【正文】 L=L1+L2+L3 式中 L——錨桿全長； L1——錨桿外露長度，一般取L1＝，L1＝墊板厚度+螺母厚度+（~）m； L2——錨桿的有效長度，m； B——組合拱厚度，由經(jīng)驗(yàn)值：；；（松動圈分類法）； a——錨桿在破裂巖體中的控制角（實(shí)驗(yàn)得效果最好為45176。為了在圍巖中形成一定厚度的擠壓加固拱，錨桿長度應(yīng)大于錨桿間距的兩倍。組合拱理論充分考慮了錨桿支護(hù)的整體作用，在軟巖巷道中得到較為廣泛的應(yīng)用。該理論認(rèn)為：在沿拱形巷道周邊布置錨桿后，在預(yù)緊錨桿力的作用下，每根錨桿都有一定的應(yīng)力作用范圍，只要取合理的錨桿間距，其應(yīng)力作用范圍會相互重疊，從而形成一連續(xù)的擠壓加固帶一即厚度較大的組合拱，該加固帶的厚度是普通砌碹支護(hù)厚度的數(shù)倍。其實(shí)，在水平應(yīng)力較大的巷道中，水平應(yīng)力是頂板破壞、失穩(wěn)的主要原因。它涉及到影響錨桿的眾多因素，目前還沒有一種方法可以比較可靠地估計(jì)有效組合厚度。組合梁充分考慮了錨桿對離層及滑動的約束作用，原理上對錨桿作用分析的比較全面，但是它存在以下明顯缺點(diǎn)。組合梁理論只適合于層狀頂板錨桿支護(hù)的設(shè)計(jì)，對于巷道的幫、底不適用。計(jì)算公式如下：a. 錨桿的長度 式中 l——錨桿長度，m； l1——外露長度，； l2——錨桿的有效長度，m； l3——錨桿的錨固長度，~； L——巷道凈跨度，m； k1——安全系數(shù)；機(jī)掘取2~3，炮掘取3~5，巷道受采動影響取5~6； P——層狀巖石上部的均勻載荷，MPa； ——與組合層數(shù)有關(guān)的系數(shù)；當(dāng)組合巖層數(shù)為3時，分別對應(yīng)0. 7，當(dāng)組合層數(shù)≥4時，； ——巖層抗拉計(jì)算強(qiáng)度，~，MPa； ——原巖水平應(yīng)力，MPa（==，為泊松比）。（3）錨桿錨固長度L3的確定L3 = ~2）錨桿間排距的確定對錨桿支護(hù)巷道，考慮施工工藝通常取間排距相等，錨桿間排距D按下式計(jì)算：D≤3）錨桿直徑的確定錨桿直徑d可按下式計(jì)算：4）錨桿錨固力計(jì)算錨桿錨固力可按下式計(jì)算：式中 Q——錨桿錨固力，t；K——錨桿安全系數(shù)，取2~3；L2——錨桿有效長度，m；r——視密度，t/m3。a. 巖層探測分析儀確定L2b. 普式自然平衡拱理論確定L2巷道頂錨桿有效長度L2的確定：f≥3時，f≤2時，巷道幫錨桿有效長度L2的確定：式中 f——普氏系數(shù)；B——巷道跨度，m； H——巷道掘進(jìn)高度，m； ——內(nèi)摩擦角，（186。（1）錨桿外露長度L1的確定L1=墊板厚度+螺母厚度+（～）m一般L1=。三、煤巷錨桿支護(hù)參數(shù)和設(shè)計(jì)方法的確定錨桿支護(hù)參數(shù)確定方法取決于錨桿支護(hù)理論，錨桿支護(hù)理論不同，錨桿支護(hù)參數(shù)的確定方法也不同。澳大利亞、英國利用對圍巖特性的綜合測量結(jié)果，進(jìn)行支護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。3）實(shí)測法根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際觀測資料，利用巖石力學(xué)原理與數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行巷道支護(hù)的設(shè)計(jì)方法已被許多國家采用。經(jīng)過眾多學(xué)者和科技工作者的長期研究和實(shí)踐，理論設(shè)計(jì)支護(hù)日漸完善，成為很多國內(nèi)外專家巷道支護(hù)設(shè)計(jì)的主要手段?？偨Y(jié)我國近十年多煤巷錨桿支護(hù)的實(shí)踐，并吸取國外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，以工程類比法為主要依據(jù)提出的煤巷錨桿支護(hù)形式及主要支護(hù)參數(shù)選擇見表3。中松動圈II較穩(wěn)定圍巖40~100錨桿懸吊理論噴層局部支護(hù)III一般圍巖100~150錨桿懸吊理論噴層局部支護(hù)剛性支護(hù)有局部破壞大松動圈IV一般穩(wěn)定圍巖（軟巖）150~200錨桿組合拱理論噴層金屬網(wǎng)局部支護(hù)剛性支護(hù)大面積破壞，采用可縮性支護(hù)。經(jīng)過大量的現(xiàn)場松動圈測試及其與巷道支護(hù)難易程度相關(guān)關(guān)系的調(diào)研之后，依據(jù)圍巖松動圈的大小將圍巖分成小松動圈，中松動圈、大松動圈三大類六小類，如表2所示。c. 圍巖松動圈分類圍巖松動圈是一個定量的綜合指標(biāo)，它是建立在對巷道圍巖實(shí)測的基礎(chǔ)上，幾乎不作任何假設(shè)，用現(xiàn)場實(shí)測和模擬試驗(yàn)，研究圍巖狀態(tài)，找出圍巖松動圈這一綜合指標(biāo)，用來作為圍巖分類的依據(jù)。b. 煤礦錨噴支護(hù)圍巖分類為了適應(yīng)巷道錨桿支護(hù)的需要，原煤炭工業(yè)部頒布的《煤炭井巷工程錨噴支護(hù)設(shè)計(jì)試行規(guī)范》制定了煤礦錨桿支護(hù)圍巖分類，見表1。堅(jiān)固性系數(shù)是巖石間相對的堅(jiān)固性在數(shù)量上的表現(xiàn)，它最重要的性質(zhì)在于不論是何種抗力，以及這種抗力是如何引起的，而給予巖石相互之間進(jìn)行比較的可能性。隨著采礦和人們對巖石物理力學(xué)性質(zhì)認(rèn)識的不斷深入，國內(nèi)外圍巖分類研究得到了迅速發(fā)展，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，有影響的圍巖分類有五六十種之多。進(jìn)行圍巖分類后，就可根據(jù)不同類別的巖層，確定不同的支護(hù)形式和參數(shù)。然而，要求每一個設(shè)計(jì)人員都具有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)是不切實(shí)際的。它是根據(jù)已經(jīng)支護(hù)的類似工程的經(jīng)驗(yàn)，通過工程類比，直接提出支護(hù)參數(shù)。目前，我國煤巷支護(hù)設(shè)計(jì)方法大致分為三類，即工程類比法、理論計(jì)算法及實(shí)例法。巷道錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)，首先要對巷道所經(jīng)受采動影響過程及影響程度進(jìn)行準(zhǔn)確的評估，對巷道使用要求和設(shè)計(jì)目標(biāo)要予以準(zhǔn)確定位。錨索一般是錨桿長度的3~5倍，因此除了能夠起到普通錨桿的懸吊作用、組合梁作用、組合拱作用外，還能對巷道圍巖進(jìn)行深部錨固，在實(shí)際應(yīng)用中往往錨桿與錨索配合使用。同時，由于錨索可施加較大的預(yù)緊力，可擠緊巖層中的層理、節(jié)理、裂隙等不連續(xù)面，增加不連續(xù)面之間的摩擦力，從而提高圍巖的整體強(qiáng)度。錨索的作用主要是將錨桿支護(hù)形成的次生承載層與圍巖的關(guān)鍵承載層相連，提高次生承載層的穩(wěn)定性。因此，巷道的兩幫支護(hù)顯得尤為重要。同樣，頂板保持穩(wěn)定、完整也有利于煤幫的穩(wěn)定性和減少變形，兩者是相輔相成的，任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都會影響巷道圍巖的整體穩(wěn)定性。在實(shí)際巷道中，兩者相互影響，共同作為一個支護(hù)系統(tǒng)維護(hù)巷道。若次生承載層能力喪失過大，則煤幫將失穩(wěn)、片落，向巷道內(nèi)移動。若錨桿參數(shù)設(shè)計(jì)合理，能夠保證煤幫的穩(wěn)定性。（3）幫錨桿的后期作用巷道支護(hù)時間加長或受到采動影響，煤幫破壞范圍及移動量都會明顯增加。當(dāng)錨桿深入到煤層穩(wěn)定深度后，錨桿的作用是：將煤層破壞區(qū)域與穩(wěn)定煤層相連，阻止破壞區(qū)域向巷道移動；錨桿給破壞區(qū)煤層提高徑向和切向約束，從而減小煤層破壞區(qū)的擴(kuò)容、松動和滑移，增大其承載能力；破壞區(qū)內(nèi)煤層的切向承載能力增大后，會增加巖層與煤層交界面的摩擦力，有利于阻止煤幫的整體移動。（2）幫錨桿的中期作用在這個階段，由于煤層的流變效應(yīng)，導(dǎo)致破壞范圍逐漸擴(kuò)大，如果不采取支護(hù)，煤層導(dǎo)致片幫，巷道跨度增大。（1）幫錨桿的早期作用巷道開掘初期，煤幫變形和破壞范圍都較小，錨桿的作用在于控制淺部煤層的擴(kuò)容和松動。3）幫錨桿的作用巷道側(cè)幫變形與破壞規(guī)律很多方面同頂板類似。如果僅采用錨桿群支護(hù)，則有可能頂板垮落。對于錨桿錨固端仍處于穩(wěn)定巖層范圍內(nèi)時，只要鋼帶承受的拉力小于其破斷載荷，頂板仍能保持穩(wěn)定，下沉得到有效的控制。（2）鋼帶的中期作用一是阻止錨桿間的危巖垮落；二是阻止其產(chǎn)生較大的擴(kuò)容和離層，提高巖層的承載能力，從而增加次生承載層厚度和承載能力，有利于巷道頂板的穩(wěn)定；三是使錨桿受力趨于均勻，有利于發(fā)揮錨桿支護(hù)的整體作用。只有當(dāng)頂板產(chǎn)生一定變形之后，鋼帶承受的拉力才逐漸增大。其二是次生承載層的承載能力下降過大，造成失穩(wěn)、垮落。（3）錨桿的后期作用當(dāng)巷道支護(hù)時間很長或受到回采影響后，巷道圍巖破壞區(qū)會進(jìn)一步擴(kuò)大，圍巖變形急劇增加，錨桿受力增大。錨桿的工作阻力越大，效果越明顯。此階段主要是由于巖石的流變效應(yīng)，致使隨著時間推移，巖層強(qiáng)度不斷降低，頂板下沉及錨桿受力逐漸加大，最后形成一定范圍的破壞區(qū)，當(dāng)巷道有煤柱時，殘余支承壓力也影響巷道圍巖變形，巷道易破壞。錨桿安裝越及時，預(yù)緊力越大，效果越好。如果在開挖引起的剪應(yīng)力產(chǎn)生前就架設(shè)了全長粘結(jié)式錨桿，則在不連續(xù)面處錨桿較高的剪切剛度將迫使錨桿完全承受開挖二次應(yīng)力的作用，而易于發(fā)揮不連續(xù)面自身抗剪能力，如圖4所示。圖1 錨桿支護(hù)的懸吊作用1——錨桿；2——松散破碎巖層；3——穩(wěn)定巖層圖2 錨桿支護(hù)的組合梁作用圖3 錨桿支護(hù)的加固拱作用1——錨桿；2——加固拱3）加固拱作用對于被縱橫交錯的弱面所切割的塊狀或破裂狀圍巖，如果及時用錨桿加固，就能提高巖體結(jié)構(gòu)弱面的抗剪強(qiáng)度，在圍巖周邊一定厚度的范圍內(nèi)形成一個不僅能維持自身穩(wěn)定，而且能防止其上部圍巖松動和變形的加固拱，從而保持巷道的穩(wěn)定，如圖3所示。在載荷作用下，各層巖石（板）都有各自的單獨(dú)彎距，每層巖石（板）的上下緣分別處在受壓和受拉狀態(tài)。2）組合梁作用在層狀巖層的巷道頂板中，通過錨入一系列的錨桿，將錨桿錨固長度以內(nèi)的薄層巖石組成巖石組合梁，從而提高其承載能力。錨桿支護(hù)作用機(jī)理錨桿支護(hù)的作用機(jī)理有懸吊作用、組合梁作用、加固拱作用和楔固作用等。金屬網(wǎng)所能承受松散巖石的載荷與錨桿間距密