煤巷錨桿支護設(shè)計機理分析

一、錨桿支護機理分析
　　目前錨桿支護理論，主要是懸吊理論、組合梁理論、組合拱（壓縮拱）理論、圍巖松動圈支護理論、最大水平應(yīng)力理論、巷道錨桿支護圍巖強度強化理論等，無論在過去和現(xiàn)在，這些理論對錨桿支護機理的認識與指導(dǎo)巖體工程實踐都起到了不可低估的作用。但由于地質(zhì)條件的復(fù)雜性與研究手段的局限性，錨桿支護理論至今尚不成熟，還不能單獨依靠某種理論為錨桿支護做出比較準確的設(shè)計。
　　從錨桿支護加固機理的討論中，可以得到對錨桿支護實踐有指導(dǎo)意義的幾點結(jié)論：
　　1、為提高被加固巖層的強度，在可能條件下盡量提高對頂板的錨固強度。錨固強度越大，圍巖形成的承載結(jié)構(gòu)承載能力越大；
　　2、巷道掘進以后，應(yīng)及時安設(shè)錨桿，防止頂板早期出現(xiàn)離層，這樣極有利于頂板的穩(wěn)定。應(yīng)避免安設(shè)錨桿的時間與滯后掘進工作面的距離超過規(guī)定時間；
　　3、按規(guī)定擰緊錨桿的緊固螺母，以使錨桿具有較大的初錨力。
　　二、設(shè)計依據(jù)
　　根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)資料，在現(xiàn)有錨桿支護理論和預(yù)應(yīng)力錨桿（索）控制圍巖思想的基礎(chǔ)上，采用系統(tǒng)動態(tài)監(jiān)測設(shè)計法對某礦下順槽進行錨桿支護初步設(shè)計，并輔以工程類比和理論計算，然后通過現(xiàn)場施工、監(jiān)測，并經(jīng)過綜合觀測結(jié)果的整理、分析，對初始設(shè)計進行修改、調(diào)整，最終完善錨桿支護參數(shù)設(shè)計。
　　1、預(yù)應(yīng)力控制圍巖的基本原理
　　眾所周知，巷道開挖后在圍巖很小變形時（約在破壞載荷的25%以下），脆性特征明顯的巖體就出現(xiàn)開裂、離層、滑動、裂紋擴展和松動等現(xiàn)象，使圍巖強度大大弱化。如果巷道開挖后立即安裝錨桿，但未施加預(yù)拉力，由于錨桿極限變形量大于圍巖極限變形量，又由于各類錨桿都有一定的初始滑移量，因而錨桿不能阻止圍巖的開裂、滑動和弱化。只有當圍巖的開裂位移達到相當?shù)某潭龋ㄔ阡摻罨炷林羞_到極限載荷的60%―75%）以后，錨桿才起到阻止裂紋擴展的作用，這時圍巖已幾乎喪失抗拉和抗剪的能力，加固體的抗拉和抗剪能力主要依賴于錨桿。
　　（1）頂板預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的形成需要以下條件
　　①安裝支護構(gòu)件時應(yīng)能夠提供一個明確的張拉力，其絕對值應(yīng)明顯大于松動巖體的重量，這種主動施加的作用力應(yīng)適度，過小或過大都不合適；
　　②支護構(gòu)件應(yīng)能保證和加固區(qū)內(nèi)圍巖的相互作用穩(wěn)定存在，并具有合適的強度；
　　③支護結(jié)構(gòu)剛度應(yīng)和圍巖匹配，同步承載，協(xié)調(diào)變形。
　　（2）預(yù)應(yīng)力支護理論主要內(nèi)容
　　①預(yù)拉力（或稱初撐力）的大小對頂板穩(wěn)定性具有決定性的作用，當預(yù)拉力大到一定程度時，使頂板巖層處于橫向壓縮的狀態(tài)，形成預(yù)應(yīng)力承載結(jié)構(gòu)，從而大大緩解或消除橫向彎曲變形，只有縱向的微小膨脹和壓縮變形，因而錨桿長度范圍內(nèi)和錨桿長度以上的頂板離層得以消除；
　　②水平應(yīng)力的存在有利于巷道頂板的穩(wěn)定；
　　③錨桿參數(shù)和預(yù)拉力的合理配置可以使錨桿長度之內(nèi)和錨桿長度之外的上覆頂板巖層都不存在離層破壞；
　　④預(yù)應(yīng)力頂板將使得垂直壓力均化到巷道兩側(cè)縱深范圍，巷道兩側(cè)的壓力集中現(xiàn)象減小，片幫的現(xiàn)象緩和，兩幫的維護將變得相對簡單；
　　⑤施工機具、施工工藝和錨桿結(jié)構(gòu)及加工等方面的研究應(yīng)以實現(xiàn)高預(yù)拉力為中心。
　　2、系統(tǒng)動態(tài)監(jiān)測設(shè)計法
　　系統(tǒng)動態(tài)監(jiān)測設(shè)計法是以對地應(yīng)力場及其對巷道穩(wěn)定性的影響方式、圍巖變形失穩(wěn)規(guī)律、錨桿支護機理與支護特性三個方面的正確認識為理論依據(jù)；以現(xiàn)場調(diào)查、工程實測和礦壓觀測為依托手段和表現(xiàn)形式；以解釋實測與觀測結(jié)果從而實施監(jiān)控所應(yīng)遵循的工程準則為核心內(nèi)容的一種系統(tǒng)性的煤巷錨桿支護設(shè)計方法。
　　三、結(jié)語
　　1、回采巷道的支護應(yīng)充分遵循全支護原則、支護與圍巖共同作用原則、控制原則和短期臨時加強支護的原則。
　　2、錨桿及其組合支護（錨網(wǎng)、錨梁、桁架等）可以充分發(fā)揮圍巖的自身承載能力，提高圍巖的強度，適應(yīng)動壓作用，是回采巷道有前途的支護形式。
　　層狀巖層中，不破頂?shù)幕夭上锏厘^桿作用機理主要是懸吊作用和組合梁作用。
　　3、提高錨桿的預(yù)緊力和及時支護，對于增加圍巖強度、控制巖層早期變形和破壞、發(fā)揮圍巖自承能力有重要意義。