【正文】 較經(jīng)典的公式。此外，不同的開挖順序也可能影響巷道圍巖的穩(wěn)定性。 4 錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法 工程類比設(shè)計(jì)方法 1）根據(jù)已有工程直接提出支護(hù)設(shè)計(jì) —直接類比法 ⑦ 巷道施工技術(shù)。 采動(dòng)影響狀況包括： 采動(dòng)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(dòng)時(shí)間關(guān)系 ，巷道在采動(dòng)影響前掘進(jìn)、采動(dòng)影響過程中掘進(jìn)，還是采動(dòng)影響穩(wěn)定后掘進(jìn)； 采動(dòng)次數(shù) ，一次采動(dòng)影響、二次或多次采動(dòng)影響。巷道特征包括 巷道斷面形狀 (拱形、矩形、梯形、倒梯形等 )，巷道斷面尺寸 (寬度、高度等 )，巷道軸線方向、傾角； 巷道使用條件包括 巷道類型 (大巷、采區(qū)集中巷、工作面回風(fēng)和運(yùn)輸巷、開切眼等 )和巷道服務(wù)年限。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。地應(yīng)力一般分為垂直應(yīng)力與水平應(yīng)力。 4 錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法 工程類比設(shè)計(jì)方法 1）根據(jù)已有工程直接提出支護(hù)設(shè)計(jì) —直接類比法 ④ 地應(yīng)力。 ③地質(zhì)構(gòu)造影響： 地質(zhì)構(gòu)造包括斷層、褶曲、陷落柱等，大型地質(zhì)構(gòu)造對(duì)煤巖體的強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)、應(yīng)力狀態(tài)，對(duì)煤巖體的完整性和穩(wěn)定性都有明顯的影響，對(duì)巷道支護(hù)形式與參數(shù)的選取起關(guān)鍵性作用。因此，進(jìn)行圍巖結(jié)構(gòu)特征比較時(shí)，應(yīng)盡量全面、詳細(xì)。結(jié)構(gòu)面力學(xué)參數(shù)包括：法向剛度、切向剛度；黏聚力與內(nèi)摩擦角等。 4 錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法 工程類比設(shè)計(jì)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(xué)性能。對(duì)于煤礦巷道中常見的泥巖、粉砂巖及頁(yè)巖等巖石，受風(fēng)化影響程度，遇水軟化與膨脹特性都應(yīng)給予足夠重視； 力學(xué)性質(zhì) 包括抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、彈性模量、黏聚力、內(nèi)摩擦角等諸多參數(shù)。巷道頂?shù)装鍛?yīng)取一定范圍的巖層 (如 2倍巷道寬度 )進(jìn)行比較 。因此，已掘巷道與待掘巷道條件的比較與設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)是直接工程類比法應(yīng)用成敗的關(guān)鍵。 4 錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法 工程類比設(shè)計(jì)方法 1）根據(jù)已有工程直接提出支護(hù)設(shè)計(jì) —直接類比法。在借鑒國(guó)外先進(jìn)設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)煤礦巷道的特點(diǎn)，提出了 動(dòng)態(tài)化、信息化的設(shè)計(jì)方法 ，符合煤礦巷道地質(zhì)條件復(fù)雜性、多變性的特點(diǎn)。這種設(shè)計(jì)方法通過對(duì)多個(gè)方案的比較分析，可以選擇得到更好方案。因此，依據(jù)理論計(jì)算所作的設(shè)計(jì)結(jié)果很多情況下只能作為參考。 （ 2） 理論計(jì)算法 ：基于某種錨桿支護(hù)理論，如懸吊理論、組合梁理論及加固拱理論，計(jì)算得出錨桿支護(hù)參數(shù)。 支護(hù)設(shè)計(jì)方法分類 ? 錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)的主要方法可歸納為三大類：工程類比法、理論計(jì)算法和數(shù)值模擬法。 4 錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法 錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)的重要性 ? 支護(hù)設(shè)計(jì)是巷道錨桿支護(hù)中的一項(xiàng)十分重要的工作，對(duì)充分發(fā)揮錨桿支護(hù)的優(yōu)越性和保證巷道安全具有十分重要的意義。如圖所示，有網(wǎng)的情況下，雖然巷道表面圍巖已破壞，但沒有松散、垮落，網(wǎng)作為傳力介質(zhì)，使巷道深部圍巖仍處于三向應(yīng)力狀態(tài)，提高巖體的殘余強(qiáng)度，顯著減小圍巖松散、破碎區(qū)范圍，同時(shí)也保證了錨桿的錨固效果。同時(shí)，將錨桿之間巖層的載荷傳遞給錨桿，形成整體支護(hù)系統(tǒng)。 (2)緊貼巷道表面，提供一定的支護(hù)力 (已有的研究成果表明，我國(guó)現(xiàn)用菱形金屬網(wǎng)，在保證施工質(zhì)量的條件下，可提供 0． 01 MPa的支護(hù)力 /1t其實(shí)，網(wǎng)的作用遠(yuǎn)不止這一個(gè)，特別是在高地應(yīng)力、破碎圍巖條件下，網(wǎng)是錨桿支護(hù)系統(tǒng)中不可缺少的重要部件。 3 錨桿支護(hù)構(gòu)件的作用 鋼帶（鋼筋梯子梁）的作用 ? 分析鋼帶受力的簡(jiǎn)化模型是將兩根錨桿之間的鋼帶段作為一簡(jiǎn)支梁 (見圖 )，采用材料力學(xué)的相關(guān)公式計(jì)算鋼帶受力與變形。 (3)均衡錨桿受力和提高整體支護(hù)作用。 (2)支護(hù)巷道表面和改善圍巖應(yīng)力狀態(tài)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(kuò)散作用。可見錨固劑可提供一定的抗剪能力。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 ?？梢婂^固劑提供的抗拉力遠(yuǎn)小于錨桿桿體。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。當(dāng)曲線下方面積最大時(shí)，錨桿拉拔力達(dá)到最大。隨著拉拔力增加， τ(0)也逐漸增加。 E/8Kdxce)x( ??2121KKKKK??3 錨桿支護(hù)構(gòu)件的作用 錨固劑的作用 （ 1）錨固劑的黏結(jié)作用 由上式可知，錨固起始段處 x=0， τ(0)=c。 )(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(hù)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(fù)指數(shù)曲線 ， 見圖 。 （ 1）錨固劑的黏結(jié)作用 ? 在工程設(shè)計(jì)時(shí)，計(jì)算錨桿拉拔力的簡(jiǎn)化方法是假定錨固劑與桿體、錨固劑與鉆孔孔壁之間的黏結(jié)應(yīng)力沿錨固長(zhǎng)度內(nèi)均勻分布，則錨桿拉拔力可用下式計(jì)算： ? 這種簡(jiǎn)化的方法雖然計(jì)算簡(jiǎn)單，但不符合錨桿拉拔時(shí)黏結(jié)應(yīng)力分布的實(shí)際情況。 3 錨桿支護(hù)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(hù)作用。圖示是有、無托板時(shí)錨桿軸力與剪力分布示意圖。 對(duì)于加長(zhǎng)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(duì)錨桿工作阻力和受力分布又產(chǎn)生影響，提高支護(hù)效果。托板強(qiáng)度不足、安裝質(zhì)量差、受較大偏載都會(huì)顯著降低錨桿的作用。托板的作用可分為兩個(gè)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(kuò)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(dòng)和節(jié)理裂隙的張開，實(shí)現(xiàn)錨桿的主動(dòng)、及時(shí)支護(hù)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。 至于桿體的抗彎能力和抗壓能力是非常小的，可以忽略不計(jì)。 錨桿桿體的作用 ? 對(duì)于錨桿桿體本身來說，由于桿體長(zhǎng)度方向的尺寸遠(yuǎn)大于其他兩個(gè)方向的尺寸，所以力學(xué)上屬于 桿件 。在錨桿強(qiáng)度一定時(shí)，錨桿對(duì)殘余強(qiáng)度的強(qiáng)化作用大于對(duì)極限強(qiáng)度的強(qiáng)化，這對(duì)控制破碎區(qū)圍巖的變形，保持其穩(wěn)定性具有重要作用。 2 錨桿支護(hù)的基本理論 圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論 ? 為描述錨桿對(duì)巖體的強(qiáng)化作用，引入強(qiáng)化系數(shù)，即錨固體的強(qiáng)度與未錨固巖體強(qiáng)度的比值。 2 錨桿支護(hù)理論述評(píng) 圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論 ? 侯朝炯教授等在已有研究成果的基礎(chǔ)上，提出巷道錨桿支護(hù)圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論。 ③ 大松動(dòng)圈 (厚度大于 1 500mm)，錨桿的作用是給松動(dòng)圈內(nèi)破裂圍巖提供約束力，使其恢復(fù)到接近原巖的強(qiáng)度并具有可縮性，采用加固拱理論設(shè)計(jì)錨桿支護(hù)參數(shù)。 根據(jù)松動(dòng)圈的大小，將圍巖分為 3種類型，并給出了相應(yīng)的支護(hù)方式： ① 小松動(dòng)圈 (厚度小于 400mm)，錨桿支護(hù)作用不明顯，只需進(jìn)行噴射混凝土支護(hù)。 ? 圍巖松動(dòng)圈的厚度是圍巖強(qiáng)度與圍巖應(yīng)力的函數(shù)，它是一個(gè)綜合指標(biāo)。圍巖一旦產(chǎn)生松動(dòng)圈，圍巖的最大變形載荷是松動(dòng)圈產(chǎn)生過程中的碎脹變形，圍巖破裂過程中的巖石碎脹變形是支護(hù)的對(duì)象。這也正是錨桿支護(hù)技術(shù)特別強(qiáng)調(diào)高強(qiáng)度、全長(zhǎng)錨固的原因。 2 錨桿支護(hù)理論 最大水平應(yīng)力理論 2 錨桿支護(hù)理論 最大水平應(yīng)力理論 ? 在最大水平應(yīng)力作用下，頂?shù)装鍘r層會(huì)發(fā)生剪切破壞，出現(xiàn)松動(dòng)與錯(cuò)動(dòng)，導(dǎo)致巖層膨脹、變形（頂板下沉與底臌）。 最大水平應(yīng)力理論 ? 最大水平應(yīng)力理論認(rèn)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~。但是這種理論同樣存在一些明顯的缺陷： (1)只是將各錨桿的支護(hù)作用 簡(jiǎn)單相加 ，得出支護(hù)系統(tǒng)的整體承載結(jié)構(gòu)，缺乏對(duì)錨固巖體力學(xué)特性及影響因素的深入研究。錨桿支護(hù)的 作用是形成較大厚度和較大強(qiáng)度的加固拱， 拱的厚度越大，越有利于圍巖的穩(wěn)定。如果沿巷道周邊布置錨桿群，只要錨桿間距足夠小，各錨桿形成的壓應(yīng)力圓錐體將相互交錯(cuò)，就能在巖體中形成一個(gè)均勻的壓縮拱，即承壓拱，這個(gè)承壓拱可以承受其上部 破碎巖石施加的徑向載荷。 (3)只適用于層狀頂板，而且 僅考慮了錨桿對(duì)離層及滑動(dòng)的約束作用 ，沒有涉及錨桿對(duì)巖體強(qiáng)度、變形模量及應(yīng)力分布的影響。 (2)沒有 考慮水平應(yīng)力 對(duì)組合梁強(qiáng)度、穩(wěn)定性及錨桿載荷的作用。 2 錨桿支護(hù)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 。 ? 組合梁所受的最大拉應(yīng)力與疊合梁所受的最大拉應(yīng)力的比值為： ? 組合梁的最大彎曲應(yīng)變?yōu)? ? 組合梁厚度越大，梁的最大應(yīng)變值越小。 ? 組合梁理論適用于層狀巖層。 2 錨桿支護(hù)理論 組合梁理論 ? 組合梁理論認(rèn)為：在層狀巖體中開挖巷道，當(dāng)頂板在一定范圍內(nèi)不存在堅(jiān)硬穩(wěn)定巖層時(shí)，錨桿的懸吊作用居次要地位。 ? 總之，懸吊理論僅考慮了錨桿的被動(dòng)抗拉作用，沒有涉及對(duì)巖體抗剪能力及對(duì)破碎巖層整體強(qiáng)度的改變。 懸吊理論無法解釋在這種條件下錨桿支護(hù)仍然有效的原因。而懸吊理論 沒有考慮錨固圍巖的自承能力 。 (2)錨桿安設(shè)后，由于 巖層變形、離層和破碎 ，會(huì)使 錨桿受力很大 ，而遠(yuǎn)非破碎巖層重量（ 碎脹力 ）。 (圖 b)。 ? 在頂 板 上部有穩(wěn)定巖層 ，而其下部存在松散、破碎巖層的條件下 (圖 a)，這種支護(hù)理論應(yīng)用比較廣泛。 2 錨桿支護(hù)理論 懸吊理論 錨桿支護(hù)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。逐步認(rèn)識(shí)到 預(yù)緊力在錨桿支護(hù)中的決定性作用，錨桿對(duì)圍巖強(qiáng)度的強(qiáng)化作用，錨桿對(duì)圍巖結(jié)構(gòu)面離層、滑動(dòng)、節(jié)理裂隙張開等擴(kuò)容變形的約束作用，以及保持圍巖完整性的重要作用 。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。到目前為止，已提出了多達(dá) 十幾種 錨桿支護(hù)理論，如 懸吊理論、組合梁理論及加固拱理論 等等。 促進(jìn)了錨桿支護(hù)技術(shù)的健康發(fā)展。 （ 9） 開發(fā)出了 巷道圍巖地質(zhì)力學(xué)快速原位測(cè)試系統(tǒng) ，包括地應(yīng)力（水壓致裂地應(yīng)力測(cè)試）、圍巖強(qiáng)度（根據(jù)頂針壓破鉆孔孔壁的臨界壓力計(jì)算）及圍巖結(jié)構(gòu)測(cè)定裝置（電子鉆孔窺視儀），實(shí)現(xiàn)了井下巷道圍巖地質(zhì)力學(xué)參數(shù)的快速、經(jīng)濟(jì)、大面積測(cè)量。頂板離層指示儀、測(cè)力錨桿、錨桿（索）測(cè)力計(jì)等監(jiān)測(cè)儀器得到推廣應(yīng)用，在判斷支護(hù)設(shè)計(jì)合理性、圍巖穩(wěn)定性與巷道安全性方面起到了重要作用。 1 錨桿支護(hù)技術(shù)的發(fā)展 我國(guó)煤礦錨桿支護(hù)的主要新成果 （ 6） 立足我國(guó)煤礦現(xiàn)有的掘進(jìn)裝備，形成了一套綜掘機(jī)配單體錨桿鉆機(jī)的 煤巷快速掘進(jìn)施工工藝 ，使煤巷錨桿支護(hù)單進(jìn)水平有了較大提高。 （ 4） 單體風(fēng)動(dòng)和液壓錨桿 鉆機(jī) 、手持式錨桿鉆機(jī)的性能指標(biāo)達(dá)到了國(guó)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(hù)的要求，結(jié)束了錨桿鉆機(jī)主要靠進(jìn)口的歷史。 （ 3） 開發(fā)出了高強(qiáng)度、高剛度樹脂錨固錨桿支護(hù) 材料 ，實(shí)現(xiàn)了煤礦巷道支護(hù)材料的跨越式發(fā)展。 1 錨桿支護(hù)技術(shù)的發(fā)展 我國(guó)煤礦錨桿支護(hù)的主要新成果 （ 2）動(dòng)態(tài)性、系統(tǒng)性、信息性的錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法得到普遍認(rèn)可與應(yīng)用 ? 認(rèn)為錨桿支護(hù) 設(shè)計(jì) 不是一次完成的，而是一個(gè)動(dòng)態(tài)的、系統(tǒng)的過程，設(shè)計(jì)應(yīng)充分利用每個(gè)過程中提供的信息，實(shí)時(shí)進(jìn)行信息收集、信息分析與信息反饋。 ⑥ 錨索的作用主要有兩個(gè)方面： 一是 將錨桿形成的次生承載結(jié)構(gòu)與深部圍巖相連，提高次生承載結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；二是 錨索施加較大預(yù)緊力，擠壓和壓密巖層中的層理、節(jié)理裂隙等不連續(xù)面，增加不連續(xù)面之間的抗剪力，從而提高圍巖的整體強(qiáng)度。 1 錨桿支護(hù)技術(shù)的發(fā)展 我國(guó)煤礦錨桿支護(hù)的主要新成果 （ 1）深化了對(duì)錨桿支護(hù)作用機(jī)理的認(rèn)識(shí) ⑤ 在復(fù)雜與困難條件下，采用高預(yù)應(yīng)力、強(qiáng)力錨桿組合支護(hù)系統(tǒng)，同時(shí)要求支護(hù)系統(tǒng)有一定的延伸量。單根錨桿預(yù)應(yīng)力的作用范圍很有限，必須通過托板、鋼帶（鋼筋梯子梁）和金屬網(wǎng)等構(gòu)件將預(yù)應(yīng)力擴(kuò)散到離錨桿更遠(yuǎn)的圍巖中。當(dāng)然，較高的預(yù)應(yīng)力要求錨桿具有較高的強(qiáng)度。 ③ 錨桿支護(hù)的剛度十分重要，其中錨桿 預(yù)應(yīng)力 起著決定性作用。通過進(jìn)一步的實(shí)測(cè)和計(jì)算，有了新的認(rèn)識(shí)： ①錨桿支護(hù)的主要作用在于控制錨固區(qū)圍巖的離層、滑動(dòng)、裂隙張開、新裂隙產(chǎn)生等擴(kuò)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(qiáng)度和穩(wěn)定性。概括起來，有以下主要成果。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(qiáng)度的增大，要求的巷道斷面越來越大。 1 錨桿支護(hù)技術(shù)的發(fā)展 我國(guó)煤礦錨桿支護(hù)的主要新成果 ? 我國(guó)錨桿支護(hù)技術(shù)經(jīng)歷了低強(qiáng)度錨桿 —高強(qiáng)度錨桿 —高預(yù)應(yīng)力和強(qiáng)力錨桿支護(hù)的發(fā)展階段。 ?特別是 1996~1997年 ，我國(guó)引進(jìn)了澳大