煤礦巷道錨桿支護技術及其發(fā)展課件

1、錨桿支護理論與技術及安全問題太原理工大學采礦工藝研究所康天合 教授 博士生導師2009-12錨桿支護理論與技術及安全問題太原理工大學采礦工藝研究所主要內容錨桿支護技術的發(fā)展錨桿支護技術述評錨桿支護構件的作用錨桿支護設計方法錨桿與錨索施工工藝影響錨桿支護效果的關鍵因素分析錨桿支護巷道冒頂成因及其對策我國煤礦錨桿支護技術的進一步發(fā)展（展望）一個礦井巷道錨桿支護設計與監(jiān)測實例介紹主要內容錨桿支護技術的發(fā)展1 錨桿支護技術的發(fā)展1.1 巷道支護的重要性巷道支護是煤礦安全生產的重要保證，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

2、巖巷。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，是建設安全高效礦井的一項重要工作，具有重要意義。1.2 巷道支護技術的發(fā)展煤礦巷道支護經歷了木支護、砌碹支護、型鋼支護到錨桿支護的漫長過程。國內外的實踐證明，錨桿支護是巷道經濟、有效的支護形式。1.3 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。（1）可顯著提高巷道支護效果錨桿與巖體粘結在一起，提高了巖體的整體性。對不穩(wěn)定巖層起著懸吊作用。 由于預緊力的作用，形成壓縮巖梁，阻止了層狀巖體的離層作用，增大了巖層間的摩擦力，與錨桿本身的抗剪作用一起，阻止巖層間產生相對滑動，提高了巖層

3、的承載能力（納鞋底）。改變了巷道表面巖體的受力狀態(tài)，由二向受力狀態(tài)轉化為三向受力狀態(tài)，提高了巖體的承載力。1 錨桿支護技術的發(fā)展1.1 巷道支護的重要性1 錨桿支護技術的發(fā)展1.3 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。錨桿支護利用錨固劑、桿體、托板及各種構件或噴層，給圍巖一定的支護強度，與圍巖共同組成支護體系，并且隨圍巖變形，支護力不斷增加。（3）減少巷道維修量錨桿支護能及時加固圍巖，減少圍巖變形，防止頂板早期離層和片幫。（4）簡化工作面端頭支護和超前支護。為采煤工作面的快速推進、產量與效益的提高創(chuàng)造良好條件。 （5）提高掘進速度（6）消除

4、安全隱患棚架與頂板煤層之間出現空隙，易造成煤自燃；大斷面開切眼中安裝、回撤棚架和工作面上下順槽回撤支架時，易發(fā)生大面積冒落或傷亡事故。（7）降低支護成本采用錨桿支護，可以大量地節(jié)約鋼材、木材等材料，降低支護成本。（8）減少工人的勞動強度 （9）減少輔助運輸量1 錨桿支護技術的發(fā)展1.3 錨桿支護的優(yōu)越性1 錨桿支護技術的發(fā)展1.4 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、強度與范圍的增加，巷道布置及圍巖出現了以下變化趨勢：（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

5、了許多聯絡巷；掘進出現大量矸石，給礦井輔助運輸造成極大壓力。隨著巷道支護技術的發(fā)展與支護水平的提高，巖巷布置已逐步轉變?yōu)槊合锊贾?。特別是現代化礦井，巖巷占的比例已經很少。大量使用煤巷雖然增加了巷道支護難度，但帶來了很多優(yōu)點：顯著降低了巷道掘進費用，大大提高了施工速度，縮短了礦井建設周期，巷道掘進出煤，增加了經濟效益，減少了矸石排出量。錨桿支護利用錨固劑、桿體、托板及各種構件或噴層，給圍巖一定的支護強度，與圍巖共同組成支護體系，并且隨圍巖變形，支護力不斷增加。（2）巖石頂板煤巷向煤層頂板巷道和全煤巷道發(fā)展綜采放頂煤工作面要求回采巷道沿煤層底板掘進，巷道頂板是煤。隨著綜放開采技術的大面積推廣，煤頂

6、巷道所占的比重逐年增加。一般情況下，煤相對于巖石比較松軟、破碎，顯著增加了巷道支護難度。此外對于特厚煤層開采和急傾斜煤層水平分層開采等條件，不僅巷道頂板與兩幫為煤層，有時底板也是煤層，屬全煤巷道，支護難度進一步加大。（3）巷道從拱形斷面向矩形斷面發(fā)展拱形斷面雖然能夠改善巷道受力狀態(tài)，有利于巷道支護，但拱形巷道施工工藝比較復雜，成巷速度低，有時還需要破壞頂板，出現矸石。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。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。另外，在層狀破碎頂板條件下，巷道兩拱部的巖石不僅不能起到承載作用，還會成為支護的載

7、荷。1 錨桿支護技術的發(fā)展1.4 我國煤礦巷道布置及圍巖1 錨桿支護技術的發(fā)展1.4 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（4）巷道從小斷面向大斷面發(fā)展隨著回采工作面設備的大型化，開采強度與產量的大幅度提高，為了保證正常的運輸、通風及行人，要求的巷道斷面越來越大。煤層大巷的跨度已經超過6m，斷面超過25m2；回采巷道寬度也達56m，斷面達1520m2；開切眼跨度達到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。巷道斷面積的增大，顯著增加了支護難度。（5）由單巷布置向多巷發(fā)展回采工作面開采強度和產量越來越大，要求的運輸、通風斷面逐年增加。特

8、別是高瓦斯礦井，往往單巷布置不能滿足生產要求，出現了一個工作面布置35條，甚至更多巷道的多巷布置方式。多巷布置帶來了煤柱留設、巷道受到二次甚至多次采動影響，增加了巷道維護的難度。（6）巷道埋深從淺部向深部發(fā)展我國煤礦開采深度以812m/a的速度增加。新汶、淄博、開灤、徐州等礦區(qū)的開采深度已超過1000m，出現了一批千米深井。煤炭開采技術的進步促進了高產高效礦井的發(fā)展，進一步加速了礦井深度的增加。預計在未來20年我國很多煤礦將進入1000m1500m的開采深度。深部開采將帶來一系列高地應力巷道支護難題，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。1 錨桿支護技術的發(fā)展1.4 我國煤

9、礦巷道布置及圍巖1 錨桿支護技術的發(fā)展1.4 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（7）簡單地質條件向復雜地質條件發(fā)展我國煤礦煤系地層中具有復雜地質條件的礦井分布十分廣泛。北起黑龍江、內蒙古，南到廣東、廣西，東起山東、浙江，西到新疆、青海等廣大遼闊的幅員內有復雜地質條件的礦井遍布全國各主要產煤省區(qū)，近半數的礦區(qū)存在地質條件復雜的礦井。隨著我國新生代第三紀煤田的開采及老礦井采深的增加，復雜地質條件煤礦的數量和分布范圍將會繼續(xù)增加和擴大。復雜地質條件巷道圍巖穩(wěn)定性差、圍巖變形和破壞嚴重，巷道維護十分困難。有的復雜地質條件礦井，每米巷道的支護費用已高達12萬元，嚴重影響了煤礦的正

10、常生產和經濟效益的提高。1 錨桿支護技術的發(fā)展1.4 我國煤礦巷道布置及圍巖1 錨桿支護技術的發(fā)展1.5 國外錨桿支護技術的發(fā)展100多年前，國外一些礦山就開始應用錨桿支護。英國在1872年就采用過金屬錨桿，美國1900年使用過木錨桿。地下工程中大量采用錨桿支護是在20世紀40年代末期。此后，錨桿支護在煤礦、非煤礦山、隧道及其他巖土工程中得到迅速發(fā)展，成為一種極具發(fā)展前景的支護方式。從錨桿支護形式的發(fā)展過程分，可分為以下幾個階段：（1）1950年1960年，錨桿型式主要是機械端部錨固錨桿，分楔縫式、倒楔式、漲殼式等。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

11、破碎的巖層中使用。由于這些弊端，導致了英國、法國等國家在使用錨桿支護過程中出現過反復。如英國煤礦在1957年使用了約50萬根錨桿，法國煤礦用量也較大，但到20世紀60年代初，錨桿用量大幅度降低。1 錨桿支護技術的發(fā)展1.5 國外錨桿支護技術的發(fā)展1 錨桿支護技術的發(fā)展1.5 國外錨桿支護技術的發(fā)展（2）1960年1970年，樹脂錨桿研制成功，并得到推廣應用。1958年德國開始研制樹脂錨桿，經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。之后樹脂錨桿在世界主要采煤國家逐步得到應用和發(fā)展。初期樹脂錨桿為端部樹脂錨固，錨桿孔徑

12、較大（3845mm），以后發(fā)展到小孔徑（ 2230mm）全長錨固樹脂錨桿。這種錨桿錨固力大、可靠性高、適應性強，極大地促進了錨桿支護技術的發(fā)展與廣泛應用。（3）19701980年，管縫式錨桿、脹管式錨桿等全長錨固錨桿研制成功，并在井下得到應用。但是管縫式錨桿、脹管式錨桿在井下容易銹蝕，錨固力受鋼材質量、圍巖性質、鉆孔直徑等因素影響較大，施工工藝比較復雜，錨固質量難以保證，只能在適宜的條件下使用。（4）19801990年，錨桿支護形式更加多樣化，出現了混合錨固錨桿、鋼帶式組合錨桿、桁架錨桿、可拉伸錨桿、錨注錨桿等特種錨桿，錨索加固技術也得到了應用，樹脂錨桿材料得到了進一步改進與提高。1 錨桿支護

13、技術的發(fā)展1.5 國外錨桿支護技術的發(fā)展1 錨桿支護技術的發(fā)展1.5 國外錨桿支護技術的發(fā)展（5）20世紀90年代以來，高強度樹脂錨固錨桿以其優(yōu)越的錨固效果和簡便的施工工藝，逐步取代了其他類型的錨桿，成為錨桿支護的主導型式。錨索加固技術也得到了大面積的推廣應用。1.6 國外錨桿支護技術發(fā)展的主要特點（1）十分重視巷道圍巖地質力學參數的測試，對支護對象有比較清楚地了解。如美國、澳大利亞、英國等在錨桿支護設計前，要進行全面、詳細的地應力、圍巖強度和圍巖結構面力學特征的測量，分析巷道應力場分布特征，巷道圍巖變形破壞的主要影響因素。這是錨桿支護成功的必要前提。（2）根據煤礦巷道特點，采用比較合理的錨桿

14、支護設計方法。如澳大利亞、英國等采用“地質力學評估初始支護設計井下施工與監(jiān)測信息反饋與修改設計日常監(jiān)測”的設計方法。這種方法符合煤礦巷道地質條件復雜性與多變性的特點，因此得到國際上的普遍認可和采用。（3）根據本國巷道地質與生產條件，采用適宜的錨桿形式。如澳大利亞、英國主要采用樹脂全長錨固螺紋鋼錨桿。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。德國除使用樹脂錨固錨桿外，還研制了可拉伸錨桿，使錨桿既具有足夠的支護阻力，又有一定的延伸性，適應圍巖變形強烈的條件。1 錨桿支護技術的發(fā)展1.5 國外錨桿支護技術的發(fā)展1 錨桿支護技術的發(fā)展1.5 國外錨桿支護技術發(fā)展的主要特點（

15、4）錨桿向高強度、高可靠性方向發(fā)展。一方面，研制具有一定延伸率的高強度錨桿材料，如澳大利亞錨桿桿體材料的屈服強度在400600MPa，有的甚至大于600MPa；英國錨桿材料的屈服強度為640720MPa；美國錨桿材料的屈服強度為414689MPa；另一方面加大錨桿直徑，國外多數使用2022mm的錨桿，有的達到24mm。錨桿桿體的拉斷載荷一般在200kN以上，有的甚至超過300kN。英國還研制出拉斷載荷500kN的大錨桿。在提高錨桿強度的條件下，降低支護密度，有利于快速掘進。（5）先進的錨桿施工機具不僅保證了支護質量，而且提高了成巷速度，促進了錨桿支護技術的發(fā)展。澳大利亞、美國大量采用掘錨聯合機

16、組，實現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。同時，單體錨桿鉆機、鉆頭鉆桿及快速安裝系統(tǒng)也有較快發(fā)展，基本滿足了錨桿支護施工的要求。1 錨桿支護技術的發(fā)展1.5 國外錨桿支護技術發(fā)展的1 錨桿支護技術的發(fā)展1.5 國外錨桿支護技術發(fā)展的主要特點（6）錨桿支護監(jiān)測儀器與技術保證了巷道安全。開發(fā)出頂板離層指示儀、聲波多點位移計、測力錨桿等監(jiān)測錨桿支護巷道圍巖變形、離層、支護體受力的儀器，及時、準確地監(jiān)測圍巖穩(wěn)定性與支護狀況，確保巷道的安全。（7）采用科學、嚴格的管理，制訂了錨桿支護材料標準、錨桿支護技術規(guī)范，促進了錨桿支護技術的健康發(fā)展。1 錨桿支護技術的發(fā)展1.5 國外錨桿支護

17、技術發(fā)展的1.7 我國煤礦錨桿支護技術的發(fā)展（1）1956年在煤礦巖巷中使用錨桿支護。（2）1960S錨桿支護進入采區(qū)，但由于煤層巷道圍巖松軟，受采動影響后圍巖變形量大，對支護要求很高，加之錨桿支護理論、設計方法、錨桿材料、施工機具、監(jiān)測手段等還不夠完善，因而事故頻發(fā)，發(fā)展緩慢。（3）“八五”期間，原煤炭工業(yè)部把煤巷錨桿支護技術作為重點項目進行攻關，取得了一大批水平較高的科研成果，并應用于新汶、鐵法、兗州、峰峰、淮南等多個礦區(qū)。基本上解決了一般條件下的巷道支護問題。但對于困難條件，如復合頂板、破碎頂板、煤層頂板巷道，以及沿空掘巷、沿空留巷等，錨桿支護的可行性和適用性還沒有得到深入細致的研究。1

18、 錨桿支護技術的發(fā)展1.7 我國煤礦錨桿支護技術的發(fā)展1 錨桿支護技術的發(fā)展1.7 我國煤礦錨桿支護技術的發(fā)展（4）“九五”期間，原煤炭工業(yè)部將“錨桿支護”列為煤炭工業(yè)科技發(fā)展的五個重點項目之一，展開了更深入、細致的試驗研究。經過教學、科研和生產單位的聯合攻關，煤巷錨桿支護技術有了很大提高，取得了很多寶貴經驗，主要有：單體錨桿支護，錨梁網組合支護，桁架錨桿支護，軟巖巷道錨桿支護，深井巷道錨桿支護，沿空巷道錨桿支護，可伸長錨桿，電動、風動和液壓錨桿鉆機，錨桿支護檢測與監(jiān)測儀器等。特別是20192019年，我國引進了澳大利亞錨桿支護技術，在邢臺礦務局進行了現場演示，并完成了與錨桿支護技術相關的15

19、個項目，使我國的煤巷錨桿支護技術有了較大的提高。同時，困難條件下的錨桿-錨索支護技術得到了應用，并取得了令人滿意的支護效果和經濟效益。1 錨桿支護技術的發(fā)展1.7 我國煤礦錨桿支護技術的發(fā)展1 錨桿支護技術的發(fā)展1.8 我國煤礦錨桿支護的主要新成果我國錨桿支護技術經歷了低強度錨桿高強度錨桿高預應力和強力錨桿支護的發(fā)展階段。錨桿支護應用初期，由于支護強度與剛度低，缺乏科學的支護理論和設計方法，支護材料、施工機具技術性能和配套性差，監(jiān)測儀器不完善，因而支護質量不能保證，出現了多起冒頂死亡事故。隨著綜采放頂煤開采技術的廣泛應用和礦井向深部延伸，出現了一系列復雜困難條件，包括全煤巷道、沿空掘巷、極破碎

20、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。為了解決這些巷道支護難題，在引進、消化吸收國外先進技術的基礎上，經過集中攻關，提出了針對我國煤礦條件的高預應力、強力支護理論，開發(fā)了強力錨桿、錨索支護系統(tǒng)，提高了巷道支護效果與安全性，并有利于巷道快速掘進，使煤巷錨桿支護技術發(fā)展到一個新的水平。概括起來，有以下主要成果。1 錨桿支護技術的發(fā)展1.8 我國煤礦錨桿支護的主要新成果1 錨桿支護技術的發(fā)展1.8 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傳統(tǒng)的錨桿支護理論有懸吊、組合梁、加固拱等理論。通過進一步的實測和計算，有了新的認識：錨桿支護的主要作用在于控制錨固區(qū)

21、圍巖的離層、滑動、裂隙張開、新裂隙產生等擴容變形與破壞，盡量使圍巖處于受壓狀態(tài)，以致圍巖彎曲變形、拉伸與剪切破壞的出現，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。在錨固區(qū)形成剛度較大的次生承載結構，阻止錨固區(qū)外巖層離層，改善圍巖深部的應力狀態(tài)。錨桿支護的剛度十分重要，其中錨桿預應力起著決定性作用。根據巷道圍巖條件確定合理的錨桿預應力是支護設計的關鍵。當然，較高的預應力要求錨桿具有較高的強度。錨桿預應力的擴散對支護效果同樣重要。單根錨桿預應力的作用范圍很有限，必須通過托板、鋼帶（鋼筋梯子梁）和金屬網等構件將預應力擴散到離錨桿更遠的圍巖中。鋼帶、金屬網等護表構件在預應力支

22、護系統(tǒng)中發(fā)揮重要的作用。1 錨桿支護技術的發(fā)展1.8 我國煤礦錨桿支護的主要新成果1 錨桿支護技術的發(fā)展1.8 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在復雜困難巷道中，采用高預應力、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。高預應力要求錨桿預應力達到桿體屈服強度的30%50%；強力錨桿要求桿體有較大的破斷強度。錨索的作用主要有兩個方面：一是將錨桿形成的次生承載結構與深部圍巖相連，提高次生承載結構的穩(wěn)定性；二是錨索施加較大預緊力，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度。錨桿支護應盡量一次支護就能有效控制圍

23、巖變形與破壞，避免二次支護和巷道維修。1 錨桿支護技術的發(fā)展1.8 我國煤礦錨桿支護的主要新成果1 錨桿支護技術的發(fā)展1.8 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計方法得到普遍認可與應用認為錨桿支護設計不是一次完成的，而是一個動態(tài)的、系統(tǒng)的過程，設計應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。有限差分（FLAC）、有限元（ANSYS、ADINA等）、離散元（UDEC）等數值計算軟件已廣泛應用于錨桿支護設計，提高了設計的科學性、合理性與可靠性。（3）開發(fā)出了高強度、高剛度樹脂錨固錨桿支護材料，實現了煤礦巷道支護材料的跨越式發(fā)展。包括左旋無

24、縱筋螺紋鋼錨桿，達到高強度和超高強度級別；樹脂錨固劑及生產設備；高強度W型、M型鋼帶；小孔徑樹脂錨固預應力錨索系列等。（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品的水平，并形成了系列產品，基本滿足了錨桿支護的要求，結束了錨桿鉆機主要靠進口的歷史。（5）研制出了適合工程技術人員使用的錨桿支護設計軟件 如北京開采所、太原理工大學、安徽理工大學等單位科研人員，均研制出了適合現場工程技術人員使用的錨桿支護設計軟件，包括數據庫系統(tǒng)、咨詢系統(tǒng)、繪圖系統(tǒng)等，顯著提高了支護設計的合理性與速度，大大減輕了工程技術人員的設計工作量。1 錨桿支護技術的發(fā)展1.8 我國煤礦錨桿支護的主要新

25、成果1 錨桿支護技術的發(fā)展1.8 我國煤礦錨桿支護的主要新成果（6）立足我國煤礦現有的掘進裝備，形成了一套綜掘機配單體錨桿鉆機的煤巷快速掘進施工工藝，使煤巷錨桿支護單進水平有了較大提高。（7）研制出了錨桿支護施工質量檢測與礦壓監(jiān)測成套儀器。頂板離層指示儀、測力錨桿、錨桿（索）測力計等監(jiān)測儀器得到推廣應用，在判斷支護設計合理性、圍巖穩(wěn)定性與巷道安全性方面起到了重要作用。（8）將錨固與注漿加固技術有機結合在一起，開發(fā)出多種形式的注漿錨桿、注漿錨索及鉆錨注一體化錨桿，兼有錨固與注漿加固功能，為破碎煤巖體等復雜困難條件提供了有效的加固手段。（9）開發(fā)出了巷道圍巖地質力學快速原位測試系統(tǒng)，包括地應力（水

26、壓致裂地應力測試）、圍巖強度（根據頂針壓破鉆孔孔壁的臨界壓力計算）及圍巖結構測定裝置（電子鉆孔窺視儀），實現了井下巷道圍巖地質力學參數的快速、經濟、大面積測量。（10）有些礦區(qū)針對具體條件，制定了本礦區(qū)的錨桿支護技術規(guī)范，促進了錨桿支護技術的健康發(fā)展。1 錨桿支護技術的發(fā)展1.8 我國煤礦錨桿支護的主要新成果1 錨桿支護技術的發(fā)展2 錨桿支護理論述評為了弄清錨桿與圍巖之間的相互作用關系，為錨桿支護設計提供依據，人們一直把錨桿支護作用機理作為一個重點，進行了廣泛、深入的研究。到目前為止，已提出了多達十幾種錨桿支護理論，如懸吊理論、組合梁理論及加固拱理論等。這些支護理論在生產實踐中起到了積極作用。

27、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、不合理性和不可操作性。近年來，隨著錨桿支護技術的快速發(fā)展，對錨桿支護理論的研究也有了較大進展。逐步認識到預緊力在錨桿支護中的決定性作用，錨桿對圍巖強度的強化作用，錨桿對圍巖結構面離層、滑動、節(jié)理裂隙張開等擴容變形的約束作用，以及保持圍巖完整性的重要作用。這些認識對提高錨桿支護效果，特別是困難條件下巷道支護提供了有效的理論指導。 2 錨桿支護理論述評為了弄清錨桿與圍巖之間的相互作用關系，為2 錨桿支護理論述評2.1 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。是最早的錨桿支護理論，具有直觀、易懂及使用方便等

28、特點。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)，這種支護理論應用比較廣泛。在比較軟弱的圍巖中，巷道開掘后應力重新分布，出現松動破碎區(qū)，在其 上部形成自然平衡拱，錨桿支護的作用是將下部松動破碎的巖層懸吊在自然平衡拱上 (圖b)。2 錨桿支護理論述評2.1 懸吊理論2 錨桿支護理論述評2.1 懸吊理論懸吊理論存在的明顯缺陷(1)錨桿受力只有當松散巖層或不穩(wěn)定巖塊完全與穩(wěn)定巖層脫離的情況下才等于破碎巖層的重量，而這種條件在井下巷道中并不多見。(2)錨桿安設后，由于巖層變形和離層，會使錨桿受力很大，而遠非破碎巖層重量。(3)當錨桿穿過破碎巖層時，錨桿提供的徑向和切向約束會不同

29、程度地改善破碎巖層的整體強度，使其具有一定的承載能力。而懸吊理論沒有考慮圍巖的自承能力。(4)當圍巖松軟，巷道寬度較大時，錨桿很難錨固到上部穩(wěn)定的巖層或自然平衡拱上。懸吊理論無法解釋在這種條件下錨桿支護仍然有效的原因?？傊?，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。因此，理論計算的錨桿載荷與實際出入比較大。2 錨桿支護理論述評2.1 懸吊理論2 錨桿支護理論述評2.2 組合梁理論組合梁理論適用于層狀巖層。對于端部錨固錨桿，其提供的軸向力將對巖層離層產生約束，并且增大了各巖層間的摩擦力，與錨桿桿體提供的抗剪力一同阻止巖層間產生相對滑動。對于全長錨固錨桿

30、，錨桿和錨固劑共同作用，明顯改善了錨桿受力狀況，增加了控制頂板離層和水平錯動的能力，支護效果優(yōu)于端部錨固錨桿。從巖層受力考慮，錨桿將各個巖層夾緊形成組合梁，如圖所示。組合梁所受的最大拉應力與疊合梁所受的最大拉應力的比值為：組合梁的最大彎曲應變?yōu)榻M合梁厚度越大，梁的最大應變值越小。組合梁理論充分考慮了錨桿對離層及滑動的約束作用。2 錨桿支護理論述評2.2 組合梁理論2 錨桿支護理論述評2.2 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。它涉及影響錨桿支護的眾多因素，目前還沒有一種方法比較可靠地估計有效組合厚度。(2)沒有考慮水平應力對組合梁強度、穩(wěn)定性及錨桿載荷的作用。

31、其實，在水平應力較大的巷道中，水平應力是頂底板破壞、失穩(wěn)的主要原因。(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、變形模量及應力分布的影響。3 加固拱（巖梁）理論試驗表明，在軟弱、松散、破碎的巖層中安裝錨桿，也可以形成一個承載結構。只要錨桿間距足夠小，各根錨桿形成的壓應力圓錐體將相互重疊，就能在巖體中產生一個均勻壓縮帶（巖梁），它可以承受破壞區(qū)上部破碎巖石的載荷。加固拱（巖梁）內的巖體受徑向和切向約束，處于三向應力狀態(tài)，巖體承載能力得到提高。錨桿支護的作用是形成較大厚度和較大強度的加固拱（巖梁），拱（巖梁）的厚度越大，越有利于圍巖的穩(wěn)定。2 錨桿支護理

32、論述評2.2 組合梁理論2 錨桿支護理論述評2.3 加固拱（巖梁）理論加固拱理論充分考慮了錨桿支護的整體作用，在軟巖巷道中得到較為廣泛的應用。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作用簡單相加，得出支護系統(tǒng)的整體承載結構，缺乏對錨固巖體力學特性及影響因素的深入研究。(2)加固拱厚度涉及很多因素，很難較準確的估計。2.4 最大水平應力理論地應力測量結果表明，在很多情況下巖層中的水平應力大于垂直應力，而且水平應力具有明顯的方向性（構造應力）；最大水平主應力明顯高于最小水平主應力，這種趨勢在淺部礦井尤為明顯。水平應力對巷道圍巖的穩(wěn)定性有較大的影響，因此，水平應力的作用逐步得到人

33、們的認識和重視。2 錨桿支護理論述評2.3 加固拱（巖梁）理論2 錨桿支護理論述評2.4 最大水平應力理論澳大利亞學者WJGale通過現場觀測與數值模擬分析，得出水平應力對巷道圍巖變形與穩(wěn)定性的作用(見圖)。他認為，巷道頂底板變形與穩(wěn)定性主要受水平應力的影響：當巷道軸線與最大水平主應力平行，巷道受水平應力的影響最小，有利于頂底板穩(wěn)定；當巷道軸線與最大水平主應力垂直，巷道受水平應力的影響最大，頂底板穩(wěn)定性最差；當兩者呈一定夾角時，巷道一側會出現水平應力集中，頂底板的變形與破壞會偏向巷道的一幫。2 錨桿支護理論述評2.4 最大水平應力理論2 錨桿支護理論述評2.4 最大水平應力理論在最大水平應力作

34、用下，頂底板巖層會發(fā)生剪切破壞，出現松動與錯動，導致巖層膨脹、變形。錨桿的作用是抑制巖層沿錨桿軸向的膨脹和垂直于軸向的剪切錯動，因此，要求錨桿強度大、剛度大、抗剪能力強，才能起到上述兩方面的約束作用。這也正是澳大利亞錨桿支護技術特別強調高強度、全長錨固的原因。2.5 圍巖松動圈支護理論巷道開挖后，當圍巖應力超過圍巖強度時將在圍巖中產生新的裂紋，其分布區(qū)域類似圓形或橢圓形，稱之為圍巖松動圈。圍巖一旦產生松動圈，圍巖的最大變形載荷是松動圈產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的對象。現有支護無法有效阻止圍巖松動圈的產生與發(fā)展。圍巖松動圈的厚度是圍巖強度與圍巖應力的函數，它是一個綜

35、合指標。圍巖松動圈越大，碎脹變形越大，圍巖變形量越大，巷道支護也越困難。 根據松動圈的大小，將圍巖分為3種類型，并給出了相應的支護方式：小松動圈(厚度小于400mm)，錨桿支護作用不明顯，只需進行噴射混凝土支護。中松動圈(厚度在4001 500mm之間)，支護比較容易，采用懸吊理論設計錨桿參數，懸吊點在松動圈之外。大松動圈(厚度大于1 500mm)，錨桿的作用是給松動圈內破裂圍巖提供約束力，使其恢復到接近原巖的強度并具有可縮性，采用加固拱理論設計錨桿支護參數。可見，松動圈支護理論確定了使用各種經典錨桿支護理論的適用條件和范圍。2 錨桿支護理論述評2.4 最大水平應力理論2 錨桿支護理論述評2.

36、6 圍巖強度強化理論侯朝炯等在已有研究成果的基礎上，提出巷道錨桿支護圍巖強度強化理論。該理論的要點為：錨桿支護的實質是錨桿與錨固區(qū)域的巖體相互作用組成錨固體，形成統(tǒng)一的承載結構；錨桿支護可提高錨固體的力學參數，包括錨固體破壞前與破壞后的力學參數(彈性模量、黏聚力、內摩擦角等)，改善被錨巖體的力學性能；巷道圍巖存在破碎區(qū)、塑性區(qū)、彈性區(qū)，錨桿錨固區(qū)域巖體的峰值強度、峰后強度及殘余強度均能得到強化；錨桿支護可改變圍巖的應力狀態(tài)，增加圍壓，提高圍巖的承載能力，改善巷道支護狀況；圍巖錨固體強度提高后，可減小巷道周圍的破碎區(qū)、塑性區(qū)范圍和巷道表面位移，控制圍巖破碎區(qū)、塑性區(qū)的發(fā)展，從而有利于巷道圍巖的穩(wěn)

37、定。2 錨桿支護理論述評2.6 圍巖強度強化理論2 錨桿支護理論述評2.6 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，即錨固體的強度與未錨固巖體強度的比值。錨固體極限強度強化系數KJ為錨固體殘余強度強化系數KC為 試驗結果表明，隨著錨桿密度增加錨固體的強化系數增加。在錨桿強度一定時，錨桿對殘余強度的強化作用大于對極限強度的強化，這對控制破碎區(qū)圍巖的變形，保持其穩(wěn)定性具有重要作用。2 錨桿支護理論述評2.6 圍巖強度強化理論3 錨桿支護構件的作用錨桿支護由錨桿桿體、托板、螺母、錨固劑、鋼帶及金屬網等構件組成，錨桿支護的作用是由這些構件共同完成的。3.1 錨桿桿體的作用對于錨桿桿體

38、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。這種構件主要可以提供兩方面的作用(見圖)，首先是抗拉，其次是抗剪。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。3 錨桿支護構件的作用錨桿支護由錨桿桿體、托板、螺母、錨固劑3 錨桿支護構件的作用3.1 錨桿桿體的作用（1）抗拉作用 錨桿桿體所能承受的拉斷載荷為3 錨桿支護構件的作用3.1 錨桿桿體的作用3 錨桿支護構件的作用3.1 錨桿桿體的作用（2）抗剪作用 錨桿桿體所能承受的拉剪切載荷為3 錨桿支護構件的作用3.1 錨桿桿體的作用3 錨桿支護構件的作用3.2 托板的作用托板是錨桿的重要構件，對錨桿支護作用

39、的發(fā)揮影響很大。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，給錨桿提供預緊力，并使預緊力擴散到錨桿周圍的煤巖體中，從而改善圍巖應力狀態(tài)，抑制圍巖離層、結構面滑動和節(jié)理裂隙的張開，實現錨桿的主動、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。托板力學性能應與錨桿桿體的性能相匹配，才能充分發(fā)揮錨桿的支護作用。托板強度不足、安裝質量差、受較大偏載都會顯著降低錨桿的作用。對于端部錨固錨桿，托板是錨桿尾部接觸圍巖的構件，通過托板給錨桿施加預緊力，傳遞圍巖載荷至錨桿桿體.如果托板本身失效，以及

40、托板下方的圍巖松散脫落，導致托板與表面不緊貼，都會使錨桿失去支護作用。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緊力，預緊力對錨桿工作阻力和受力分布又產生影響，提高支護效果。 3 錨桿支護構件的作用3.2 托板的作用3 錨桿支護構件的作用3.2 托板的作用托板對全長錨固錨桿的受力分布有明顯的影響。圖示是有、無托板時錨桿軸力與剪力分布示意圖。無托板時錨桿軸力在巷道表面處為零，在一定深度達到最大值，剪力在軸力最大處為零；有托板時，由于錨桿施加的預緊力和圍巖通過托板作用在錨桿桿體上的力，使得錨桿軸力在巷道表面處達到一定值，而且使錨桿軸力最大的位置向孔口移動，更接近巷道表面

41、。 3 錨桿支護構件的作用3.2 托板的作用3 錨桿支護構件的作用3.3 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在一起，使錨桿發(fā)揮支護作用。同時錨固劑也具有一定的抗剪與抗拉能力，與錨桿共同加固圍巖。（1）錨固劑的黏結作用在工程設計時，計算錨桿拉拔力的簡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應力沿錨固長度內均勻分布，則錨桿拉拔力可用下式計算： 這種簡化的方法雖然計算簡單，但不符合錨桿拉拔時黏結應力分布的實際情況。國內外學者做了大量研究與試驗，得出黏結應力分布的公式與曲線。3 錨桿支護構件的作用3.3 錨固劑的作用3 錨桿支護構件的作用3.3 錨固劑的作用（1）錨固

42、劑的黏結作用 3 錨桿支護構件的作用3.3 錨固劑的作用3 錨桿支護構件的作用3.3 錨固劑的作用（1）錨固劑的黏結作用（2）錨固劑的抗拉與抗剪作用我國樹脂錨固劑的抗拉強度一般為11.5 MPa。如果28 mm的鉆孔中不安裝錨桿，只注樹脂錨固劑，則錨固劑可提供7.08 kN的抗拉力。如果20 mm的桿體安裝在28 mm的鉆孔中，則錨固劑可提供3.47 kN的抗拉力?？梢婂^固劑提供的抗拉力遠小于錨桿桿體。 樹脂錨固劑的抗剪強度一般可取35MPa。如果28mm的鉆孔中不安裝錨桿，只注樹脂錨固劑，則錨固劑可提供21.54kN的抗剪力。如果20mm的桿體，安裝在28mm的鉆孔中，則錨固劑可提供10.5

43、5 kN的抗剪力，分別是圓鋼(Q235)、高強度螺紋鋼(BHRB400)、超高強度螺紋鋼BHRB600)的剪斷載荷的124、84、59?？梢婂^固劑可提供一定的抗剪能力。 3 錨桿支護構件的作用3.3 錨固劑的作用3 錨桿支護構件的作用3.4 鋼帶（鋼筋梯子梁）的作用鋼帶是錨桿支護系統(tǒng)中的重要構件，對提高錨桿支護整體支護效果、保持圍巖的完整性起著關鍵作用。鋼帶的作用主要表現在以下3方面：(1)錨桿預緊力和工作阻力擴散作用。單根錨桿作用于巷道表面可近似看成點載荷， 鋼帶可擴大錨桿作用范圍，實現錨桿預緊力和工作阻力擴散，使載荷趨于均勻。 (2)支護巷道表面和改善圍巖應力狀態(tài)作用。鋼帶對巷道表面提供支

44、護，抑制淺部巖層離層、裂隙張開，保持圍巖的完整性，減少巖層彎曲引起的拉伸破壞，改善巖層應力狀態(tài)，防止錨桿間松動巖塊掉落。(3)均衡錨桿受力和提高整體支護作用。鋼帶將數根錨桿連接在一起，可均衡錨桿受力，共同形成組合支護系統(tǒng)，提高整體支護能力。 3 錨桿支護構件的作用3.4 鋼帶（鋼筋梯子梁）的作用3 錨桿支護構件的作用3.4 鋼帶（鋼筋梯子梁）的作用分析鋼帶受力的簡化模型是將兩根錨桿之間的鋼帶段作為一簡支梁(見圖)，采用材料力學的相關公式計算鋼帶受力與變形。假設鋼帶受到均布載荷q的作用，則 3 錨桿支護構件的作用3.4 鋼帶（鋼筋梯子梁）的作用3 錨桿支護構件的作用3.5 網的作用 一般認為，網

45、可以用來維護錨桿間的圍巖，防止松動小巖塊掉落。其實，網的作用遠不止這一個，特別是在高地應力、破碎圍巖條件下，網是錨桿支護系統(tǒng)中不可缺少的重要部件。網的作用主要表現在以下3方面：(1)維護錨桿之間的圍巖，防止破碎巖塊垮落。(2)緊貼巷道表面，提供一定的支護力(已有的研究成果表明，我國現用菱形金屬網，在保證施工質量的條件下，可提供001 MPa的支護力)，一定程度上改善巷道表面巖層受力狀況。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)。 3 錨桿支護構件的作用3.5 網的作用3 錨桿支護構件的作用3.5 網的作用(3) 網不僅能有效控制巷道淺部圍巖的變形與破壞，而且對深部圍巖也有良好的支

46、護作用。如圖所示，有網的情況下，雖然巷道表面圍巖已破壞，但沒有松散、垮落，網作為傳力介質，使巷道深部圍巖仍處于三向應力狀態(tài)，提高巖體的殘余強度，顯著減小圍巖松散、破碎區(qū)范圍，同時也保證了錨桿的錨固效果。如果沒有金屬網或金屬網失效，圍巖破壞會從表面發(fā)展到深部，逐漸破碎、松散，失去強度，導致圍巖垮落，錨桿失效。 3 錨桿支護構件的作用3.5 網的作用4 錨桿支護設計方法4.1 錨桿支護設計的重要性支護設計是巷道錨桿支護中的一項重要工作，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。如果支護形式和參數選擇不合理，就會造成兩個極端：其一是支護強度太高，不僅浪費支護材料，而且影響掘進速度，

47、增加支護成本；其二是支護強度不夠，不能有效控制圍巖變形，出現冒頂事故。4.2 支護設計方法分類錨桿支護設計的主要方法可歸納為三大類：工程類比法、理論計算法和數值模擬法。（1）工程類比法包括：根據已有的巷道工程，通過類比直接提出新建工程的支護設計（直接類比法）；通過巷道圍巖穩(wěn)定性分類提出支護設計；采用簡單的經驗公式確定支護設計。（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。由于各種支護理論都存在著一定的局限性和適用條件，而且很難比較準確、可靠地確定計算所需的一些參數。因此，依據理論計算所作的設計結果很多情況下只能作為參考。 4 錨桿支護設計方

48、法4.1 錨桿支護設計的重要性4 錨桿支護設計方法4.2 支護設計方法分類（3）數值計算法：英國、澳大利亞等建立了以地質力學條件和以數值計算為基礎的煤巷錨桿支護系統(tǒng)設計方法，其核心是首先根據地應力測試結果，以巖體力學評估為基礎，結合數值模擬分析進行錨桿支護初始設計，然后再根據現場監(jiān)測結果對原設計進行修正和完善。這種設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。10余年來，我國在錨桿支護設計方法方面做了大量工作。在借鑒國外先進設計方法的基礎上，結合我國煤礦巷道的特點，提出了動態(tài)化、信息化的設計方法，符合煤礦巷道地質條件復雜性、多變性的特點。這種設計方法已經在多個礦區(qū)得到推廣應用，錨桿支

49、護設計的可靠性、合理性和科學性得到顯著提高。 4 錨桿支護設計方法4.2 支護設計方法分類4 錨桿支護設計方法4.3 工程類比設計方法1）根據已有工程直接提出支護設計直接類比法。這種方法是將已開掘的、成功應用錨桿支護巷道的地質與生產條件與待開掘的巷道進行比較，在各種條件基本相同的情況下，參照已掘巷道的支護形式與參數，由設計人員根據自己的經驗提出待掘巷道的支護設計。因此，已掘巷道與待掘巷道條件的比較與設計人員的設計經驗是直接工程類比法應用成敗的關鍵。直接類比的主要內容有：圍巖物理力學性質： 包括巷道頂底板和兩幫的物理力學參數、煤層賦存狀態(tài)。巷道頂底板應取一定范圍的巖層(如2倍巷道寬度)進行比較。

50、物理性質包括巖性、礦物成分、密度、孔隙率、水理性質等內容。對于煤礦巷道中常見的泥巖、粉砂巖及頁巖等巖石，受風化影響程度，遇水軟化與膨脹特性都應給予足夠重視；力學性質包括抗壓強度、抗拉強度、彈性模量、黏聚力、內摩擦角等諸多參數。其中，煤巖體的單軸抗壓強度是最常用的力學指標。 4 錨桿支護設計方法4.3 工程類比設計方法4 錨桿支護設計方法4.3 工程類比設計方法1）直接類比法圍巖結構特征：指煤巖體內節(jié)理、層理、裂隙等不連續(xù)面的空間分布及力學性能。結構面的幾何特征參數包括：結構組數、密度；結構面走向、傾角、延展長度與張開度；結構面充填物、粗糙度及起伏度等。結構面力學參數包括：法向剛度、切向剛度；黏

51、聚力與內摩擦角等。結構面對裂隙巖體的強度、變形和破壞特征的影響非常明顯，甚至是最關鍵的因素。因此，進行圍巖結構特征比較時，應盡量全面、詳細。當然，完全了解結構面的各種參數是十分困難的，但不能忽略主要參數。地質構造影響：地質構造包括斷層、褶曲、陷落柱等，大型地質構造對煤巖體的強度、結構、應力狀態(tài)，對煤巖體的完整性和穩(wěn)定性都有明顯的影響，對巷道支護形式與參數的選取起關鍵性作用。在進行工程類比時，必須弄清巷道附近有無較大的地質構造、地質構造的特點，以及構造對巷道的影響程度。 4 錨桿支護設計方法4.3 工程類比設計方法4 錨桿支護設計方法4.3 工程類比設計方法1）根據已有工程直接提出支護設計直接類

52、比法 地應力。地應力與圍巖強度、圍巖結構一樣是影響巷道變形與破壞的關鍵因素。地應力一般分為垂直應力與水平應力。實測數據表明，垂直應力與巷道埋藏深度有較強的相關關系，而水平應力則影響因素復雜，可靠的方法是通過井下實測得到地應力的大小與方向。地應力參數包括垂直主應力的大小與方向、最大水平主應力的大小與方向、最小水平主應力的大小與方向，以及最大水平主應力與巷道軸線的夾角。巷道特征與使用條件。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、工作面回風和運輸巷、開切眼等)和巷道服務年限。 采動影響情況。

53、采動影響狀況包括：采動空間關系，與鄰近巷道的位置關系，與采掘工作面、采空區(qū)的空間位置關系，層間距大小及煤柱尺寸；采動時間關系，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，一次采動影響、二次或多次采動影響。采動對采準巷道圍巖變形與破壞影響很大，類比時應作為一個重要因素考慮。 4 錨桿支護設計方法4.3 工程類比設計方法4 錨桿支護設計方法4.3 工程類比設計方法1）根據已有工程直接提出支護設計直接類比法 巷道施工技術。對于松軟破碎圍巖巷道，施工工藝及施工設備等對圍巖的穩(wěn)定性也有明顯影響，例如掘進機掘進優(yōu)于爆破掘進，光面爆破優(yōu)于普通爆破。此外，不同的開挖順序也可能影

54、響巷道圍巖的穩(wěn)定性。2）經驗公式法經驗公式是在大量支護設計經驗的基礎上，得出的指導支護設計的簡單公式。目前， 國內外有多種錨桿支護設計的經驗公式，以下列舉幾個比較經典的公式。錨桿長度選取 Hoek與Brown等提出確定錨桿長度的一般經驗準則：最小錨桿長度=max錨桿間距的兩倍，三倍不連續(xù)面平均間距確定的不穩(wěn)定巖塊寬度，巷道跨度之半。 Lang與Bischoff認為，錨桿長度與錨桿間排距之比應為1.21.5，錨桿長度可作為巷道寬度的函數確定，如：L=B213，其中L為錨桿長度，B為巷道寬度。Schach等人提出確定錨桿長度的經驗公式為4 錨桿支護設計方法4.3 工程類比設計方法4 錨桿支護設計方

55、法4.3 工程類比設計方法2）經驗公式法錨桿長度的選取日本的經驗表明，錨桿長度為巷道寬度或高度的0.6倍。如果再加長錨桿，支護效果將不會明顯變化。新奧法對錨桿長度的選擇也提出一些準則?；阱^桿支護的作用是在圍巖中形成自承拱的原理，錨桿長度主要與巷道圍巖條件及跨度有關：對于比較完整的硬巖，錨桿長度取1012m；對于完整性較差的中硬巖石，錨桿長度取巷道寬度的1413，一般為23m；對于松軟破碎的巖體，錨桿長度取巷道寬度的1223，一般為46m。其他經驗公式 公式1： 頂板錨桿長度L=2+0.15B/K 兩幫錨桿長度L=2+0.15H/K 式中 K與圍巖有關的系數，取35。 公式2：錨桿長度L=k(

56、1.5+B/10) 式中 k與圍巖有關的系數，取k=0.91.2，圍巖穩(wěn)定性差時取大值。4 錨桿支護設計方法4.3 工程類比設計方法4 錨桿支護設計方法4.3 工程類比設計方法2）經驗公式法錨桿間排距選取 Hoek與Brown等提出，最大錨桿間距=min錨桿長度之半，15倍不連續(xù)間距確定的不穩(wěn)定巖塊寬度。 Lang與Bischoff認為，錨桿間排距與錨桿長度之比為2356比較合理。 Schach等從拱形巷道頂部能夠形成有效的壓力拱出發(fā)，認為錨桿長度與錨桿間距的比值應接近2。 新奧法對錨桿間距的選擇提出一些準則：硬巖，錨桿間距取152.0m；中硬巖石，錨桿間距取15 m；松軟破碎的巖體，錨桿間距

57、取0.81.0m。經驗公式最大的特點是使用簡單、方便，但存在兩方面的弊端：一是經驗公式只能提供錨桿支護的主要參數(錨桿長度、間排距等)，而其他參數，如錨桿桿體結構、預緊力、錨固長度、托板結構與尺寸、組合構件形式與尺寸等，很難在經驗公式中全面反映，這些參數卻在錨桿支護中同樣起著十分重要的作用；二是經驗公式中考慮影響錨桿支護效果的因素很少，如上述的經驗公式中，只考慮了巷道寬度、高度，巖石軟硬程度，結構面分布，而影響巷道圍巖變形與破壞的因素還有很多。因此，經驗公式提供的支護參數只能作為參考，不能不顧巷道的具體條件而照搬套用。4 錨桿支護設計方法4.3 工程類比設計方法4 錨桿支護設計方法4.3 工程

58、類比設計方法3）以圍巖穩(wěn)定性分類為基礎的支護設計圍巖穩(wěn)定性分類方法直接工程類比法與支護設計者的實踐經驗關系很大，是決定支護設計成敗的關鍵因素。然而，要求每一個設計人員都具有豐富的實踐經驗是不切實際的。為了將特定巖體條件下的設計與個別工程相應條件下的實踐經驗聯系起來進行工程類比，作出比較合理的設計方案，進行圍巖分類是非常必要的。在圍巖分類的基礎上，根據不同類別的圍巖提出支護形式和參數設計的建議，這種方法已經在國內外得到廣泛應用。國外比較典型的巖石分類法有普氏堅固性系數分級法、巖心質量指標RQD分級法(Deere，1967)、以巖體中彈性波傳播速度為指標的分類方法(池田和彥，1973)，以及巖體質

59、量Q分級法(Barton，1974)和RMR巖體分級法(Bieniawski，1979)等，有些分類方法提出了相應的錨桿支護建議。4 錨桿支護設計方法4.3 工程類比設計方法4 錨桿支護設計方法4.3 工程類比設計方法3）以圍巖穩(wěn)定性分類為基礎的支護設計圍巖分類方法我國學者在巖體分類方面也做了大量工作。如制訂了工程巖體分級標準，根據巖石單軸抗壓強度和巖體完整性系數對巖體進行基本質量分級，然后根據結構面產狀、應力狀態(tài)及地下水等修正巖體基本質量指標；綜合考慮巖石強度、巖體完整性指標、巖體結構和分布、地應力及圍巖自穩(wěn)時間等，比較全面、合理地提出錨噴支護圍巖分類(GBJ861985)；將圍巖變形量這個

60、眾多影響因素作用的綜合指標作為分類的基礎，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、結構、應力及巷道斷面形狀和尺寸等多種因素有關的綜合指標，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，用模糊綜合評判預測巷道圍巖穩(wěn)定性類別，預測巷道圍巖移近量，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。其中以回采巷道圍巖穩(wěn)定性分類和圍巖松動圈分類為基礎的支護設計建議在煤礦廣泛應用。4 錨桿支護設計方法4.3 工程類比設計方法4 錨桿支護設計方法4.3 工程類比設計方法3）以圍巖穩(wěn)定性分類為基礎的支護設計巷道圍巖穩(wěn)定性分類及支護設計建議煤炭系統(tǒng)1988年頒布試用我國緩傾斜