可接长锚杆

可接长锚杆的结构如图1^[2]所示，由左旋螺纹钢金属杆体、杆体墩粗连接头、杆体连接螺栓及锚尾螺纹组成。其中杆体材料为无纵肋左旋螺纹钢，两段杆体通过杆体墩粗连接头连接在一起。由于左旋螺纹钢材料自身的性质，可接长锚杆的延伸量可达300～700mm，这样就可以与顶板同步变形，避免了像锚索一样因延伸率低而被拉断进而引起的顶板事故。同时，可接长锚杆的长度可以根据顶板岩层的厚度进行设计，使锚杆直接锚固在顶板完整稳定的岩层上，解决了普通锚杆因长度过短而不能锚固到顶板完整岩层上的问题。最后，使用可接长锚杆替代锚索成本更低，更经济，同时由于钻孔深度的减少，可以减少支护时间，加快施工速度^[1]。

图1 可接长锚杆结构示意图

该锚杆在结构上区别于其它锚杆的最大特点是：锚杆连接部分和尾部在滚丝之前先经过墩粗的步骤，经过墩粗锚尾的直径大于杆体直径，锚尾滚丝之后螺纹公称直径大于杆体直径^[2]。

在实验室中选取常用的20mm×2000mm左旋螺纹钢锚杆、17.8mm×4000mm预应力锚索及20mm×4000mm可接长锚杆各4根进行拉伸试验，试验结果如图2^[3]所示。

图2 支护材料载荷-伸长量曲线

左旋螺纹刚锚杆的破断载荷为197kN，最大伸长量为320mm，延伸率约为16%；预应力锚索的破断载荷为322kN，最大延伸量为136mm，延伸率约为3.5%；可接长锚杆的破断载荷为195kN，最大伸长量为685mm，延伸率约为17%。

根据3种支护材料的应力－应变曲线可以看出，杆体的应力和应变主要经历以下两个阶段^[3]：

（1）O-A段。O-A阶段近似为弹性变形，在弹性变形阶段内，应力与应变成正比，其比值为常数，这个常数就是弹性模量E，即σ/ε=E，A点相应的应力为弹性极限，用σs表示。

（2）A-B段。A-B阶段近似为包含屈服阶段、强化阶段、径缩阶段的塑性阶段，当应力超过σs时，变形由弹性变形转化为塑性变形，材料变形量迅速增加，应力与应变量不再成比例，直到应变量超过其极限而破断。

3种支护材料在弹性阶段的变形量都比较小，在支护大变形巷道时，支护体将长期处于塑性阶段，这就要求支护体在塑性阶段内有较大的延伸量来适应围岩的变形，并保证有较高的支护强度。由3种支护材料的应力－应变曲线可知:预应力锚索比左旋螺纹钢锚杆的强度大，但杆体的延伸量较低，在发生70mm的塑性变形后就达到了破断极限；左旋螺纹钢锚杆与可接长锚杆在发生塑性变形的阶段内，应力近似呈现出线性递增的趋势，可接长锚杆总的延伸量为685mm，最大塑性变形量为630mm。由此可以得出，可接长锚杆能最大限度的适应顶板的变形，并能充分发挥杆体本身的强度来抵抗顶板的持续变形。

在大变形巷道中，顶板的部分变形是不可避免的，可接长锚杆的这种力学特性可使其在支护大变形巷道时具有区别于普通锚杆与传统锚索的优越性^[3]：

（1）可接长锚杆的长度一般大于4m，能锚固到巷道顶板变形破坏区域之外的相对稳定的岩层中，保证锚杆具有稳定的锚固力，降低围岩变形量，并避免巷道失稳和冒顶事故，表现为“锚固稳定”。

（2）顶板压力增大时，可接长锚杆的杆体能迅速进入塑性变形阶段，杆体有较大的延伸量来适应顶板围岩的变形，且应力呈现出递增的特性，在缓解巷道顶板围岩压力的同时继续以高强的阻力支护顶板，表现为“高阻让压”。

（3）可接长锚杆与普通锚杆的延伸率近似，两者在杆体强度与变形两方面能协调同步的联合支护顶板围岩，同时可接长锚杆的高延伸量能与大变形巷道顶板围岩的变形相适应，避免过度承载而失效破断，表现为“协调同步”。

（4）可接长锚杆的破断载荷为195kN，远小于同直径锚索的破断载荷，但锚杆托盘处不会因为应力过度集中而导致顶板表层围岩的破碎，从而更好地维持围岩的残余强度，充分发挥围岩自身的承载能力，表现为“护顶护表”。

（1）在结构上，可接长锚杆由多段杆体构成，杆体连接头经过特殊热处理，具有更强队度的承载性能。由于锚杆杆体具有可连接性，决定了可接长锚杆可根据深部围岩的性质，灵活确定长度，在满足施工要求的情况下，选取最合适的长度进行连结，在一定程度上，降低了生产成本。

（2）在力学性能上，相同规格的普通锚杆与可接长锚杆相比，普通锚杆的极陨承载力与延伸量都大大低于可接长锚杆，可接长锚杆优越的强度与延展性不仅能够满足深部巷道围岩产生大变形破坏时的挤压，而且还能有效地控制围岩塑性变形的持续发展甚至是恶性失稳现象^[4]。

可接长锚杆围岩（煤）协调作用表现在两个方面，一个是可接长锚杆与围岩（煤）在空间位移上的协调变形，另一个就是可接长锚杆在满足延伸变形条件的同时对围岩（煤）支护强度的协调演变。空间位移上的协调匹配空间位移上协调匹配即是可接长锚杆的大工程延伸量能够满足大变形巷道围岩变形要求，使巷道围岩变形压力得到有效释放的同时，而不发生本身的破断。支护强度上的协调匹配支护强度上的协调匹配即是可接长锚杆在随着围岩变形（甚至大变形）而延伸的同时，保持适当的支护力，控制巷道顶板已破碎的岩体，使其维持一定的残余破碎强度，进而充分发挥围岩自身的承载能力。以上两方面相互协调统一，使可接长锚杆锚固系统对巷道围岩变形具有耦合控制效应^[2]。

图3 可接长锚杆-围岩协调作用