【正文】 的主要參數(shù)（錨桿長(zhǎng)度、直徑、間排距等），而其他重要參數(shù)，如錨桿桿體結(jié)構(gòu)、預(yù)緊力、錨固長(zhǎng)度、托板結(jié)構(gòu)與尺寸等，很難在經(jīng)驗(yàn)公式中全面反映。 （ 8）采動(dòng)影響特征。 隨著開(kāi)采深度的增加，地應(yīng)力在增加。地應(yīng)力對(duì)比參數(shù)一般應(yīng)包括垂直主應(yīng)力的大小方向，最大水平主應(yīng)力的大小方向，最小水平主應(yīng)力的大小方向，以及最大水平主應(yīng)力與巷道軸線的夾角。 地質(zhì)構(gòu)造對(duì)煤巖體的完整性和穩(wěn)定性有明顯的影響，對(duì)巷道支護(hù)形式與參數(shù)的選取起關(guān)鍵性作用。力學(xué)性質(zhì)包括抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、彈性模量等，其中，巖層的單軸抗壓強(qiáng)度是最常用的力學(xué)指標(biāo)。比較的內(nèi)容要全面、細(xì)致、可靠，不僅要抓住主要因素，而且不能忽略細(xì)節(jié)，工程類比的內(nèi)容主要有以下 幾個(gè)方面： （ 1）圍巖物理力學(xué)性質(zhì)。 目前，國(guó)內(nèi)外錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法主要?dú)w納為三大類：（也有分為四大類）即： 工程類比法、理論計(jì)算法、數(shù)值模擬法、（監(jiān)測(cè)法）。應(yīng)當(dāng)指出的是，尋求一種絕對(duì)合理能適應(yīng)絕大多數(shù)巷道支護(hù)應(yīng)用的錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法，多年來(lái)一直是專家、學(xué)者追求的目標(biāo)，但是，由于礦井條件復(fù)雜多變，不確定因素多 ，加之當(dāng)前研究手段的制約，至今尚未有一種設(shè)計(jì)方法“放之四海而皆準(zhǔn)”。編制該手冊(cè)的目的是為從事錨桿支護(hù)的技術(shù)人員提供一個(gè)可供參考的、涉及錨桿支護(hù)設(shè) 計(jì)、施工、監(jiān)測(cè)以及錨桿產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)等方面的文件，希望以此達(dá)到規(guī)范設(shè)計(jì)和施工，促進(jìn)集團(tuán)公司錨桿支護(hù)技術(shù)發(fā)展，確保安全生產(chǎn)的目的。第五：要建立健全錨桿巷道的質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和錨桿巷道的礦壓監(jiān)測(cè)體系。第二：要科學(xué)設(shè)計(jì)錨桿支護(hù)。應(yīng)當(dāng)指出的是，錨桿支護(hù)作為煤礦所有新技術(shù)推廣中“最具革命性”的技術(shù)進(jìn)步，雖然已被無(wú)數(shù)的事實(shí)證明它是先進(jìn)的，代表未來(lái)支護(hù)發(fā)展方向的，但直到現(xiàn)在，人們對(duì)錨桿支護(hù)的理論研究和各種實(shí)踐活動(dòng)仍未停止，其原因就在于煤礦各種條件的復(fù)雜性和人們對(duì)客觀世界的認(rèn)識(shí)還需要進(jìn)一步深化，而只有當(dāng)人們的主觀認(rèn)識(shí)和客觀條件相統(tǒng)一時(shí)，我們才能從 必然王國(guó)走向自由王國(guó)。 開(kāi)灤集團(tuán)公司在采準(zhǔn)巷道錨桿支護(hù)工作推廣過(guò)程中，在面臨各種復(fù)雜、困難地質(zhì)條件和井深、礦壓顯現(xiàn)大等不利情況下，勇于實(shí)踐和創(chuàng)新，取得了大批科研成果，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。現(xiàn)在，錨桿支護(hù)已成為采準(zhǔn)巷道的主要支護(hù)形式之一，近幾年，全公司每年的煤巷錨桿支護(hù)量都在 8 萬(wàn)米以上，占全部掘進(jìn)巷道的半數(shù)以上。煤巷錨桿支護(hù)的推廣應(yīng)用，明顯地改善了采準(zhǔn)巷道的維護(hù)狀況，提高了圍巖的穩(wěn)定性。使得這項(xiàng)技術(shù)的推廣不斷向深度和廣度發(fā)展。回顧和分析集團(tuán)公司歷次錨桿支護(hù)巷道事故發(fā)生的原因，按照今天我們所確立的錨桿支護(hù)技術(shù)的新理念，可以看出，絕大部分的錨桿事故都不是必然要發(fā)生的，而是帶有相當(dāng)偶然性。這是關(guān)系到錨桿支護(hù)工程的質(zhì)量?jī)?yōu)劣、是否安全可靠及經(jīng)濟(jì)是否合理的重要問(wèn)題。 當(dāng)前，集團(tuán)公司的采準(zhǔn)巷道錨桿支護(hù)的推廣工作，已進(jìn)入發(fā)展的關(guān)鍵階段，雖然從總量上看，數(shù)量不小，但發(fā)展不平衡，有些礦基本上處于空白狀態(tài)，有些礦由于各種原因，錨桿支護(hù)呈現(xiàn)萎縮停滯現(xiàn)象。 第二章 錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法 巷道支護(hù)的目的就在于使巷道在服務(wù)期間保持穩(wěn)定。根據(jù)不同理論所建立的錨桿支護(hù)計(jì)算和設(shè)計(jì)方法，均存在一定的局限性，因此，設(shè)計(jì)者在進(jìn)行特定條件下的錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，首先需要對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象進(jìn)行深入全面的了解，然后可根據(jù)相應(yīng)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。 第一節(jié) 錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)工程類比法 直接類比法 工程類比法在煤巷錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)中應(yīng)用比較廣泛。 圍巖物理力學(xué)性質(zhì)包括巷道頂?shù)装?、煤層賦存狀態(tài)、物理力學(xué)參數(shù)。 （ 2）圍巖結(jié)構(gòu)特征 。因此，必須搞清。 （ 5）巷道特征與使用條件。采深是巷道支護(hù)必須考慮的重要因素。 采動(dòng)影響狀況包括：采動(dòng)空間關(guān)系、采動(dòng)時(shí)間關(guān)系、采動(dòng)次數(shù)等。二是經(jīng)驗(yàn)公式一般只考慮巷道寬度、高度、巖石軟硬程度、結(jié)構(gòu)面分布，而影 響巷道變形和破壞的因素還有很多，經(jīng)驗(yàn)公式都不能全面、客觀地反映。 ⑤我國(guó)學(xué)者提出錨桿長(zhǎng)度的經(jīng)驗(yàn)公式 對(duì)于巖巷錨噴支護(hù)巷道： L=N(+W/10) 對(duì)于煤巷： L=N(+W/10) 式中： W— 巷道或峒室跨度 m L— 錨桿總長(zhǎng)度 m N— 圍巖影響系數(shù)（按表 1選?。? 表 1 圍巖類別影響系數(shù)取值 圍巖類別 Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ 圍巖影響系數(shù)N ⑥其他經(jīng)驗(yàn)公式 頂板錨桿長(zhǎng)度： L=2+幫錨桿長(zhǎng)度： L=2+式中： B— 巷道寬度 m； H— 巷道高度 m； K— 由圍巖性質(zhì)等有關(guān)的系數(shù)，一般取 3~5。 ④新奧法對(duì)錨桿間距提出的準(zhǔn)則 : 硬巖，錨桿間距取 ~ 中硬巖石，錨桿間距取 松軟破碎巖體，錨桿間距取 ~ ⑤我國(guó)學(xué)者提出錨桿間距經(jīng)驗(yàn)公式為： 對(duì)于巖巷錨噴支護(hù)：錨桿間距 M≤ 對(duì)于煤巷錨桿支護(hù)：錨桿間距 M≤ 以圍巖穩(wěn)定性分類為基礎(chǔ)的錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)建議 （ 1）我國(guó)《緩傾斜、傾斜煤層回采巷道圍巖穩(wěn)定性分類方案》 。 表 2 巷道頂板錨桿支護(hù)形式與主要支護(hù)參數(shù)選擇 巷道類別 巷道圍巖穩(wěn)定狀況 基本支護(hù)形式 主要支護(hù)參數(shù) Ⅰ 非常穩(wěn)定 整體砂巖、石灰?guī)r類巖層：不支護(hù) 其他巖層：?jiǎn)误w錨桿 端錨：桿體直徑：≥ 16mm 錨桿長(zhǎng)度： ~ 間排距： ~ 設(shè)計(jì)錨固力：≥ 64KN Ⅱ 穩(wěn)定 頂板較完整：?jiǎn)误w錨桿 頂板較破碎：錨桿 +網(wǎng) 端錨：桿體直徑： 16~18mm 錨桿長(zhǎng)度： ~ 間排距： ~ 設(shè)計(jì)錨固力： 64~80KN Ⅲ 中等穩(wěn)定 頂板較完整 :錨桿 +鋼筋梁，或桁架 頂板較破碎： 錨桿 +w剛帶（或鋼筋梁） +網(wǎng)，或增加錨索 桁架 +網(wǎng)，或增加錨索 端錨：桿體直徑： 16~18mm 錨桿長(zhǎng)度： ~ 間排距： ~ 設(shè)計(jì)錨固力： 64~80KN 端錨或全長(zhǎng)錨 固： 桿體直徑： 18~22mm 錨桿長(zhǎng)度： ~ 間排距： ~ Ⅳ 不穩(wěn)定 錨桿 +w剛帶 +網(wǎng)，或增加錨索 桁架 +網(wǎng)，或增加錨索 全長(zhǎng)錨固：桿體直徑： 18~22mm 錨桿長(zhǎng)度： ~ 間排距： ~ Ⅴ 極不穩(wěn)定 頂板較完整 錨桿 +金屬可縮支架，或增加錨索 頂板較破碎 錨桿 +網(wǎng) +金屬可縮支架，或增加錨索 底臌嚴(yán)重 錨桿 +環(huán)形可縮支架 全長(zhǎng)錨固：桿體直徑： 18~24mm 錨桿長(zhǎng)度： ~ 間排距： ~ （ 2）關(guān)于煤巷圍巖穩(wěn)定性分類計(jì)算機(jī)程序簡(jiǎn)介 ①程序功能 程序適應(yīng)于緩傾斜、傾斜、急傾斜、厚煤層第一分層、中厚煤層、薄煤層回采巷道（工作面上、下順槽）煤層上（下）善與煤層大巷圍巖穩(wěn)定性分類。 ④原始數(shù)據(jù)輸入方式 程序采用交互式與人 — 機(jī)對(duì)話的方式編寫，通過(guò)屏幕漢字提示，用鍵盤輸入 7個(gè)分類指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)和薄煤層影響系數(shù) K。 （ 3） 表 3 緩傾斜、傾斜薄及中厚煤層回采巷道基本分類指標(biāo) 分類指標(biāo) 說(shuō)明 頂板強(qiáng)度б cr (指單向抗壓強(qiáng)度， Mpa，下同 ) 取巷道寬度 倍范圍內(nèi)頂板強(qiáng)度的加權(quán)平均值 煤層強(qiáng)度б cc 取巷幫煤巖層強(qiáng)度加權(quán)平均值 底板強(qiáng)度б cf 取巷道寬度范圍內(nèi)底板強(qiáng)度的加權(quán)平均值 巷道埋深 H(m) 巷道所在位置至地表的垂直距離 護(hù)巷煤柱寬度 X(m) 一側(cè)煤柱的實(shí)際寬度。 N W為煤柱影響系數(shù)， W=1179。通過(guò)計(jì)算確定錨桿支護(hù)參數(shù)。根據(jù)不穩(wěn)定巖層厚度計(jì)算錨桿長(zhǎng)度，根據(jù)不穩(wěn)定巖層的重量計(jì)算錨桿的直徑和間排距。 （ 3）錨桿間排距 當(dāng)錨桿間排距相等時(shí)，即 a=a1=a2，則間排距為： a= （ 2— 4） 基于組合梁理論的錨桿參數(shù)計(jì)算方法 組合梁理論認(rèn)為，在層狀頂板巖層中，將其視為以巷道兩幫煤壁為支點(diǎn)的梁，錨桿的作用是提供軸向和切向約束，阻止巖層產(chǎn)生離層和相對(duì)滑動(dòng)。錨桿有效長(zhǎng)度 L2，即組合梁厚度，根據(jù)滿足頂板最下一層巖石外表面抗拉強(qiáng)度條件確定，則組合梁中點(diǎn)下表面上最大拉應(yīng)力值為： σ = （ 2— 5） 式中： B— 巷道跨度 m。設(shè)錨桿間排距相等，則間排距a 為： a≤ (2— 9) 式中： d— 錨桿桿體直徑 m； τ — 錨桿桿體材料抗剪強(qiáng)度 Mpa； K2— 頂板抗剪安全系數(shù)，一般取 3~6。 L= （ 3— 1） 式中： L— 錨桿有效長(zhǎng)度 m； B— 加固拱厚度 m； α — 錨桿在圍 巖中的控制角（176。但是，由于圍巖地質(zhì)條件復(fù)雜多變，各種理論對(duì)錨桿支護(hù)作用的機(jī)理的認(rèn)識(shí)都有片面性和局限性，且有些理論的力學(xué)參數(shù)難以確定和選取，這就在一定程度上影響了計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，因此，理論計(jì)算法的設(shè)計(jì)結(jié)果只能作為參考，把理論計(jì)算與其他方式的設(shè)計(jì)參數(shù)相互參照，就能獲得理 想的設(shè)計(jì)方案。但是，這種設(shè)計(jì)方法需要較深厚的數(shù)學(xué)和力學(xué)基礎(chǔ)，嫻熟地操作計(jì)算機(jī)的能力，以及豐富的錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，這些條件對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是很難達(dá)到的，而且這種計(jì)算方法仍在不斷修改完善過(guò)程中，目前，只限于科研院校研究應(yīng)用。 有限元法主要適用于模擬連續(xù)介質(zhì)。物體斷裂問(wèn)題以及大位移和大轉(zhuǎn)動(dòng)問(wèn)題，能夠處理范圍廣泛的材料本構(gòu)問(wèn)題，相互作用準(zhǔn)則和任意幾何形狀。 目前應(yīng)用比較廣泛的 FLAC 軟件，可模擬土、巖石等力學(xué)行為，要采用顯式拉格朗日算法及混合離散劃分單元技術(shù)，使該程序能夠精確地模擬材料的塑性流動(dòng)和破壞。 （ 3）建立數(shù)值模型。②一些復(fù)雜條件下的支護(hù)效果不理想，復(fù)合頂板的離層破壞未得到有效控 制，惡性冒頂事故時(shí)有發(fā)生。 理論研究成果和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn) 1992 年，美國(guó)學(xué)者觀測(cè)了高水平地應(yīng)力與巷道頂板產(chǎn)生的離層及剪切破壞程度的關(guān)系，并提出了采用桁架控制巷道頂板的措施。 20 世紀(jì) 70 年代，美國(guó)首次將漲殼式錨頭與樹(shù)脂錨固劑聯(lián)合使用，使得錨桿能夠?qū)崿F(xiàn)很高的預(yù)緊力，同時(shí)錨桿的直徑和強(qiáng)度有了進(jìn)一步提高（直徑達(dá)到 22~25mm，強(qiáng)度達(dá)到 517Mpa），錨桿的高預(yù)緊力可以達(dá)到桿體本身強(qiáng)度的 50%~75%，從而實(shí)現(xiàn)了高強(qiáng)度、高預(yù)緊力、低錨桿間排距。 這些成功實(shí)例表明：高預(yù)緊力錨桿能夠很有效地控制層狀頂板離層，因而冒頂現(xiàn)象大大減少，安全狀況得到了根本性的轉(zhuǎn)變；同樣條件下錨桿的密度減小，間排距大大提高，同時(shí)錨 桿用量減少 20~30%；掘進(jìn)速度大大提高，支護(hù)效果明顯改善。這種錨桿，實(shí)現(xiàn)了真真意義上的“主動(dòng)支護(hù)”。根據(jù)國(guó)外經(jīng)驗(yàn)和國(guó)內(nèi)部分礦區(qū)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)合我國(guó)煤礦巷道條件與施工機(jī)具，一般可選擇錨桿預(yù)緊力為桿體屈服載荷的 30~50%。 m，預(yù)緊力僅為 15~20KN，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實(shí)際需要，且我國(guó)錨桿加工制造工藝粗糙，基本上沒(méi)有考慮 減少摩擦力問(wèn)題，致使錨桿螺母與桿體之間的摩擦阻力偏大，也降低了錨桿的擰緊力矩，鑒于此，提出如下提高錨桿預(yù)緊力的技術(shù)措施。針對(duì)這種情況，開(kāi)發(fā)出了扭矩放大器，該扭矩放大器與單體錨桿機(jī)相配合，可使錨桿機(jī)的輸出扭矩增大 ，有效地解決了扭矩不足的問(wèn)題。 錨桿幾何參數(shù) （ 1）錨桿直徑 錨桿桿體直徑已形成基本系列，包括 16 mm、 18 mm、 20 mm、 22 mm、 25mm，錨桿直徑的選取從技術(shù)上主要考慮一下三方面因素： ①錨固效果。 ③錨桿強(qiáng)度。 ①保證錨固區(qū)內(nèi)形成穩(wěn)定的承載結(jié)構(gòu)。直徑小、強(qiáng)度低、預(yù)緊力低的錨桿，錨桿長(zhǎng)度不宜過(guò)大，在預(yù)緊力一定的情況下，錨桿越長(zhǎng)，預(yù)緊力的作用越不明顯，主動(dòng)支護(hù)性越差，錨桿越長(zhǎng)，施加的預(yù)緊力應(yīng)越大。 錨桿力學(xué) 參數(shù) 錨桿力學(xué)參數(shù)包括桿體的屈服強(qiáng)度、破斷強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度和延伸率等。錨桿力學(xué)參數(shù)選取應(yīng)遵循以下原則： （ 1）優(yōu)先選擇高強(qiáng) 度錨桿。 單純強(qiáng)調(diào)提高錨桿強(qiáng)度，而忽視預(yù)緊力作用，不能充分體現(xiàn)高強(qiáng)錨桿的作用，結(jié)合控制圍巖離層、滑動(dòng)等所需要的預(yù)緊力，確定合理的錨桿強(qiáng)度，不僅能顯著提高支護(hù)效率，而且能降低錨桿支護(hù)密度，有利于提高掘進(jìn)速度。這里不對(duì)錨固劑的型號(hào)、規(guī)格、尺寸進(jìn)行論述，只強(qiáng)調(diào)錨固劑直徑應(yīng)與鉆孔直徑相匹配的問(wèn)題，比較合理的錨固劑直徑是比鉆孔直徑小 3~5mm，如 28mm 的鉆孔直徑，使用 23mm 直徑的錨固劑； 30mm 的鉆孔直徑，使用 25mm 直徑的錨固劑等。 對(duì)于端部錨固錨桿，錨桿拉力除錨固端外，沿長(zhǎng)度方向是均勻分布的，在錨固范圍內(nèi)，任何部位巖層的離層都均勻地分散到整個(gè)桿體的強(qiáng)度上，導(dǎo)致桿體受力對(duì)圍巖變形和離層不敏感。 錨固劑將錨桿桿體與鉆孔孔壁粘結(jié)在一起，使錨桿隨著巖層移動(dòng)承受拉力，當(dāng)巖層發(fā)生錯(cuò)動(dòng)時(shí)，與桿體共同起抗剪作用。 加長(zhǎng)錨固兼有端錨和全錨的特點(diǎn)，得到廣泛應(yīng)用，支護(hù)成本和安裝速度介于兩者之間，一般條件下應(yīng)優(yōu)先選用這種錨固方式。因此要提高全長(zhǎng)錨固與加長(zhǎng)錨固的預(yù)緊力擴(kuò)散效果，有效途徑是先施加預(yù)緊力錨固劑后固化。 （ 1）錨桿支護(hù)密度 錨桿支護(hù)密度涉及兩個(gè)參數(shù)：錨桿間距與排距，通過(guò)研究不同錨桿間距的預(yù)應(yīng)力場(chǎng)分布，得到如下結(jié)論： ①在一定預(yù)應(yīng)力條件下，錨桿間距過(guò)大，單根錨桿形成的壓應(yīng)力區(qū)彼此獨(dú)立，錨桿之間出現(xiàn)較大范圍的近零應(yīng)力區(qū)，不能形成整體支護(hù)結(jié)構(gòu)，主動(dòng)支護(hù)效果較差。應(yīng)在盡量提高單根錨桿的預(yù)緊力、強(qiáng)度與剛度的前提下，在保證支護(hù)效果與安全的條件下，降低支護(hù)密度。實(shí)踐證明，通過(guò)提高錨桿預(yù)緊力、直徑、強(qiáng)度，可以增大錨桿