目的

　　预应力锚索锚固技术已在地下巷道支护工程中得到大面积推广应用，然而，预应力锚索对围岩体的加固效应并未得到深入研究。为了更全面、系统地研究锚索的支护作用机理、分析锚索的传力机制，以及在巷道围岩中形成的应力场（锚索预应力场）分布特征，本文采用三维数值软件FLAC3D进行锚索支护作用的数值模拟，研究锚索长度、间距、排距、安装角度、预紧力大小与钢梁构件因素对锚索预应力场分布的影响。

方法

　　采用三维有限差分软件FLAC3D开展预应力锚索支护作用的数值模拟试验，设计5类影响因素，包含27组模拟方案（锚索预紧力分别设为50，100 ，150 ，200 ，250， 300 kN；长度分别为4，5，6，7，8，10 m；每排锚索数为1，2，3，4根；排距分别为1.0，1.5，2.0，2.5，3.0 m；锚索与垂线的角度分别为0°，5°，10°，15°，20°，30°），研究不同锚索几何与力学参数（长度、间距、排距、安装角度、预紧力大小与钢梁构件）对围岩体加固效应的预应力场分布特征。

结果

　　(1) 锚索预紧力比较小时，锚索引起的压应力小，有效压应力区小，分布孤立；锚索预紧力比较大时，锚索产生的压应力大，在锚索自由段长度范围内，形成了相互连接成一片的、叠加的有效压应力区。(2) 当预应力一定时，短锚索的主动支护作用要优于长锚索；通过提高锚索预应力，可适当减小锚索长度；锚索越长，要求施加的预应力越大。(3) 单根锚索在其周围形成了类似“心”形的压应力分布区域；随着锚索密度增加，各单根锚索形成的压应力区逐渐靠近、相互叠加，锚索之间的有效压应力区扩大，并连成一体，近零应力区逐渐消失，形成类似“鼓”形的整体支护结构，锚索预应力及主动支护作用扩散到大部分锚固区域。(4) 顶板锚索安设角度对预应力场分布有显著影响。锚索垂直布置时，预应力扩散与叠加效果最好。随着锚索安设角度增加，每根锚索形成的有效压应力区逐步减小、分离，叠加区域越来越小。在近水平煤层巷道中，顶板锚索最好垂直布置。(5) 锚索组合钢梁使预紧力在巷道表面形成的有效压应力区在沿组合构件长度方向上显著扩大。

结论

　　提出锚索预应力场的概念，基于零原岩应力场的锚索预应力场模拟分析方法，可详细地计算分析锚索预应力及其它参数对预应力场的影响、分布特征与规律。提高锚索预紧力、增加支护密度和垂直煤层布置可显著增大预应力场扩散范围、增强其对围岩的加固效应。根据目前锚索预应力施加水平，锚索不宜过长，选择在4～6 m比较合理。组合构件实现了锚索预应力的有效扩散，显著提高了对锚索之间围岩的支护作用。