目的

　　随着煤矿开采强度的大幅度增加，对巷道支护技术也提出了更高的要求。我国煤矿对锚杆预应力的认识还不够，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，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入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，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。

　　方法

　　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FLAC3D分析出不同预应力锚杆、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。同时提出锚杆主动支护系数、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。最后，介绍新汶、潞安、晋城等矿区高预应力、强力锚杆支护系统的井下应用情况。

　　结果

　　(1) 当锚杆预紧力较小时，锚杆之间有效压应力区较小且相互独立，未连成整体。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。当预紧力较大时，锚杆之间形成了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。(2) 无钢带时，锚杆形成的有效压应力区都是彼此独立的，锚杆不能有效支护锚杆之间的围岩。有钢带时，在顶板表面附近，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) 当锚索施加较小的预紧力时，有效压应力区小，分布孤立。预紧力较大时，锚索之间的有效压应力区重叠，对锚索之间的围岩有较明显的主动支护作用。(4) 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，叠加成一个范围很大的主动支护区。由于锚索的预紧力较大，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。在锚杆与锚索之间，有效压应力区相互重叠，形成以锚索为骨架、锚杆为连续带的骨架网状结构，对其间围岩主动支护相当明显。(5) 现场应用表明，预应力对锚杆支护控制围岩变形的能力起决定性作用，钢带在预应力支护系统中的作用非常重要，预应力锚杆支护存在临界支护刚度。

　　结论

　　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。锚杆预应力越高，锚杆的主动支护作用越大。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。锚杆与锚索联合支护形成一个范围很大的主动支护区，以锚索为骨架、锚杆为连续带的骨架网状结构，对其间围岩主动支护效果明显。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、预应力扩散系数及临界支护刚度等概念和参数，可用于描述预应力锚杆支护作用及支护应力场分布特征。提高锚杆预应力可显著减小巷道围岩变形，控制顶板离层，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。