要目标1

3课题研究方式和主要阶段1

4课题研究取得主要成果3

4.1理论研究3

4.1.1软岩巷道支护理论3

4.1.1.1软岩巷道变形破坏的特点3

4.1.1.2软岩巷道支护的主要问题3

4.1.1.3软岩巷道支护理论4

4.1.2软岩巷道支护对策7

4.1.2.1软岩巷道支护对策7

4.1.2.2锚网索喷联合支护承载机理分析7

4.1.2.3软岩巷道支护设计方法13

4.2现场及实验研究14

4.2.1岩石力学实验分析14

4.2.1.1岩石单向抗拉实验14

4.2.1.2岩石单轴抗压实验15

4.2.1.3试验结论19

4.2.2变形监测分析19

4.2.2.1监测区域简介19

4.2.2.2变形规律及存在问题20

4.2.3软岩性质分析23

4.2.3.1X射线衍射分析24

4.2.3.2SEM扫描电镜分析29

4.2.4数值模拟分析37

4.2.4.1模型建立37

4.2.4.2设计方案40

4.2.4.3模拟结果42

4.3方案设计54

4.3.1支护参数选择54

4.3.2支护工艺58

4.3.3材料消耗58

4.3.4施工要求59

5结论60

1课题研究的目的与意义

由于我国煤炭赋存条件复杂，绝大多数矿井采用井工开采。

巷道作为煤矿井下生产的脉络，每年巷道掘进和维护达千万米，保持其畅通和完好状态对改善井下的劳动条件和作业环境，以及防止巷道顶板事故，保证矿井正常生产和安全生产具有重要意义。

锚杆支护作为一种新的巷道支护方式，由于具有支护效果好、支护成本低等特点，而受到世界主要产煤国家的普遍重视，代表了煤矿巷道支护技术的主要发展方向。

一些主要产煤国家，如美国、澳大利亚及英国等，锚杆支护已成为主要的支护方式。

美国一直采用锚杆支护巷道，锚杆消耗量很大。

锚杆种类也比较多，有涨壳式锚杆，树脂锚杆，复合锚杆。

组合件有钢带和桁架。

具体应用时，根据岩层条件选择不同的支护方式和参数。

澳大利亚锚杆支护技术已经形成比较完整的体系，处于国际领先水平。

澳大利亚的煤矿巷道几乎全部采用W钢带树脂全长锚固组合锚杆支护技术，尽管其巷道断面比较大，但支护效果非常好。

对于复合顶板、破碎顶板，以及巷道交叉点、大断面硐室等难维护的条件，还采用锚索注浆进行补强加固，控制了围岩的强烈变形。

英国煤矿通过采用这项技术取得了显著效益。

国外在认识到锚杆支护许多优点的同时，也发现了它的一个固有的缺点，即锚杆支护巷道，顶板破坏失稳一般没有明显的预兆，一旦发生冒顶往往是突发性的，且多数情况下规模比较大，因而危害严重。

这一问题的存在使得对锚杆系统及其与之配套的锚杆支护设计的准确性、可靠性的要求比传统的支护方式高得多。

因此，国外在发展巷道锚杆支护时，非常注重锚杆系统及其支护设计方法的研究，而我国在一个时期在这一方面的研究不够充分，造成了锚杆支护技术的发展水平落后于国外先进水平，从而影响了锚杆支护（特别是煤巷）的发展和应用。

目前对于能够实现一次性快速安装的左旋式螺纹钢锚杆系统的研究尚未见有关的文献和资料。

因此，在现有技术基础上进行研究、总结提高和完善，尽快研制与开发出新型锚杆系统，这对于提高巷道支护效果、降低支护成本、推动锚杆支护技术的发展，实现矿井高产高效具有重大的意义，从而将会为我国煤矿带来巨大的技术、经济效益。

2课题研究的主要目标

通过荣华立井-650米井底车场7#层石门穿层巷道、半煤岩段、全煤段典型巷道、典型硐室、荣华斜井10#C煤层巷道的支护工程设计与施工，借鉴国外同类工程施工经验，依据软岩大变形非线性理论和设计方法，结合鸡西荣华立井和荣华斜井采准巷道实际工程地质条件和现场施工条件，研究探索出一套科学、合理、可靠、有效的适合鸡西矿业集团荣华矿区相应地质和施工条件的软岩巷道及硐室的支护体系并推广使用。

完成鸡西矿业集团公司荣华立井-650米井底车场7#层石门穿层巷道、半煤岩段、全煤段典型巷道、主要硐室、荣华斜井10#C煤层巷道围岩的变形力学机制、支护设计与施工，各类巷道围岩变形破坏规律与控制等工作。

3课题研究方式和主要阶段

结合荣华矿区的地层条件和巷道支护技术条件，采用非线性大变形力学理论和软岩非线性支护设计方法并借鉴国外同类工程施工经验，确定鸡西矿业集团荣华立井-650米井底车场7#层石门穿层巷道、半煤岩段、全煤段典型巷道、典型硐室和荣华斜井10#C煤层巷道的合理支护方式。

承担如下工作：

甲方：

1、研究开发容：

按照乙方提出的荣华立井-650米井底车场7#层石门穿层巷道、半煤岩段、全煤段典型巷道、典型硐室和荣华斜井10#C煤层巷道的要求，采用非线性大变形力学理论和软岩非线性支护设计方法并借鉴国外同类工程施工经验，进行各类软岩巷道支护设计并协助乙方进行施工及现场测试工作。

2、研究开发期限：

2005年10月8日至2007年12月31日

3、研究开发地点：

鸡西矿业集团公司荣华矿区

乙方：

1、研究开发容：

通过荣华立井岩石段、半煤岩段、全煤段典型巷道、典型硐室和荣华斜井10#C煤层巷道的支护工程设计指导现场施工，并负责甲方工程技术人员现场位移、压力等监测的培训，分成四个阶段进行。

第一阶段：

荣华立井-650米井底车场7#层石门穿层巷道的支护设计与施工、荣华斜井10#C煤层巷道的支护设计与施工；

第二阶段：

井底车场典型硐室及采区硐室的支护设计与施工；

第三阶段：

下一步将要揭露的半煤岩段巷道的支护设计与施工；

第四阶段：

采区全煤段巷道的支护设计与施工。

具体研究容如下：

（1）荣华立井工程地质条件及岩层结构分析，确定合理的巷道设计断面形式；

（2）荣华立井岩体物理力学参数实验研究，包括物理参数、单轴及三轴抗压强度、抗拉强度等参数的实验研究；

（3）代表性煤岩层水理性质研究，包括岩石遇水的崩解实验、吸水软化特性等研究；

（4）代表性煤岩层的遇水膨胀性特性试验研究；

（5）代表性煤岩层X－射线衍射分析，包括煤岩石的微观矿物成份分析、各种矿物含量分析、膨胀岩石的微观膨胀机制研究等；

（6）代表性煤岩层微观扫描电镜分析，研究煤岩层的微观组构特征；

（7）荣华立井-650米井底车场7#层石门穿层巷道、井底车场典型硐室及采区硐室、半煤岩段巷道、荣华斜井10#C煤层巷道围岩变形的力学机制研究；

（8）岩石段穿层巷道、井底车场硐室及采区硐室、半煤岩段巷道、荣华斜井10#C煤层巷道围岩非线性大变形力学有限元分析和支护参数优化设计；

（9）荣华立井-650米井底车场7#层石门穿层巷道、荣华斜井10#C煤层巷道、井底车场典型硐室及采区硐室、半煤岩段巷道支护现场试验、巷道位移参数适时监测及巷道支护参数进一步优化；

（10）鸡西矿业集团荣华矿区相应地质和施工条件的软岩巷道及硐室的支护体系的总结与鉴定。

2、研究开发期限：

2005年10月8日至2007年12月31日

其中：

第一阶段荣华立井-650米井底车场7#层石门巷道支护参数设计、施工与观测，时间为2005年10月至2006年2月；

第二阶段半煤岩段巷道的支护参数设计与施工，时间为2006年5月至2006年8月；

第三阶段，硐室的支护设计与施工，时间为2006年9月至2006年12月；

第四阶段，采区全煤段巷道的支护设计与施工，时间为2007年8月至2007年12月。

4课题研究取得主要成果

4.1理论研究

4.1.1软岩巷道支护理论

4.1.1.1软岩巷道变形破坏的特点

软岩巷道的变形破坏特征不仅受围岩的力学性质影响，而且受软岩巷道所处的地应力环境和工程因素等影响。

一般情况下，软岩巷道破坏具有如下特征：

（1）变形破坏方式多

变形破坏方式一般有拱顶下沉、坍塌，片帮和底臌，软岩巷道表现出强烈的整体收敛和破坏，变形破坏形式既有结构面控制型，又有应力控制型，以应力控制型为主。

（2）变形量大

拱顶下沉大于100mm，有的高达500～1000mm，两帮挤入200～800mm，底臌强烈。

（3）变形速度高

软岩巷道初期收敛速度达到30mm/d，即使施工常规的锚喷支护以后，软岩巷道的收敛速度仍可达到20mm/d，而且其变形收敛速度降低缓慢。

（4）持续时间长

由于软岩具有强烈的流变性和低强度，软岩巷道掘进后，围岩的应力重分布持续时间长，软岩巷道变形破坏持续时间很长，往往长达1～2年。

（5）围岩破坏围大

由于软岩巷道中围岩的强度与地应力的比值很小，因此，软岩巷道围岩的破坏围大，特别是当支护不及时或不当时，围岩破坏区的围可达2.5倍洞径，甚至更大。

（6）各位置破坏不同

在软岩巷道周边不同部位，变形破坏程度不同，这反映了软岩巷道所处的地应力强度因方向而异，以及软岩具有强烈的各向异性。

变形破坏在方向上的差异性往往导致支护结构受力不均，支护结构中产生巨大的弯矩，这对支护结构稳定是非常不利的。

（7）来压快

软岩巷道变形收敛速度高，在很短时间，围岩即与支护结构接触，产生压力。

围岩与支护结构相互作用后，围岩的变形破坏并不立即停止，而是继续下去，这是因为软岩具有流变性，在围岩流变过程中，围岩的强度降低，因此，地压随时间而逐步增长。

4.1.1.2软岩巷道支护的主要问题

高应力软岩巷道支护问题，一直是矿业工程中的难点。

以往对高应力软岩巷道的控制问题，在理论认识和支护方法上存在一定问题，主要表现在以下几个方面：

（1）围岩变形破坏机理。

支护是一个过程，要使这一过程与围岩变形过程相协调，必须充分而深入地研究围岩的变形机理，只有在此基础上，才能选择适当的软岩的支护时机、支护形式以及确定合适的支护参数。

（2）支护对策。

高应力软岩巷道与一般软岩巷道变形破坏特征不同，应采取适应于高应力软岩的支护对策。

（3）支护参数。

支护参数选择是影响巷道稳定性的一个非常重要的因素。

以往对支护参数的选取基本上采用工程类比法。

当工程地质条件简单，此法基本满足要求。

当地质条件复杂，是不能满足要求的，再加上目前很少有高应力软岩巷道支护成功事例，无法进行工程类比。

4.1.1.3软岩巷道支护理论

4.1.1.3.1软岩巷道的支护原理

软岩巷道支护与硬岩巷道支护原理截然不同，这是由于它们的本构关系不同所决定的。

硬岩巷道支护原理不允许硬岩进入塑性，因进入塑性状态的硬岩将失去承载能力。

而软岩巷道的独特之处是，其巨大的塑性能量必须以某种形式释放出来。

假设巷道开挖后使围岩向临空区运动各种力（包括重力、水作用力、膨胀力、构造应力和工程偏应力等）的合力（如图4-1所示）：

式中：

－巷道开挖后使围岩向临空区运动的合力

―以变形的形式转化的工程力

―围岩的自承力

―工程支护力

可以看出，巷道开挖后引起的围岩向临空区运动的合力

并不是由工程支护力

全部承担，而是由三部分承担。

图4-1

合力示意图

首先由软岩的弹塑性能以变形的方式释放一部分，即

的一部分转化为岩体形变。

其次，

的另一部分由岩体自身承担。

如果岩体强度很高，

，则巷道可以自稳。

对于软岩，

较小，一般

，故巷道要稳定，必须进行工程支护，即加上

。

为求工程稳定，通常（

）值要大于（

）的值。

一个优化的巷道设计和支护设计应该同时满足三个条件：

；

；

。

但是，要使

，

就不能达到最大；要使

，

就不能达到最大。

要同时使两者都趋于最大，关键是选取变形能释放的时间和支护时间。

4.1.1.3.2最佳支护时间和最佳支护时段

软岩巷道开挖后，巷道围岩变形会明显增大。

按变形速度划分，可划分3个阶段：

减速变形阶段、近似线性的恒速变形阶段和加速变形阶段。

进入加速变形阶段时，岩体本身结构改组，产生新裂纹，强度大大降低。

显然加速变形阶段可以使

→Max，但却大大降低了

，这不满足优化原则。

解决此问题的关键是最佳支护时间概念的建立和最佳支护时段的确定。

最佳支护时间系指可以使（

）同时达到最大的支护时间，其意义如图4-2所示。

由图可知，最佳支护时间就是（PD+PR）-t曲线峰值点所对应的时间TS。

实践证明，该点与PD-t曲线和PR-t曲线的交点所对应的时间基本相同。

此时支护使PD在优化意义上充分的达到最大，同时又保护了围岩的强度，使其强度损失在优化意义上达到充分的小，亦即其本身自承力PR达到充分大。

最佳支护时间点的确定，在工程实践中很难掌握，所以提出了最佳支护时段的概念，最佳时段的意义如图4-3所示,图中所示的时段[TS1,TS2]即为最佳支护时段。

只要在图中所示的TS时间附近时段[TS1,TS2]进行永久支护，基本上可以使PD、PR同时达到优化意义上的最大。

此时也基本上满足：

（PD+PR）→Max，PS→Min。

最佳支护时间的物理意义：

巷道开挖以后，巷道围岩应力将重新分布，切向应力在巷壁附近发生高度集中，导致该区域的岩层屈服进入塑性工作状态，从而形成塑性区。

塑性区的出现，致使应力集中区从岩壁向纵深发展，当应力集中的强度超过围岩屈服强度时，就出现新的塑性区，如此逐步向纵深发展。

如果不采取适时有效的支护，临空塑性区将随变形的增大而出现松动破坏，即形成松动破坏区。

塑性区与松动破坏区不同，塑性区具有一定的承载能力，而松动破坏区已经完全失去承载能力。

塑性区分为稳定塑性区和非稳定塑性区。

出现松动破坏之前的最大塑性区围，称为稳定塑性区。

出现松动破坏区之后的塑性区为非稳定塑性区。

对应于稳定塑性区和非稳定塑性区的宏观围岩的径向变形分别为稳定变形和非稳定变形。

图4-2最佳支护时间TS的含义图4-3最佳支护时段的含义

塑性区的出现，对支护体来讲具有两个力学效应：

一是围岩中切向和径向应力降低，减小了作用在支护体上的荷载。

二是应力集中区向围岩深部转移，减小了应力集中的破坏作用。

对于高应力软岩巷道支护来讲，应允许其出现稳定塑性区，严格限制非塑性区的扩展，也就是要求选择最佳的支护时间，以便最大限度的发挥塑性区承载能力而不至于出现松动破坏。

所以，最佳支护时间的力学含义使最大限度的发挥塑性区的承载能力而不出现松动破坏时所对应的时间。

4.1.1.3.3软岩巷道工程支护原则

目前软岩巷道支护原则，诸如“先让后抗、先柔后刚、适当释放围岩周边位移、采用封闭型支护、提高围岩自承能力”等都是根据工程实践和经验总结出来的。

系统的阐述软岩巷道支护原则可以概括为四条：

（1）对症原则

软岩的多样性，决定支护对策的多样性。

只有正确的确定软岩的变形力学机制，找出造成软岩工程变形破坏的“原因”，才能通过“对症下药”支护措施，达到软岩工程与支护的稳定。

（2）过程原则

软岩巷道支护是一个过程，不能一蹴而就。

因为软岩工程的变形与破坏是具有复合型变形力学机制的“综合症”和“并发症”，要对软岩工程稳定性实行有效的控制，必须有一个由“复合型”向“单一型”的转化过程。

这一过程的完成是依靠一系列“对症下药”的支护措施来实现的。

（3）塑性圈原则

和硬岩工程支护的指导思想不同，软岩工程支护必须允许出现塑性圈。

硬岩工程支护是力求控制塑性区的产生，最大限度的发挥围岩的自承能力。

而软岩工程支护是力求有控制的产生一个合理的塑性圈，最大限度的释放围岩的变形能。

这是由于软岩的特性决定的。

对软岩巷道来讲，塑性圈的出现具有三个力学效应：

①大幅度降低变形能。

②减少了切向应力集中程度。

③改善了围岩的自承状态。

应力集中区向深部转移，而部围岩处于三向受力状态，承载能力较强。

塑性圈不应任意自由出现，必须从两个方面加以控制：

一是控制变形速率。

变形速率越慢，围岩在保持原有强度的前提下，允许变形量越大，释放的变形能就越大。

二是控制差异变形。

煤系地层中软弱夹层的发育具有普遍性，软弱夹层等结构面具有差异性变形的力学特点，必须加以控制，才能出现均匀的塑性圈，使支护承受均匀荷载。

（4）优化原则

一个优化的软岩工程支护，要同时满足3个条件：

一是充分的释放围岩变形能；二是充分的保护围岩的力学强度；三是使工程造价小且工程稳定性好。

高应力软岩巷道锚、网、索、喷耦合支护研究高应力软岩是一特殊类型的软岩，高应力软岩变形属于非线性变形问题，支护形式必须满足其变形要求。

由高水平应力软岩巷道变形破坏机理，知道其变形破坏的围岩环境及变形规律，支护应满足：

①巷道受力非各向同性。

②巷道非线性大变形。

③巷道变形时间持续性。

④巷道处于高的应力差和低的围压环境。

4.1.2软岩巷道支护对策

4.1.2.1软岩巷道支护对策

由以上分析可知,对于深部高应力软岩巷道,常规的支护方法和单一措施都不能满足工程的实际需要，必须根据其原因采取相应的支护对策：

（1）加强金属网的强度和刚度，或在局部薄弱环节，增加锚梁支护，以增强围岩表面约束能力,限制破碎区向纵深发展。

（2）适时进行二次支护且二次支护适当地增加锚杆、锚索的强度，如适当加长锚杆，增加托梁、钢带等，以保证初期支护具有一定的柔性，在巷道不失稳的前提下，允许围岩有较大的变形，让其充分地释放能量。

同时,支护体后期要有足够的强度和刚度来有效控制围岩与支护的过量变形。

（3）实现高应力软岩巷道厚壁支护。

一是采用全长锚固螺纹钢等强锚杆,增加围岩自承圈厚度，实现厚壁支护；二是进行锚索加固,由于锚索长度较大，能够深入到深部较稳定的岩层中，锚索对被加固岩体施加的预紧力高达200KN，限制围岩有害变形的发展,改善了围岩的受力状态，增加围岩自承圈厚度,实现厚壁支护；三是改变支护结构,在巷道的两底脚增加斜拉锚杆或巷道底板开挖成反底拱形，并锚喷（梁）支护，从而形成完整的、封闭的支护整体。

（4）减少围岩的破坏,增大围岩的强度,提高围岩自承能力。

一是推广光面爆破，减少围岩震动，控制围岩环向裂隙,尽量保持围岩的整体强度；二是尽量保持巷道周边的光滑平整,避免产生应力集中；三是采用膨胀材料充满锚杆孔，形成全长锚固。

4.1.2.2锚网索喷联合支护承载机理分析

软岩巷道支护方法，并不是单一的支护可以奏效的，也不是一次支护最终可以实现的，必须采用联合支护的方式。

由于全国各矿区软岩性质多种多样，井下地质条件及生产条件多变，加上施工习惯也不尽相同，因此，软岩巷道的支护形式也是多种多样的。

归纳起来，主要有下列几种形式：

锚喷支护（锚杆喷射混凝土支护）、锚网喷支护（锚杆、金属网、喷射混凝土支护）、锚网喷架支护（锚杆、金属网、钢架、喷射混凝土支护）、锚喷索支护（锚杆、喷射混凝土和锚索联合支护）、锚网索支护（锚杆、金属网和锚索联合支护）、锚梁网支护（锚杆、梁、金属网联合支护）、锚网架支护（锚杆、金属网、可缩性金属支架联合支护）、锚网桁架支护（锚杆、金属网、桁架支护）、锚梁网喷注浆联合支护、可缩性金属支架。

大量的工程实践证明，锚喷、锚网喷、锚网以及可缩性金属支架、锚索等都是软岩巷道有效的支护手段。

有时可单独使用，有时可相互配合使用。

4.1.2.2.1锚杆—围岩相互作用机理

巷道开挖后，围岩的受力状态发生改变。

不同部位的岩体，由于其受力状态不同，所表现出的出的强度特性也各不相同（如图4-4所示）。

对于巷道顶板和底板的A点和C点，处于受拉状态，而岩石的抗拉强度相对较低，因此极易发生破坏。

对于巷道帮部的B点，处于受压状态，因此其强度表现要比A点高。

围岩部的D点，仍处于三向状态，因此其强度表现相对最高。

打入锚杆后，由于锚杆与围岩的相互作用，使巷道的围岩受力状态发生了改变。

锚杆对围岩的加固作用机理比较复杂，主要表现在（如图4-5所示）：

图4-4巷道围岩受力分析

图4-5锚杆加固作用示意图

（1）锚杆与围岩粘结在一起，提高了岩体的整体刚度，增强了岩体的抗变形能力。

（2）由于锚杆的抗拉作用，当锚杆穿过破碎岩层深入稳定岩层时，对不稳定岩层起着悬吊作用。

（3）对于层状岩体，由于锚杆的作用，对岩层离层的作用起着一定的阻碍作用，并增大了层间的摩擦力，与锚杆本身的抗剪作用阻止层间的相对滑动，从而将各个岩层夹紧形成组合梁，提高了岩层的承载能力。

（4）由于锚杆的作用，改变了边界岩体的受力状态，使其由一维状态转化为三维受力状态，提高了岩体的承载能力。

在不同阶段，锚杆与围岩的相互作用有所不同。

早期阶段，锚杆的主要作用是控制顶板下部岩体的错动和离层失稳的发生。

在中期阶段，岩层产生了一定的变形，由于岩石的流变效应，随着时间的推移，岩层强度不断降低，当锚杆深入稳定岩层时，其悬吊作用处于主要地位，同时由于锚杆的径向和切向约束，阻止破坏区岩层扩容、离层和错动。

在后期阶段，围岩变形增大，锚杆受力增大，设计合理的情况下，只要锚杆不产生破坏，围压的稳定层仍在锚杆的控制围，仍可起悬吊作用，若稳定层上移，使锚杆完全处于破坏岩层，则锚杆和破坏岩体仍可形成承载圈，具有一定的承载能力。

锚杆支护的作用机理有悬吊作用、组合梁作用、加固拱作用、楔固作用等。

悬吊作用：

悬吊作用是指锚杆把将要冒落的软弱岩层或危岩悬吊于上部坚固稳定的岩体上，由锚杆来承担危岩或软弱岩层的重量，如图4－6（a），4－6（b）所示。

D

（a）圆形巷道锚杆悬吊作用（b）层状岩体顶板锚杆悬吊作用

图4-6锚杆作用简图

组合梁作用：

在层状岩层的巷道顶板中，通过锚入一系列的锚杆，将锚杆锚固长度以的薄层岩石组成岩石组合梁，从而提高其承载能力。

可以把平顶巷道的层状岩石顶板看作是以巷道两帮为支点的叠合梁。

在载荷作用下，各层岩石（板）都有各自的单独弯矩，每层岩石（板）的上下缘分别处在受压和受拉状态。

但用锚杆将各层岩石锚固在一起后，在载荷作用下，各层岩石之间基本上不会发生离层、错动，就如同一块板的弯曲一样，大大提高了组合梁的抗弯强度和承载能力，如图4-7所示。

图4-7顶板锚杆组合梁作用

加固拱作用：

对于被纵横交错的弱面所切割的块状或破裂状围岩，如果及时用锚杆加固，就能提高岩体结构弱面的抗剪强度，在围岩周边一定厚度的围形成一个不仅能维持自身稳定，而且能防止其上部围岩松动和变形的加固拱，从而保持巷道的稳定。

如图4-8所示。

图4-8锚杆加固拱原理

楔固作用：

锚杆的楔固作用是在围岩中存在一组或几组不同产状的不连续面的情况下，由于锚杆穿过了这些不连续面，防止或减少了沿不连续面的移动，但是，锚杆架设的时机是非常重要的。

如果在开挖引起的剪应力产生前就架设了全长粘结式锚杆，则在不连续面处锚杆较高的剪切刚度将迫使锚杆完全承受开挖二次应力的作用，而难于发挥不连续面自身抗剪能力。

4.1.2.2.2锚索—围岩关键部位支护原理

锚索关键部位支护就是根据位移反分析原理，确定支护系统二次组合支护的最佳时间，最大限度的发挥围岩的自承能力，从而使支护体的支护抗力降到最低。

图4-9和4-10为在均质围岩条件下有、无锚索加固的模拟计算结果。

可以看出，没有锚索支护时，直墙半圆拱巷道周围形成“双耳”应力集中关键部位，常常造成巷道两边剪坏。

在应力集中关键点施加锚索后，浅部围岩剪应力集中程度明显减小，深部围岩的剪应力水平显著增加，表明调动了深部岩体强度，控制了浅部岩体的稳定性。

图4-9无锚索时Σxy应力图图4-10施加锚索后Σxy应力图

图4-11与图4-12为施加锚索支护前后的Py应力图。

从图中可以看出，无锚索支护时，巷道拱顶应力集中程度较高，施加锚索后，应力集中程度大幅度降低，同时使深部围岩岩体Py发生集中。

图4-11无锚索时Ρy应力图图4-12施加锚索后Ρy应力图

通过比较可以看出，施加锚索支护后与施加前巷道围岩应力分布具有明显的不同，主要表现在施加锚索支护后，剪应力明显向巷道深部围岩延伸、扩，应力集中程度相对减小，在巷道围岩