【正文】 長度 m N— 圍巖影響系數(shù)（按表 1選取） 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 頂板錨桿長度： L=2+幫錨桿長度： 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。 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：單體錨桿 端錨：桿體直徑：≥ 16mm 錨桿長度： ~ 間排距： ~ 設(shè)計錨固力：≥ 64KN Ⅱ 穩(wěn)定 頂板較完整：單體錨桿 頂板較破碎：錨桿 +網(wǎng) 端錨：桿體直徑： 16~18mm 錨桿長度： ~ 間排距： ~ 設(shè)計錨固力： 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 錨桿長度： ~ 間排距： ~ 設(shè)計錨固力： 64~80KN 端錨或全長錨 固： 桿體直徑： 18~22mm 錨桿長度： ~ 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 全長錨固：桿體直徑： 18~22mm 錨桿長度： ~ 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 全長錨固：桿體直徑： 18~24mm 錨桿長度： ~ 間排距： ~ （ 2）關(guān)于煤巷圍巖穩(wěn)定性分類計算機(jī)程序簡介 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。 （ 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。通過計算確定錨桿支護(hù)參數(shù)。 （ 3）錨桿間排距 當(dāng)錨桿間排距相等時，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)生離層和相對滑動。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。但是，由于圍巖地質(zhì)條件復(fù)雜多變，各種理論對錨桿支護(hù)作用的機(jī)理的認(rèn)識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算結(jié)果的準(zhǔn)確性，因此，理論計算法的設(shè)計結(jié)果只能作為參考，把理論計算與其他方式的設(shè)計參數(shù)相互參照，就能獲得理 想的設(shè)計方案。 有限元法主要適用于模擬連續(xù)介質(zhì)。 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和破壞。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，惡性冒頂事故時有發(fā)生。 20 世紀(jì) 70 年代，美國首次將漲殼式錨頭與樹脂錨固劑聯(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。這種錨桿，實(shí)現(xiàn)了真真意義上的“主動支護(hù)”。 m，預(yù)緊力僅為 15~20KN，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實(shí)際需要，且我國錨桿加工制造工藝粗糙，基本上沒有考慮 減少摩擦力問題，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。 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。 ①保證錨固區(qū)內(nèi)形成穩(wěn)定的承載結(jié)構(gòu)。 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。 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。 對于端部錨固錨桿，錨桿拉力除錨固端外，沿長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桿體的強(qiáng)度上，導(dǎo)致桿體受力對圍巖變形和離層不敏感。 加長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。 （ 1）錨桿支護(hù)密度 錨桿支護(hù)密度涉及兩個參數(shù)：錨桿間距與排距，通過研究不同錨桿間距的預(yù)應(yīng)力場分布，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)，主動支護(hù)效果較差。實(shí)踐證明，通過提高錨桿預(yù)緊力、直徑、強(qiáng)度，可以增大錨桿間排距。角的方式并不能阻止頂板整體切落，傾斜錨桿與鋼帶構(gòu)成的兜狀結(jié)構(gòu)也不能有效防止頂板冒落。組合構(gòu)件在錨桿支護(hù)系統(tǒng)中起著不可忽視的重要作用，對組合構(gòu)件有以下要求： ①有一定的護(hù)表面積、強(qiáng)度和剛度，起到擴(kuò)散錨桿預(yù)緊力，擴(kuò)大錨桿作用范圍，以及均衡錨桿受力，提高整體支護(hù)能力的作用。 b、 W 形鋼帶是由鋼板壓制成形的組合構(gòu)件。鋼筋焊接網(wǎng)強(qiáng)度與剛度大，護(hù)表能力強(qiáng)，可有效擴(kuò)大錨桿作用范圍，提高支護(hù)系統(tǒng)的整體效果。對上述參數(shù)的確定提出如下參考意見： （ 1）錨索長度。 為了確保錨索錨固力滿足預(yù)緊力的需要，必須保證足夠的錨固長度，經(jīng)過大量的實(shí)踐總結(jié)，錨索樹脂錨固長度最小不能低于 ，一般應(yīng)為 ~。 由于錨索施加較大的預(yù)緊力，宜采用高強(qiáng)、較大直徑錨索，保證錨索的支護(hù)加固能力。 （ 2）錨網(wǎng)支護(hù) 錨網(wǎng)支護(hù)是在單體錨桿群支護(hù)的基礎(chǔ)上增加了護(hù)表構(gòu)件 — 網(wǎng)。 （ 5）錨梁（帶）網(wǎng)索結(jié)構(gòu) 在錨梁（帶）網(wǎng)支護(hù)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加了錨索支護(hù)。 （ 1）圓鋼錨桿桿體的力學(xué)性能，見表 7 表 7 圓鋼錨桿桿體的力學(xué)性能 桿體直徑 （ mm） 截面積 (mm2) Q235 A5 屈服載荷(KN) 拉斷載荷 (KN) 屈服載荷 (KN) 拉斷載荷 (KN) 14 16 18 20 22 普通圓鋼粘結(jié)式錨桿主要存在以下缺點(diǎn)： ①桿體強(qiáng)度低， Q235圓鋼的屈服強(qiáng)度只有 240MPa，抗拉強(qiáng)度也只有 380 Mpa。國外使用的錨桿桿體材質(zhì)其屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度更高，因此，更有利于提高錨桿的預(yù)緊力，因此，安全性能更好。 螺母有多種類型，如圖（ 5— 2）所示：從工作原理螺母可分為普通螺母和快速安裝扭矩螺母兩大類。 實(shí)踐證明，拱形托板具有良好的力學(xué)性能。 表 11 鋼筋托梁規(guī)格與力學(xué)參數(shù) 鋼筋直徑 （ mm） 托梁寬度 (mm) 托架寬度（加強(qiáng)筋） (mm) 截面積 (mm2) 屈服載荷 (KN) 拉斷載荷 (KN) 單位長度質(zhì)量 (Kg/m） 10 60— 100 600— 1000 12 14 13 18 注：鋼材為 Q235，屈服強(qiáng)度б s=240Mpa，抗拉強(qiáng)度б b=380Mpa，托梁寬度 80mm，每米一個托架。采用適當(dāng)加大鋼帶厚度，或選用強(qiáng)度更高的鋼材可以解決這個問題。 表 13 1179。錨桿支護(hù)屬于隱蔽性工程，支護(hù)設(shè)計不合理或施工質(zhì)量不好都可能導(dǎo)致不安全事故的發(fā)生，因 此，除了嚴(yán)格按設(shè)計和作業(yè)規(guī)程組織施工外，還必須進(jìn)行施工質(zhì)量的檢測，確保施工質(zhì)量符合設(shè)計和規(guī)程要求，同時，要及時監(jiān)測巷道圍巖應(yīng)力的變化和錨桿受力及分布，以獲得支護(hù)體和圍巖位移和應(yīng)力變化的信息，判斷圍巖的穩(wěn)定性，驗(yàn)證錨桿支護(hù)設(shè)計的合理性，從而為進(jìn)一步完善和修改設(shè)計提供科學(xué)依據(jù)。 測量錨桿拉拔力最常用的是錨桿拉拔器，該儀器有多種型號，選擇時應(yīng)注意儀器的型號。 除了正常施工的巷道，應(yīng)按上述要求進(jìn)行錨桿拉拔試驗(yàn)，有下列情況之一時，必須進(jìn)行錨桿拉拔試驗(yàn)： ①錨桿支護(hù)設(shè)計發(fā)生變更。 實(shí)踐證明，預(yù)緊力會隨著錨桿安裝后時間的加長而發(fā)生變化。一般允許誤差為177。 ②錨索預(yù)緊力檢測采用張拉設(shè)備對已安裝的錨索進(jìn)行。監(jiān)測時測讀 AO、AB 值和 CO、 CD值，也可測量 AC、 AD、 CB、 DB值。目前該指示儀有多家廠家生產(chǎn)，如煤炭科學(xué)研究總院的 LBY3 型、 LBY1 型，常州常武安全儀器廠生產(chǎn)的 LBY型、 WBY10型、 WWJ3型、 DLY 型等，其中 LBY1型頂板離層指示儀帶有離層超限聲光報警功能。目前國內(nèi)煤礦采用機(jī)械式多點(diǎn)位移計較多，近年來，電測多點(diǎn)位移計和聲波多點(diǎn)位移計也有不少應(yīng)用，均取得良好的監(jiān)測效果。安裝時，將液壓枕的圓孔套入錨桿（索），置于錨桿（索）托板以下，再加一托板，擰緊螺母即完成安裝，錨桿受力后擠壓托板，托板將壓力傳遞到液壓枕上，引起液壓枕內(nèi)油壓增高，油壓表讀出壓力值。電阻應(yīng)變片作。 表 16 是煤科總院北京建井研究所開發(fā)的圓環(huán)形錨桿（索）測力計主要技術(shù)參數(shù)。有關(guān)多點(diǎn)位移計的結(jié)構(gòu)、安裝、使用以及監(jiān)測數(shù)據(jù)的整理本文不作詳細(xì)論述，使用者可參考有關(guān)資料。淺部基點(diǎn)設(shè)置在錨桿端部位置，深部基點(diǎn)設(shè)置在比較穩(wěn) 定的深部圍巖中（見安設(shè)示意圖 6— 2）。根據(jù)圍巖穩(wěn)定性情況，也可根據(jù)實(shí)際需要，加密或加大觀測間隔時間。 ③錨索間排距、安裝角度、外露長度等每 班進(jìn)行檢測。 ④錨桿外露長度檢測：一般要求錨桿外露長度不大于 50mm，但在井下實(shí)際操作時，特別是錨桿預(yù)緊力較高，圍巖松散破碎時，為了達(dá)到設(shè)計的預(yù)緊力，有可能導(dǎo)致錨桿外露長度超標(biāo)，這種情況下，主要以達(dá)到預(yù)緊力為主，不 能過分強(qiáng)調(diào)外露長度。 （ 3）錨桿支護(hù)幾何參數(shù)與安裝質(zhì)量檢測 錨桿支護(hù)幾何參數(shù)包括錨桿間排距、錨桿安裝角度、錨桿外露長度等，錨桿幾 何參數(shù)應(yīng)符合以下要求： ①錨桿幾何參數(shù)檢測驗(yàn)收由班組完成。 ③巷道圍巖地質(zhì)條件發(fā)生較大變化，如遇斷層、破碎帶、褶曲等地質(zhì)構(gòu)造，巷道頂板出現(xiàn)較大淋水等，發(fā)現(xiàn)問題，須采取相應(yīng)技術(shù)措施。在此不對拉拔器作詳細(xì) 介紹。錨固性能主要指錨固力；安裝質(zhì)量主要包括錨桿預(yù)緊力、幾何參數(shù)、托板、鋼帶及金屬網(wǎng)的安裝質(zhì)量等。為此，近年來，國內(nèi)又研制成功了更大直徑的鋼絞線，并且鋼絞線的結(jié)構(gòu)也有很大改進(jìn)，不僅顯著提高了索體的拉斷力，而且使索體直徑與鉆孔直徑的配合更加合理，現(xiàn)已在很多煤礦推廣應(yīng)用，取得了明顯的支護(hù)效果。錨索的特點(diǎn)是錨固深度大，承載能力高，可施加較大的預(yù)緊力，因而可以獲得比較理想的支護(hù)效果。由于鋼帶在冷彎成型過程中的硬化效應(yīng)，可使鋼帶強(qiáng)度提高 10%~15%， W 型鋼帶的幾何型狀和力學(xué)性能使其具有較好的支護(hù)效果，是一種性能比較優(yōu)越的錨桿組合構(gòu)件，其優(yōu)點(diǎn)主要為以下幾點(diǎn)： ①護(hù)表面積大，護(hù)表作用強(qiáng)，有利于錨桿預(yù)緊力擴(kuò)散和錨桿作用范圍擴(kuò)大。 (5)鋼筋托梁（梯子梁） 現(xiàn)集團(tuán)公司尚有一些礦采用鋼筋托梁作為錨桿支護(hù)的護(hù)表構(gòu)件。 圖 5— 2 螺母類型 (4)托板 錨桿托板的作用主要有兩方面：一是通過螺母施加扭矩，壓緊托板給 螺母提供預(yù)緊力，并使預(yù)緊力擴(kuò)散，擴(kuò)大錨桿的作用范圍；二是圍巖變形后載荷作用于托板，通過托板將載荷傳遞到錨桿桿體，增大錨桿工作阻力，進(jìn)而控制圍巖變形。 (3)螺母 螺母是錨桿的主要組成部分，其作用主要有兩方面：一是通過擰緊螺母壓緊托板給錨桿施加預(yù)應(yīng)力；二是圍巖變形后通過托板、螺母傳遞到桿體，桿體工作阻力增大，控制圍巖變形。 ③錨桿尾部螺紋部分直徑比桿體小，因此，承載能力小于桿體，麻花端截面積也小于桿體截面積，導(dǎo)致桿體不等強(qiáng)。這種支護(hù)形式適用于復(fù)雜困難條件巷道，包括大斷面巷道、放頂煤開采的全煤巷道、復(fù)合頂板和松軟破碎圍巖巷道、高地應(yīng)力巷道、受采動和地質(zhì)構(gòu)造影響的巷道等。 （ 3）錨梁（帶）支護(hù) 錨梁（帶）支護(hù)是指采用鋼筋托梁、鋼帶、鋼梁等構(gòu)件將錨桿組合起來的支護(hù)形式。 考慮到托板、錨具和張拉機(jī)具的要求，外露長度一般控制在 300mm 左右，外露過長會造成浪費(fèi)。 錨索間、排距應(yīng)結(jié)合錨索預(yù)緊力選取，以與錨桿形成