煤巷錨桿支護設計機理分析

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)構承載能力越大；
　　2、巷道掘進以后，應及時安設錨桿，防止頂板早期出現(xiàn)離層，這樣極有利于頂板的穩(wěn)定。應避免安設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應力錨桿（索）控制圍巖思想的基礎上，采用系統(tǒng)動態(tài)監(jiān)測設計法對某礦下順槽進行錨桿支護初步設計，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，對初始設計進行修改、調(diào)整，最終完善錨桿支護參數(shù)設計。
　　1、預應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。
　?。?）頂板預應力結(jié)構的形成需要以下條件
　?、侔惭b支護構件時應能夠提供一個明確的張拉力，其絕對值應明顯大于松動巖體的重量，這種主動施加的作用力應適度，過小或過大都不合適；
　?、谥ёo構件應能保證和加固區(qū)內(nèi)圍巖的相互作用穩(wěn)定存在，并具有合適的強度；
　?、壑ёo結(jié)構剛度應和圍巖匹配，同步承載，協(xié)調(diào)變形。
　?。?）預應力支護理論主要內(nèi)容
　?、兕A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)，形成預應力承載結(jié)構，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；
　?、谒綉Φ拇嬖谟欣谙锏理敯宓姆€(wěn)定；
　　③錨桿參數(shù)和預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；
　?、茴A應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)構及加工等方面的研究應以實現(xiàn)高預拉力為中心。
　　2、系統(tǒng)動態(tài)監(jiān)測設計法
　　系統(tǒng)動態(tài)監(jiān)測設計法是以對地應力場及其對巷道穩(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計方法。
　　三、結(jié)語
　　1、回采巷道的支護應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。