煤巷錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)機(jī)理分析

一、錨桿支護(hù)機(jī)理分析
　　目前錨桿支護(hù)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(dòng)圈支護(hù)理論、最大水平應(yīng)力理論、巷道錨桿支護(hù)圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論等，無論在過去和現(xiàn)在，這些理論對(duì)錨桿支護(hù)機(jī)理的認(rèn)識(shí)與指導(dǎo)巖體工程實(shí)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(hù)理論至今尚不成熟，還不能單獨(dú)依靠某種理論為錨桿支護(hù)做出比較準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)。
　　從錨桿支護(hù)加固機(jī)理的討論中，可以得到對(duì)錨桿支護(hù)實(shí)踐有指導(dǎo)意義的幾點(diǎn)結(jié)論：
　　1、為提高被加固巖層的強(qiáng)度，在可能條件下盡量提高對(duì)頂板的錨固強(qiáng)度。錨固強(qiáng)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(jìn)以后，應(yīng)及時(shí)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(shí)間與滯后掘進(jìn)工作面的距離超過規(guī)定時(shí)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(jì)依據(jù)
　　根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)資料，在現(xiàn)有錨桿支護(hù)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(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)法對(duì)某礦下順槽進(jìn)行錨桿支護(hù)初步設(shè)計(jì)，并輔以工程類比和理論計(jì)算，然后通過現(xiàn)場施工、監(jiān)測(cè)，并經(jīng)過綜合觀測(cè)結(jié)果的整理、分析，對(duì)初始設(shè)計(jì)進(jìn)行修改、調(diào)整，最終完善錨桿支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)。
　　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(shí)（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(dòng)、裂紋擴(kuò)展和松動(dòng)等現(xiàn)象，使圍巖強(qiáng)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(dòng)和弱化。只有當(dāng)圍巖的開裂位移達(dá)到相當(dāng)?shù)某潭龋ㄔ阡摻罨炷林羞_(dá)到極限載荷的60%―75%）以后，錨桿才起到阻止裂紋擴(kuò)展的作用，這時(shí)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(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的形成需要以下條件
　?、侔惭b支護(hù)構(gòu)件時(shí)應(yīng)能夠提供一個(gè)明確的張拉力，其絕對(duì)值應(yīng)明顯大于松動(dòng)巖體的重量，這種主動(dòng)施加的作用力應(yīng)適度，過小或過大都不合適；
　　②支護(hù)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(qiáng)度；
　?、壑ёo(hù)結(jié)構(gòu)剛度應(yīng)和圍巖匹配，同步承載，協(xié)調(diào)變形。
　?。?）預(yù)應(yīng)力支護(hù)理論主要內(nèi)容
　?、兕A(yù)拉力（或稱初撐力）的大小對(duì)頂板穩(wěn)定性具有決定性的作用，當(dāng)預(yù)拉力大到一定程度時(shí)，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；
　?、谒綉?yīng)力的存在有利于巷道頂板的穩(wěn)定；
　?、坼^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(hù)將變得相對(duì)簡單；
　　⑤施工機(jī)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(shí)現(xiàn)高預(yù)拉力為中心。
　　2、系統(tǒng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)法
　　系統(tǒng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)法是以對(duì)地應(yīng)力場及其對(duì)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(hù)機(jī)理與支護(hù)特性三個(gè)方面的正確認(rèn)識(shí)為理論依據(jù)；以現(xiàn)場調(diào)查、工程實(shí)測(cè)和礦壓觀測(cè)為依托手段和表現(xiàn)形式；以解釋實(shí)測(cè)與觀測(cè)結(jié)果從而實(shí)施監(jiān)控所應(yīng)遵循的工程準(zhǔn)則為核心內(nèi)容的一種系統(tǒng)性的煤巷錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法。
　　三、結(jié)語
　　1、回采巷道的支護(hù)應(yīng)充分遵循全支護(hù)原則、支護(hù)與圍巖共同作用原則、控制原則和短期臨時(shí)加強(qiáng)支護(hù)的原則。
　　2、錨桿及其組合支護(hù)（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(qiáng)度，適應(yīng)動(dòng)壓作用，是回采巷道有前途的支護(hù)形式。
　　層狀巖層中，不破頂?shù)幕夭上锏厘^桿作用機(jī)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(shí)支護(hù)，對(duì)于增加圍巖強(qiáng)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。