【正文】 工程 巖體分級標準 》 ，根據(jù)巖石單軸抗壓強度和巖體完整性系數(shù)對巖體進行基本質(zhì)量分級，然后根據(jù)結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀、應(yīng)力狀態(tài)及地下水等修正巖體基本質(zhì)量指標；綜合考慮巖石強度、巖體完整性指標、巖體結(jié)構(gòu)和分布、地應(yīng)力及圍巖自穩(wěn)時間等，比較全面、合理地提出錨噴支護圍巖分類 (GBJ86—1985)； 將圍巖變形量這個眾多影響因素作用的綜合指標作為分類的基礎(chǔ)，提出以圍巖變形量大小為指標的分類方法；圍巖松動圈是與圍巖強度、結(jié)構(gòu)、應(yīng)力及巷道斷面形狀和尺寸等多種因素有關(guān)的綜合指標， 提出以圍巖松動圈為指標的分類方法 ；采用模糊聚類分析方法，用模糊綜合評判預(yù)測巷道圍巖穩(wěn)定性類別，預(yù)測巷道圍巖移近量，制訂了 《 我國緩傾斜、傾斜煤層回采巷道圍巖穩(wěn)定性分類方案 》 。為了將特定巖體條件下的設(shè)計與個別工程相應(yīng)條件下的實踐經(jīng)驗聯(lián)系起來進行工程類比，作出比較合理的設(shè)計方案， 進行圍巖分類是非常必要的。 ? 經(jīng)驗公式最大的特點是使用簡單、方便， 但存在兩方面的弊端：一是 經(jīng)驗公式只能提供錨桿支護的主要參數(shù) (錨桿長度、間排距等 )，而其他參數(shù)，如錨桿桿體結(jié)構(gòu)、預(yù)緊力、錨固長度、托板結(jié)構(gòu)與尺寸、組合構(gòu)件形式與尺寸等，很難在經(jīng)驗公式中全面反映，這些參數(shù)卻在錨桿支護中同樣起著十分重要的作用； 二是 經(jīng)驗公式中考慮影響錨桿支護效果的因素很少，如上述的經(jīng)驗公式中，只考慮了巷道寬度、高度，巖石軟硬程度，結(jié)構(gòu)面分布，而影響巷道圍巖變形與破壞的因素還有很多。 4 錨桿支護設(shè)計方法 工程類比設(shè)計方法 2）經(jīng)驗公式法 ? 錨桿間排距選取 ① Hoek與 Brown等提出，最大錨桿間距 =min[錨桿長度之半， 1． 5倍不連續(xù)間距確定的不穩(wěn)定巖塊寬度 ]。 ⑤新奧法 對錨桿長度的選擇也提出一些準則。 此外，不同的開挖順序也可能影響巷道圍巖的穩(wěn)定性。 采動影響狀況包括： 采動空間關(guān)系 ，與鄰近巷道的位置關(guān)系，與采掘工作面、采空區(qū)的空間位置關(guān)系，層間距大小及煤柱尺寸；采動時間關(guān)系 ，巷道在采動影響前掘進、采動影響過程中掘進，還是采動影響穩(wěn)定后掘進； 采動次數(shù) ，一次采動影響、二次或多次采動影響。地應(yīng)力參數(shù)包括垂直主應(yīng)力的大小與方向、最大水平主應(yīng)力的大小與方向、最小水平主應(yīng)力的大小與方向，以及最大水平主應(yīng)力與巷道軸線的夾角。 4 錨桿支護設(shè)計方法 工程類比設(shè)計方法 1）根據(jù)已有工程直接提出支護設(shè)計 —直接類比法 ④ 地應(yīng)力。因此，進行圍巖結(jié)構(gòu)特征比較時，應(yīng)盡量全面、詳細。 4 錨桿支護設(shè)計方法 工程類比設(shè)計方法 1）直接類比法 ②圍巖結(jié)構(gòu)特征： 指煤巖體內(nèi)節(jié)理、層理、裂隙等不連續(xù)面的空間分布及力學性能。巷道頂?shù)装鍛?yīng)取一定范圍的巖層 (如 2倍巷道寬度 )進行比較 。 4 錨桿支護設(shè)計方法 工程類比設(shè)計方法 1）根據(jù)已有工程直接提出支護設(shè)計 —直接類比法。這種設(shè)計方法通過對多個方案的比較分析，可以選擇得到更好方案。 （ 2） 理論計算法 ：基于某種錨桿支護理論，如懸吊理論、組合梁理論及加固拱理論，計算得出錨桿支護參數(shù)。 4 錨桿支護設(shè)計方法 錨桿支護設(shè)計的重要性 ? 支護設(shè)計是巷道錨桿支護中的一項十分重要的工作，對充分發(fā)揮錨桿支護的優(yōu)越性和保證巷道安全具有十分重要的意義。同時，將錨桿之間巖層的載荷傳遞給錨桿，形成整體支護系統(tǒng)。其實，網(wǎng)的作用遠不止這一個，特別是在高地應(yīng)力、破碎圍巖條件下，網(wǎng)是錨桿支護系統(tǒng)中不可缺少的重要部件。 (3)均衡錨桿受力和提高整體支護作用。鋼帶的作用主要表現(xiàn)在以下 3方面： (1)錨桿預(yù)緊力和工作阻力擴散作用。如果 υ28mm的鉆孔中不安裝錨桿，只注樹脂錨固劑，則錨固劑可提供 。如果 υ28 mm的鉆孔中不安裝錨桿，只注樹脂錨固劑，則錨固劑可提供 kN的抗拉力。隨著拉拔力增加， τ(0)也逐漸增加。 )(DP 21壁之間破壞發(fā)生在錨固劑與孔錨桿之間）（破壞發(fā)生在錨固劑與lldP??????3 錨桿支護構(gòu)件的作用 錨固劑的作用 （ 1） 錨固劑的黏結(jié)作用 在拉拔狀態(tài)下 ， 桿體錨固段剪應(yīng)力分布為負指數(shù)曲線 ， 見圖 。 3 錨桿支護構(gòu)件的作用 錨固劑的作用 ? 錨固劑的主要作用是將鉆孔孔壁巖石與桿體黏結(jié)在一起，使錨桿發(fā)揮支護作用。 對于加長錨固錨桿 ，托板的作用同樣重要，通過托板壓緊巷道表面給錨桿施加預(yù)緊力，預(yù)緊力對錨桿工作阻力和受力分布又產(chǎn)生影響，提高支護效果。托板的作用可分為兩個方面：一是通過給螺母施加一定的扭矩使托板壓緊巷道表面，給錨桿提供預(yù)緊力， 并使預(yù)緊力擴散到錨桿周圍的煤巖體中，從而改善圍巖應(yīng)力狀態(tài)，抑制圍巖離層、結(jié)構(gòu)面滑動和節(jié)理裂隙的張開，實現(xiàn)錨桿的主動、及時支護作用； 其二是圍巖變形使載荷作用于托板上，通過托板將載荷傳遞到錨桿桿體，增大錨桿的工作阻力，充分發(fā)揮錨桿控制圍巖變形的作用。 錨桿桿體的作用 ? 對于錨桿桿體本身來說，由于桿體長度方向的尺寸遠大于其他兩個方向的尺寸，所以力學上屬于 桿件 。 2 錨桿支護的基本理論 圍巖強度強化理論 ? 為描述錨桿對巖體的強化作用，引入強化系數(shù)，即錨固體的強度與未錨固巖體強度的比值。 ③ 大松動圈 (厚度大于 1 500mm)，錨桿的作用是給松動圈內(nèi)破裂圍巖提供約束力，使其恢復(fù)到接近原巖的強度并具有可縮性，采用加固拱理論設(shè)計錨桿支護參數(shù)。 ? 圍巖松動圈的厚度是圍巖強度與圍巖應(yīng)力的函數(shù)，它是一個綜合指標。這也正是錨桿支護技術(shù)特別強調(diào)高強度、全長錨固的原因。 最大水平應(yīng)力理論 ? 最大水平應(yīng)力理論認為：礦井巖層的水平應(yīng)力通常大于垂直應(yīng)力，且水平應(yīng)力（構(gòu)造應(yīng)力）具有明顯的方向性，最大水平應(yīng)力一般為最小水平應(yīng)力的~。錨桿支護的 作用是形成較大厚度和較大強度的加固拱， 拱的厚度越大，越有利于圍巖的穩(wěn)定。 (3)只適用于層狀頂板，而且 僅考慮了錨桿對離層及滑動的約束作用 ，沒有涉及錨桿對巖體強度、變形模量及應(yīng)力分布的影響。 2 錨桿支護理論 組合梁理論 ? 組合梁理論存在的明顯缺陷： (1)組合梁 有效組合厚度很難確定 。 ? 組合梁理論適用于層狀巖層。 ? 總之，懸吊理論僅考慮了錨桿的被動抗拉作用，沒有涉及對巖體抗剪能力及對破碎巖層整體強度的改變。而懸吊理論 沒有考慮錨固圍巖的自承能力 。 (圖 b)。 2 錨桿支護理論 懸吊理論 錨桿支護的作用是將頂板下部不穩(wěn)定的巖層 懸吊 在上部穩(wěn)定的巖層上。但是，各種理論都有其適用條件，都不同程度地存在著局限性、片面性，甚至有不合理性或不可操作性。 促進了錨桿支護技術(shù)的健康發(fā)展。頂板離層指示儀、測力錨桿、錨桿（索）測力計等監(jiān)測儀器得到推廣應(yīng)用，在判斷支護設(shè)計合理性、圍巖穩(wěn)定性與巷道安全性方面起到了重要作用。 （ 4） 單體風動和液壓錨桿 鉆機 、手持式錨桿鉆機的性能指標達到了國外同類產(chǎn)品的水平，并形成了系列產(chǎn)品，基本滿足了錨桿支護的要求，結(jié)束了錨桿鉆機主要靠進口的歷史。 1 錨桿支護技術(shù)的發(fā)展 我國煤礦錨桿支護的主要新成果 （ 2）動態(tài)性、系統(tǒng)性、信息性的錨桿支護設(shè)計方法得到普遍認可與應(yīng)用 ? 認為錨桿支護 設(shè)計 不是一次完成的，而是一個動態(tài)的、系統(tǒng)的過程，設(shè)計應(yīng)充分利用每個過程中提供的信息，實時進行信息收集、信息分析與信息反饋。 1 錨桿支護技術(shù)的發(fā)展 我國煤礦錨桿支護的主要新成果 （ 1）深化了對錨桿支護作用機理的認識 ⑤ 在復(fù)雜與困難條件下，采用高預(yù)應(yīng)力、強力錨桿組合支護系統(tǒng)，同時要求支護系統(tǒng)有一定的延伸量。當然，較高的預(yù)應(yīng)力要求錨桿具有較高的強度。通過進一步的實測和計算，有了新的認識： ①錨桿支護的主要作用在于控制錨固區(qū)圍巖的離層、滑動、裂隙張開、新裂隙產(chǎn)生等擴容變形與破壞，盡量使圍巖處于受壓狀態(tài)，以防止圍巖彎曲變形、拉伸與剪切破壞的出現(xiàn)，最大限度地保持錨固區(qū)圍巖的完整性，提高錨固區(qū)圍巖的整體強度和穩(wěn)定性。隨著綜采放頂煤開采技術(shù)的廣泛應(yīng)用和礦井向深部延伸，出現(xiàn)了一系列復(fù)雜困難條件，包括全煤巷道、沿空掘巷、極破碎圍巖巷道等，而且隨著開采強度的增大，要求的巷道斷面越來越大。 ?特別是 1996~1997年 ，我國引進了澳大利亞錨桿支護技術(shù)，在邢臺礦務(wù)局進行了現(xiàn)場演示，并完成了與錨桿支護技術(shù)相關(guān)的 15個項目，使我國的煤巷錨桿支護技術(shù)有了較大的提高。 基本上解決了一般條件下的巷道支護問題 。 （ 7）采用科學、嚴格的管理，除了制訂有錨桿支護材料標準、錨桿支護技術(shù)規(guī)范外，很多礦還配備有專門的錨桿支護工程師，對錨桿支護的設(shè)計、材料、施工等進行專門的檢查與監(jiān)測，促進了錨桿支護技術(shù)的安全與健康發(fā)展。 澳大利亞、美國大量采用掘錨聯(lián)合機組，實現(xiàn)了掘進與錨桿支護一體化，大幅度提高了巷道掘進速度與工效。錨桿桿體的拉斷載荷一般在 200kN以上，有的甚至超過 300kN。美國使用的錨桿種類比較多，包括樹脂錨固錨桿、漲殼式錨桿及混合錨固錨桿。 如澳大利亞、英國等采用“地質(zhì)力學評估 —初始支護設(shè)計 —井下施工與監(jiān)測 —信息反饋與修改設(shè)計 —日常監(jiān)測”的設(shè)計方法。 （現(xiàn)在的錨固技術(shù)） 1 錨桿支護技術(shù)的發(fā)展 國外錨桿支護技術(shù)發(fā)展的主要特點 （ 1）十分重視巷道圍巖地質(zhì)力學參數(shù)的測試，對支護對象有比較清楚地了解。 但是管縫式錨桿、脹管式錨桿在井下容易銹蝕，錨固力受鋼材質(zhì)量、圍巖性質(zhì)、鉆孔直徑等因素影響較大，施工工藝比較復(fù)雜，錨固質(zhì)量難以保證，只能在適宜的條件下使用。之后樹脂錨桿在世界主要采煤國家逐步得到應(yīng)用和發(fā)展。由于這些弊端，導(dǎo)致了英國、法國等國家在使用錨桿支護過程中出現(xiàn)過反復(fù)。而地下工程中大量采用錨桿支護是在 20世紀 40年代末期。復(fù)雜地質(zhì)條件巷道圍巖穩(wěn)定性差、圍巖變形和破壞嚴重，巷道維護十分困難。深部開采將帶來一系列高地應(yīng)力巷道支護難題，如沖擊礦壓、圍巖大變形、強烈底鼓等淺部巷道沒有的支護問題。 （ 6）巷道埋深從淺部向深部發(fā)展 ? 我國煤礦開采深度以 8~12m/a的速度增加。巷道斷面積的增大，顯著增加了支護難度。而矩形巷道，除巷道受力狀況比拱形巷道差外，拱形巷道的缺陷基本都被克服。一般情況下，煤相對于巖石比較松軟、破碎，顯然增加了巷道支護難度。隨著巷道支護技術(shù)的發(fā)展與支護水平的提高，巖巷布置已逐步轉(zhuǎn)變?yōu)槊合锊贾谩?為采煤工作面的快速推進、產(chǎn)量與效益的提高創(chuàng)造良好條件。 1 錨桿支護技術(shù)的發(fā)展 錨桿支護的優(yōu)越性 （ 2）變 “ 被動支護 ” 為 “ 主動支護 ” ? 棚式支護等待圍巖變形、破碎后支撐，承載。 （ 1）可顯著提高巷道支護效果 ? 對不穩(wěn)定巖層起著懸吊作用。確保巷道的安全、快速掘進，確保巷道使用期間的暢通、與圍巖穩(wěn)定，確保巷道的支護與維護成本較低等，是建設(shè)安全高效礦井的一項重要工作，具有重要意義。我國煤礦以井工開采為主，需要在井下開掘大量巷道，而且 80%以上是煤巷、半煤巖巷，或為松軟破碎圍巖巷，或為遇水軟化膨脹圍巖巷。 錨桿支護的優(yōu)越性 與棚式支架相比，錨桿支護具有顯著的優(yōu)越性。 ? 改變了巷道表面巖體的受力狀態(tài)，由二向受力狀態(tài)轉(zhuǎn)化為三向受力狀態(tài)，提高了巖體的承載力。 （ 4）簡化回采工作面端頭支護和超前支護。 （ 8）減少工人的勞動強度 （ 9）減少輔助運輸量 1 錨桿支護技術(shù)的發(fā)展 我國煤礦巷道布置及圍巖條件的變化趨勢 —— 迫切要求發(fā)展錨桿支護 隨著開采深度、開采強度與開采范圍的增加，巷道布置及圍巖出現(xiàn)了以下變化趨勢： （ 1）巖巷向煤巷發(fā)展 ? 傳統(tǒng)的巷道布置方式將開拓巷道和準備巷道布置在巖石中，雖然有利于巷道維護，但帶來一系列問題： 巷道掘進成本高，施工速度慢，增加了許多聯(lián)絡(luò)巷 ；掘進出現(xiàn)大量矸石，給礦井輔助運輸和地面環(huán)境造成極大壓力。隨著綜放開采技術(shù)的大面積推廣，煤頂巷道所占的比重逐年增加。對于回采巷道，拱形斷面給回采工作面端頭支護造成很大困難，阻礙工作面的正常推進。煤層大巷的跨度已經(jīng)超過 6m，斷面超過 25m2；回采巷道寬度也達 5~6m，斷面達 15~20m2；開切眼跨度超 10m，斷面超過 40m2；井底換裝硐室的寬與高均已達到 10m，斷面積為100m2。多巷布置帶來了煤柱留設(shè)、巷道受到二次甚至多次采動影響，增加了巷道維護的難度。預(yù)計在未來 20年我國很多煤礦將進入 1000m~1500m的開采深度。隨著我國 新生代第三紀煤田的開采及老礦井采深的增加 ，復(fù)雜地質(zhì)條件煤礦的數(shù)量和分布范圍將會繼續(xù)增加和擴大。英國在 1872年就采用過金屬錨桿，美國 1900年使用過木錨桿。這類錨桿錨固力低，在不同巖層中的錨固力變化大，支護剛度小，可靠性差，不宜在松軟破碎的巖層中使用。 1958年德國開始研制樹脂錨桿，經(jīng)過一年多的實驗室試驗，埃森采礦研究中心制作了第一批藥卷式樹脂錨固劑，于 1959年在煤礦井下進行試驗， 1961年取得成功。 （ 3） 1970~1980年，管縫式錨桿、脹管式錨桿等全長錨固錨桿研制成功，并在井下得到應(yīng)用。錨索加固技術(shù)也得到了大面積的推廣應(yīng)用。 （ 2）根據(jù)煤礦巷道特點，采用比較合理的錨桿支護設(shè)計方法。 如澳大利亞、英國主要采用樹脂全