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1、巷道锚杆杆支护参参数设计计一、锚杆杆支护理理论研究究（一）锚锚杆支护护综述1、锚杆杆支护技技术的发展锚杆支护护作为一一种有效效的、技术经经济优越越的采准准巷道支支护方式式，自美美国19912年年在abbersschllesiin（阿伯施施莱辛）的Frrieddenss（弗里登登斯）煤矿首首次使用用锚杆支支护顶板板至今已已有900多年的的历史。1945519950年年，机械械式锚杆杆研究与与应用；1950019960年年，采矿矿业广泛泛采用机机械式锚锚杆，并并开始对对锚杆支支护进行行系统研研究；1960019970年年，树脂脂锚杆推推出并在在矿山得得到了应应用；1970019980年年，发明明管
2、缝式式锚杆、胀胀管式锚锚杆并得得到了应应用，同同时研究究新的设设计方法法，长锚锚索产生生；1980019990年年，混合合锚头锚锚杆、组组合锚杆杆、特种种锚杆等等得到了了应用，树树脂锚固固材料得得到改进进。美国、澳澳大利亚亚、加拿拿大等国国由于煤煤层埋藏藏条件好好，加之之锚杆支支护技术术不断发发展和日日益成熟熟，因而而锚杆支支护使用用很普遍遍，在煤煤矿巷道道的支护护中的比重几几乎达到到了1000%。澳大利亚亚锚杆支支护技术术已经形形成比较较完整的的体系，处处于国际际领先水水平。澳澳大利亚亚的煤矿矿巷道几几乎全部部采用WW型钢带带树脂全全长锚固固组合锚锚杆支护护技术，尽尽管其巷巷道断面面比较大大
3、，但支支护效果果非常好好。对于于复合顶顶板、破破碎顶板板及其巷巷道交叉叉点、大大跨度硐硐室等难难维护的的地方，采采用锚索索注浆进进行补强强加固，控控制了围围岩的强强烈变形形。美国国一直采采用锚杆杆支护巷巷道，锚锚杆消耗耗量很大大。锚杆杆种类也也较多，有有胀壳式式、树脂脂式、复复合锚杆杆等。组组合件有有钢带。具具体应用用时，根根据岩层层条件选选择不同同的支护护方式和和参数。锚杆支护护发展最最快的是是英国。在在19887年以以前，英英国煤矿矿巷道支支护900%以上采采用金属属支架，而而且主要要是矿用用工字钢钢拱型刚刚性支架架。由于于回采工工作面单单产低、效效率低、巷巷道支护护成本高高，因而而亏损严
4、严重。为为了摆脱脱煤炭行行业的这这种困境境，在巷巷道支护护方面积积极发展展锚杆支支护，到到19887年，英英国从澳澳大利亚亚引进了了成套的的锚杆支支护技术术，从而而扭转了了过去的的被动局局面，煤煤巷锚杆杆支护得得到迅速速发展，经经过近110年实实验的基基础上，又又进行了改改进和提提高，到到19994年在在巷道支支护中所所占的比比重己达达到800%以上上。锚杆杆支护技技术的广广泛采用用给英国国煤矿带带来巨大大的活力力和经济济效益。德国是UU型钢支支架使用用最早、技技术上最最为成熟熟的国家家，自119322年发明明U型钢钢支架以以来，UU型钢支支架发展展迅速，支支护比重重很快达达到了990%以以上
5、，从从井底车车场一直直到采煤煤工作面面两巷均均采用UU型钢可可缩性支支架。但但是自220世纪纪80年年代以来来，随着着矿井开开采深度度日益增增加，维维护日益益困难。面面临这种种困境，德国国采用不不断增加加金属支支架的型型钢质量量，逐步步减小棚棚距的做做法，这这不仅使使巷道支支护费用用增高，而而且施工工、运输更更加困难难和复杂杂。即便便如此，巷巷道维护护困难的的状况仍仍然难以以改观，于于是寻求求成本低低，运输输和施工工简单方方便、控控制围岩岩变形效效果好的的锚杆支支护变得得尤为重重要。到到20世世纪800年代初初期，锚锚杆支护护在鲁尔尔矿区实实验成功功后获得得推广，现现己应用用到千米米的深井井巷
6、道中中，取得得了许多多成功的经经验。法国煤巷巷锚杆支支护的发发展也很很迅速，到到19886年其其比重己己达500%。在在采区巷巷道支护护中同时时发展金金属支架架、锚杆杆支护、混混凝土支支架。俄罗斯锚锚杆支护护的发展展也引人人瞩目。他他们研制制了多种种类型的的锚杆，在在俄罗斯斯第一大大矿区库兹兹巴斯矿矿区锚杆杆支护巷巷道所占占比重己己达500%。我国在煤煤矿岩巷巷中使用用锚杆支支护也已已有近550余年年的历史史。从119566年起在在煤矿岩岩巷中使使用锚杆杆支护，220世纪纪60年年代锚杆杆支护开开始进入入采区，但但由于煤层层巷道围围岩松软软，受采采动影响响后围岩岩变形量量很大，对对支护技技术要
7、求求很高，加加之锚杆杆支护理理论、设设计方法法，锚杆杆材料、施施工机具具、检测测手段等等还不够够完善，因因而发展展缓慢。“八五”期间，原煤炭工业部把煤巷锚杆支护技术作为重点项目进行攻关，在“九五”期间，原煤炭工业部将“锚杆支护”列为煤炭工业科技发展的五个项目之一，对锚杆支护的可行性和适用性进行了深入细致的研究，取得了一大批水平较高的科研成果。特别是19961997年我国引进了澳大利亚锚杆支护技术，在原邢台矿务局进行了现场演示，并完成了与锚杆支护技术有关的15个项目，使我国的煤巷锚杆支护技术有较大提高。同时，困难条件下锚杆锚索支护技术得到了应用，并取得令人满意的支护效果和经济效益。2005年，我
8、国国有重点煤矿的锚杆支护所占比重为60%，有些矿区超过了90%，甚至到达100%。时至今日日，人们们不仅成成功地在在稳定和和中等稳稳定以上上的岩巷巷中使用用锚杆，而而且在软软岩巷道道、以及及受采动动影响的的煤巷中中也成功功地使用用了锚杆杆支护技技术。一一批技术术先进的的国有重重点矿区区的煤巷巷锚杆支支护率在在逐年稳稳步提高高。由于于对巷道道围岩强强度的强强化作用用，可显显著提高高围岩的的稳定性性，并且且有支护护成本较较低、成成巷速度度快、劳劳动强度度减轻、提提高了巷巷道断面面的利用用率、简简化回采采面端头头维护工工艺、明明显改善善作业环环境和安安全生产产条件等等优点，可可提高矿矿井的经经济效益
9、益，因而而成为矿矿井巷道道的一种种主要支支护形式式。也代代表了煤煤矿巷道道支护技技术的主主要发展展方向。锚杆支护护可大幅幅度的降降低巷道道支护维维修费用用，提高高巷道掘掘进速度度和生产产效率；在巷道道跨度增增大时，即即在大跨跨度巷道道的情况况下，单单纯用锚锚杆对巷巷道进行行支护可可能会引引起巷道道顶板在在一定高高度范围围内整体体垮落，在在这种情情况下可可以进行行“锚杆+锚索”联合支支护，可可将整个个潜在冒冒落范围围内的岩岩层悬吊吊在较稳稳定的岩岩层中，从从而使得得该巷道道顶板处处于稳定定状态。煤巷与岩岩巷不同同之处在在于：煤煤巷围岩岩比较松松软，在在采动影影响下巷巷道围岩岩变形十十分剧烈烈。在
10、使使用金属属支架时时，顶底底板、两两帮相对对移近量量一般在在30005000mmm，少则则10002000mmm，严重重时超过过10000mmm。煤巷巷使用锚锚杆支护护时，必必须要有有较高的的支护强强度以控控制围岩岩变形。煤煤巷锚杆杆支护不不同于一一般岩巷巷的锚喷喷（网）支护。它它的主要要形式有有单体锚锚杆、锚锚杆加WW型钢带带（或钢筋筋梁）加网，或或者加板板式钢带带及网，简简称锚梁梁、锚网网或锚梁梁网支护护。2、锚索索支护技技术发展展锚索支护护基于锚锚杆支护护原理中中的悬吊吊理论，再再增加适适当大小小的预应应力，支支护后围围岩不至至形成离离层脱落落，确保保围岩稳稳定，是是一种传传递主体体结构
11、的的支护应应力到深深部稳定定岩层的的主动支支护方式式。预应力锚锚索支护护是锚固固技术发发展中占占有重要要地位的的一种支支护形式式，其与与普通锚锚杆相比比有突出出的特点点：一是长长度大，能能够锚入入到深部部稳定岩岩石中，并并可以施施加预应应力；二二是能限限制岩体体的有害害变形发发展，从从而保持持岩体的的稳定。锚锚索一般般是锚杆杆长度的的355倍，因因此除了了能够起起到普通通锚杆的的悬吊作作用、组组合梁作作用、组组合拱作作用外，还还能对巷巷道围岩岩进行深深部锚固固，在实实际应用用中往往往锚杆与与锚索配配合使用用。近年来，国国内外锚锚索支护护技术发发展迅速速，应用用也越来来越广泛泛，在岩岩石边坡坡、
12、交通隧道道、矿山山井巷、深深基坑、坝坝基及结结构加固固等许多多方面都都有该项项技术的的用武之之地。在在英国、澳澳大利亚亚，锚索索支护技技术的应应用十分分普遍，尤尤其在煤煤巷的应应用十分分突出，利利用轻型型锚杆钻钻机即可可施工。在在围岩较较差的大大硐室、交交叉点、断断层附近近及受采采动影响响的巷道道采用锚锚索支护护的前景景比较广广泛。总的看来来，锚杆杆、锚索索己经广广泛应用用于大量量的相关关的工程程中，而而且已经经积累了了大量的的宝贵经经验。但但是，在在一些复复杂条件件下的煤煤巷，如如果方法法运用不不当，锚锚杆支护护也往往往失效，因此，支护设计及基础参数测定的研究是解决回采巷道锚杆支护的关键，是
13、成功推广应用锚杆支护的途径。3、锚杆杆支护的的优点实践充分分证明，在在煤巷中中应用锚锚杆支护护，与传统的的棚式支支护相比比，具有有显著的的优越性性。主要要表现在在以下几个个方面。（1）从从根本上上改善了了支护状状况，保保证了安安全生产产。（2）减减轻了工工人的劳劳动强度度，改善善了作业业环境。（3）减减少了支支护物料料的运输输，改善善了生产产矿井中中辅助运运输的紧紧张状况况。（4）提提高了掘掘进工效效，有利利于高速速、高效效掘进队队的建设设。（5）大大幅度节节约支护护材料，降降低支护护成本。（6）提提高巷道道断面的的利用率率。（7）简简化了综综采工作作面超前前支护，加加快了回回采速度度。（8）
14、锚锚杆支护护巷道维维修量少少，服务务年限相相对延长长，为优优化矿井井开拓布布置、合合理集中中生产创创造了条条件。（9）能能可靠的的支护综综采大断断面的机机、风巷巷和开切切眼，为为综采工工作面设设备快速速安装创创造了条条件。（10）有利于于节约资资源，改改善生态态环境。煤巷锚杆杆支护技技术的理理论与实践都都已比较较成熟，在在、类类围岩的的煤巷可可大面积积的推广广。、类围岩岩巷道的的锚杆支支护在许许多矿都都取得了了成功，这这一切都都说明煤煤巷锚杆杆支护的的可行性性和安全全可靠性性。从而提高煤煤矿生产产效率、降降低成本本、保证证生产安安全、获获得可观观的社会会经济效效益。因因此，在在煤巷中中推广锚锚
15、杆支护护是势在在必行的的。积极极组织推推广煤巷锚锚杆支护护技术，是是煤矿巷巷道支护护技术发发展的必然。（二）锚锚杆的作作用原理理1、锚杆杆的作用用1）锚杆杆构件的的作用锚杆构件件主要提提供抗拉拉和抗剪剪作用，而而抗弯和和抗压作作用能力力非常小小，可以以忽略不不计。2）锚固固剂的作作用锚固剂的的作用是是将钻孔孔孔壁岩岩石与杆杆体粘接接在一起起。对于于端部锚锚固锚杆杆，锚固固剂的作作用在于于提供粘粘结力，使使锚杆能能承受一一定的拉拉力。锚锚杆拉力力除锚固固端外，延延长度方方向是均均匀分布布的。由由于锚杆杆与钻孔孔间有较较大空隙隙，所以以锚杆的的抗剪能能力只有有在岩层层发生较较大错动动后才能能发挥出
16、出来。对对于全长长锚固锚锚杆，锚锚固剂的的作用比比较复杂杂，主要要有两方方面，一一是将锚锚杆杆体体与钻孔孔孔壁粘粘结在一一起，使使锚杆随随着岩层层移动承承受拉力力；二是是当岩层层发生错错动时，与与杆体共共同起抗抗剪作用用，阻止止岩层发发生错动动。3）金属属网的主主要作用用金属网可可以用来来维护锚锚杆间的的围岩，防防止松动动岩块掉掉落。金金属网所所能承受受松散岩岩石的载载荷与锚锚杆间距距密切相相关。4）钢带带的作用用钢带的作作用除可可以防止止锚杆间间的松动动岩块掉掉落外，还还可均衡衡锚杆受受力，改改善顶板板岩层应应力状态态，与锚锚杆共同同形成组组合支护护系统，增增加围岩岩的稳定定性。2、锚杆杆支
17、护作作用机理理锚杆支护护的作用用机理有有悬吊作作用、组组合梁作作用、加加固拱作作用和楔楔固作用用等。1）悬吊吊作用悬吊作用用是指锚锚杆把将将要冒落落的松软软弱岩层层或危岩岩悬吊于于上部坚坚固稳定定的岩体体上，由由锚杆来来承担危危岩或松松软弱岩岩层的重重量，如如图1所所示。2）组合合梁作用用在层状岩岩层的巷巷道顶板板中，通通过锚入入一系列列的锚杆杆，将锚锚杆锚固固长度以以内的薄薄层岩石石组成岩岩石组合合梁，从从而提高高其承载载能力。可可以把平平顶巷道道的层状状岩石顶顶板看作作是以巷巷道两帮帮为支点点的叠合合梁。在在载荷作作用下，各各层岩石石（板）都都有各自自的单独独弯距，每每层岩石石（板）的的上
18、下缘缘分别处处在受压压和受拉拉状态。但但用锚杆杆将各层层岩石锚锚固在一一起后，在在载荷作作用下，各各层岩石石之间基基本上不不会发生生离层、错错动，就就如同一一块板的的弯曲一一样，大大大提高高了组合合梁的抗抗弯强度度和承载载能力，如图22所示。图1 锚杆支护的悬吊作用1锚杆；2松散破碎岩层；3稳定岩层图2 锚杆支护的组合梁作用图3 锚杆支护的加固拱作用1锚杆；2加固拱3）加固固拱作用用对于被纵纵横交错错的弱面面所切割割的块状状或破裂裂状围岩岩，如果果及时用用锚杆加加固，就就能提高高岩体结结构弱面面的抗剪剪强度，在在围岩周周边一定定厚度的的范围内内形成一一个不仅仅能维持持自身稳稳定，而而且能防防止
19、其上上部围岩岩松动和和变形的的加固拱拱，从而而保持巷巷道的稳稳定，如如图3所所示。4）楔固固作用图4 锚杆的楔固作用锚杆的楔楔固作用用是在围围岩中存存在一组组或几组组不同产产状的不不连续面面的情况况下，由由于锚杆杆穿过了了这些不不连续面面，防止止或减少少了沿不不连续面面的移动动，但是是，锚杆杆架设的的时机是是非常重重要的。如如果在开开挖引起起的剪应应力产生生前就架架设了全全长粘结结式锚杆杆，则在在不连续续面处锚锚杆较高高的剪切切刚度将将迫使锚锚杆完全全承受开开挖二次次应力的的作用，而而易于发挥挥不连续续面自身身抗剪能能力，如如图4所所示。（三）锚锚杆支护护作用机机理分析析1）顶板板锚杆的的作用
20、（1）锚锚杆的早早期作用用巷道开掘掘阶段顶顶板破坏坏范围较较小，此此时锚杆杆的作用用主要是是控制顶顶板下部部岩层的的滑动、离离层、失失稳。锚锚杆安装装越及时时，预紧紧力越大大，效果果越好。（2）锚锚杆的中中期作用用掘进影响响稳定后后受到采采动影响响前，称称之为中中期阶段段。此阶阶段主要要是由于于岩石的的流变效效应，致致使随着着时间推推移，岩岩层强度度不断降降低，顶顶板下沉沉及锚杆杆受力逐逐渐加大大，最后后形成一一定范围围的破坏坏区，当当巷道有有煤柱时时，残余余支承压压力也影影响巷道道围岩变变形，巷巷道易破破坏。当锚杆能能深入到到上部稳稳定岩层层时，锚锚杆的作作用主要要表现为为：一是是将破坏坏区
21、内的的岩层与与稳定岩岩层相连连，阻止止破坏岩岩层垮落落；二是是锚杆提提供径向向和切向向约束，阻阻止破坏坏区岩层层扩容、离离层及滑滑动，提提高岩层层的水平平承载能能力，使使稳定岩岩层内的的应力分分布均匀匀。锚杆杆的工作作阻力越越大，效效果越明明显。当锚杆不不能深入入稳定岩岩层时，锚锚杆的作作用主要要表现为为：一是是阻止锚锚固区内内的岩层层扩容、离离层及滑滑动，从从而提高高岩层的的水平承承载能力力，在破破坏区范范围内形形成次生生承载层层，它可可以阻止止上部岩岩层的进进一步扩扩容和离离层；二二是次生生承载层层形成后后，使上上部岩层层应力分分布趋于于均匀和和下移，有有利于巷巷道稳定定。（3）锚锚杆的后
22、后期作用用当巷道支支护时间间很长或或受到回回采影响响后，巷巷道围岩岩破坏区区会进一一步扩大大，围岩岩变形急急剧增加加，锚杆杆受力增增大。此时有可可能出现现二种情情况：其其一是次次生承载载层虽然然发生了了进一步步的扩容容和离层层，但仍仍具有较较大的承承载能力力，巷道道顶板仍仍能保持持稳定。其其二是次次生承载载层的承承载能力力下降过过大，造造成失稳稳、垮落落。2）钢带带的作用用（1）钢钢带的早早期作用用由于钢带带没有预预紧力，所所以当钢钢带刚安安装以后后，其受受力很小小。只有有当顶板板产生一一定变形形之后，钢钢带承受受的拉力力才逐渐渐增大。即即钢带的的早期作作用主要要表现在在防止顶顶板破碎碎的小岩
23、岩块掉落落，与网网的作用用相差无无几。（2）钢钢带的中中期作用用一是阻止止锚杆间间的危岩岩垮落；二是阻阻止其产产生较大大的扩容容和离层层，提高高岩层的的承载能能力，从从而增加加次生承承载层厚厚度和承承载能力力，有利利于巷道道顶板的的稳定；三是使使锚杆受受力趋于于均匀，有有利于发发挥锚杆杆支护的的整体作作用。（3）钢钢带的后后期作用用巷道变形形增加后后，锚杆杆间围岩岩扩容和和离层逐逐渐增大大，钢带带受力增增加。对于锚杆杆锚固端端仍处于于稳定岩岩层范围围内时，只只要钢带带承受的的拉力小小于其破破断载荷荷，顶板板仍能保保持稳定定，下沉沉得到有有效的控控制。对于锚杆杆全部处处于破坏坏岩层范范围内时时，
24、可能能出现两两种状态态，其一一是次生生承载层层虽然产产生较大大的扩容容和离层层，但仍仍有足够够的承载载能力，保保持顶板板稳定，不不至于失失稳垮落落；其二二是次生生承载层层承载能能力丧失失过大，出出现失稳稳现象。如如果仅采采用锚杆杆群支护护，则有有可能顶顶板垮落落。加钢钢带后，不不仅增大大了次生生承载层层的厚度度，显著著增加了了其承载载能力，而而且次生生承载层层的受力力状态也也得到明明显改善善。3）帮锚锚杆的作作用巷道侧帮帮变形与与破坏规规律很多多方面同同顶板类类似。但但是，对对于煤巷巷，由于于煤帮的的强度比比顶板强强度小，而而且顶板板与煤层层交界面面的强度度更小，因因此，与与岩石巷巷道相比比，
25、煤巷巷变形和和破坏有有其特点点。（1）帮帮锚杆的的早期作作用巷道开掘掘初期，煤煤帮变形形和破坏坏范围都都较小，锚锚杆的作作用在于于控制浅浅部煤层层的扩容容和松动动。显然然，同顶顶板锚杆杆一样，帮帮锚杆安安装越及及时，预预紧力越越大，效效果越好好。（2）帮帮锚杆的的中期作作用在这个阶阶段，由由于煤层层的流变变效应，导导致破坏坏范围逐逐渐扩大大，如果果不采取取支护，煤煤层导致致片帮，巷巷道跨度度增大。采用锚杆杆支护后后出现两两种情况况。当锚杆深深入到煤煤层稳定定深度后后，锚杆杆的作用用是：将将煤层破破坏区域域与稳定定煤层相相连，阻阻止破坏坏区域向向巷道移移动；锚锚杆给破破坏区煤煤层提高高径向和和切
26、向约约束，从从而减小小煤层破破坏区的的扩容、松松动和滑滑移，增增大其承承载能力力；破坏坏区内煤煤层的切切向承载载能力增增大后，会会增加岩岩层与煤煤层交界界面的摩摩擦力，有有利于阻阻止煤帮帮的整体体移动。当锚杆处处于煤层层破坏区区时，锚锚杆作用用是：在在煤层破破坏区内内形成次次生承载载层，它它具有较较大的垂垂直承载载能力，并并能阻止止内部煤煤层的进进一步扩扩容、松松动；次次生承载载层形成成后，会会使煤层层深部的的应力分分布趋于于均匀，有有利于煤煤帮稳定定；次生生承载层层的垂直直承载能能力大，从从而作用用在其上上的垂直直应力大大，增大大了岩层层与煤层层交界面面上的摩摩擦力，有有利于减减小锚固固区煤
27、层层的整体体移动。（3）帮帮锚杆的的后期作作用巷道支护护时间加加长或受受到采动动影响，煤煤帮破坏坏范围及及移动量量都会明明显增加加。当锚杆锚锚固端处处于煤层层稳定范范围内，只只是锚杆杆受力增增大。若若锚杆参参数设计计合理，能能够保证证煤帮的的稳定性性。当锚杆已已全部处处于煤层层破坏范范围中，若若次生承承载层具具有较大大的承载载能力，仍仍可保持持煤帮的的稳定性性，阻止止煤帮整整体移动动。若次生承承载层能能力丧失失过大，则则煤帮将将失稳、片片落，向向巷道内内移动。3）顶板板与两帮帮支护的的关系以上分析析了顶板板及两帮帮锚杆的的受力特特征。在在实际巷巷道中，两两者相互互影响，共共同作为为一个支支护系
28、统统维护巷巷道。保保持煤帮帮的稳定定性，给给顶板支支护系统统提供了了强有力力的支点点，不会会出现煤煤层片帮帮而引起起巷道跨跨度增大大，导致致顶板下下沉剧烈烈、失稳稳和垮落落等现象象。同样样，顶板板保持稳稳定、完完整也有有利于煤煤帮的稳稳定性和和减少变变形，两两者是相相辅相成成的，任任何一个个环节出出现问题题，都会会影响巷巷道围岩岩的整体体稳定性性。在回回采巷道道中，由由于煤层层相对较较软，是是易破坏坏的部位位。因此此，巷道道的两帮帮支护显显得尤为为重要。（四）锚锚索作用用机理锚索支护护基于锚锚杆支护护原理中中的悬吊吊理论，再再增加适适当大小小的预应应力，支支护后围围岩不至至形成离离层脱落落，确
29、保保围岩稳稳定，是是一种传传递主体体结构的的支护应应力到深深部稳定定岩层的的主动支支护方式式。锚索的作作用主要要是将锚锚杆支护护形成的的次生承承载层与与围岩的的关键承承载层相相连，提提高次生生承载层层的稳定定性。即即使次生生承载层层发生断断裂、转转动，也也不致于于失稳而而引起顶顶板垮落落。同时时，由于于锚索可可施加较较大的预预紧力，可可挤紧岩岩层中的的层理、节节理、裂裂隙等不不连续面面，增加加不连续续面之间间的摩擦擦力，从从而提高高围岩的的整体强强度。预应力锚锚索支护护是锚固固技术发发展中占占有重要要地位的的一种支支护形式式，其与与普通锚锚杆相比比有突出出的特点点：一是长长度大，能能够锚入入到
30、深部部稳定岩岩石中，并并可以施施加预应应力；二二是能限限制岩体体的有害害变形发发展，从从而保持持岩体的的稳定。锚锚索一般般是锚杆杆长度的的355倍，因因此除了了能够起起到普通通锚杆的的悬吊作作用、组组合梁作作用、组组合拱作作用外，还还能对巷巷道围岩岩进行深深部锚固固，在实实际应用用中往往往锚杆与与锚索配配合使用用。二、煤巷巷锚杆支支护参数数设计方方法煤巷的突突出特点点就是承承受采动动支承压压力，围围岩破碎碎，变形形量大。巷巷道锚杆杆支护设设计，首首先要对对巷道所所经受采采动影响响过程及及影响程程度进行行准确的的评估，对对巷道使使用要求求和设计计目标要要予以准准确定位位。比如如，是按按采动影影响
31、时的的支护难难度设计计支护，还还是按照照采动影影响前的的使用要要求设计计，不同同的设计计思想，结结果大不不相同。目前，我我国煤巷巷支护设设计方法法大致分分为三类类，即工工程类比比法、理理论计算算法及实实例法。1）工程程类比法法工程类比比法是当当前应用用较广的的方法。它它是根据据已经支支护的类类似工程程的经验验，通过过工程类类比，直直接提出出支护参参数。它它与设计计者的实实践经验验有很大大关系。然然而，要要求每一一个设计计人员都都具有丰丰富的实实践经验验是不切切实际的的。为了了将特定定岩体条条件下的的设计与与个别的的工程相相应条件件下的实实践经验验联系起起来进行行工程类类比，做做出比较较合理的的
32、设计方方案，正正确的围围岩分类类是非常常必要的的。进行行围岩分分类后，就就可根据据不同类类别的岩岩层，确确定不同同的支护护形式和和参数。（1）巷巷道围岩岩分类方方法围岩分类类方法的的研究工工作历史史悠久，早早在188世纪，在在采矿及及各地下下工程已已开始用用分类的的方法研研究围岩岩的稳定定性。随随着采矿矿和人们们对岩石石物理力力学性质质认识的的不断深深入，国国内外围围岩分类类研究得得到了迅迅速发展展，据不不完全统统计，有有影响的的围岩分分类有五五六十种种之多。a. 普普氏岩石石分级法法该法用岩岩石坚固固性系数数f（普氏系系数）来对围围岩分类类，f值值等于岩岩石的单单向抗压压强度除除以100。坚
33、固固性系数数是岩石石间相对对的坚固固性在数数量上的的表现，它它最重要要的性质质在于不不论是何何种抗力力，以及及这种抗抗力是如如何引起起的，而而给予岩岩石相互互之间进进行比较较的可能能性。普普氏岩石石分级法法来自实实践，并并且有抽抽象概括括的程序序可取，所所提出的的岩石坚坚固性系系数值简简单明确确，到目目前仍有有一定的的使用价价值。b. 煤煤矿锚喷喷支护围围岩分类类为了适应应巷道锚锚杆支护护的需要要，原煤煤炭工业业部颁布布的煤煤炭井巷巷工程锚锚喷支护护设计试试行规范范制定定了煤矿矿锚杆支支护围岩岩分类，见见表1。该该分类综综合考虑虑了岩石石的单向向抗压强强度、岩岩体结构构和结构构面发育育状况、岩
34、体完完整性系系数、围围岩稳定定时间等等多种因因素，是是一种典典型的多多指标分分类方法法。c. 围围岩松动动圈分类类围岩松动动圈是一一个定量量的综合合指标，它它是建立立在对巷巷道围岩岩实测的的基础上上，几乎乎不作任任何假设设，用现现场实测测和模拟拟试验，研研究围岩岩状态，找找出围岩岩松动圈圈这一综综合指标标，用来来作为围围岩分类类的依据据。这一一分类方方法简单单、直观观性强、易易于掌握握，受到众众多煤矿矿巷道设设计与施施工人员员的欢迎迎。经过大量量的现场场松动圈圈测试及及其与巷巷道支护护难易程程度相关关关系的的调研之之后，依依据围岩岩松动圈圈的大小小将围岩岩分成小小松动圈圈，中松松动圈、大大松动
35、圈圈三大类类六小类类，如表表2所示示。表1煤矿矿锚杆支支护围岩岩分类围岩分类类岩层锚述述巷道开挖挖后围岩岩的稳定定状态（335m跨度度）岩种举例例类别名称I稳定围岩岩1.完整整坚硬岩岩层Rb60MMPa，不易风风化；2.层状状岩胶结结好，无无软弱夹夹层围岩基本本稳定，长长期不支支护无碎碎块掉落落现象完整的玄玄武岩、石石英质砂砂岩、奥奥陶纪石石灰岩、茅茅口灰岩岩、大冶冶厚层灰灰岩稳定性较好岩层层1.完整整比较坚坚硬岩层层Rb=40060MMPa2.层状状岩层，胶胶结较好好3 坚硬硬块状岩岩层，裂裂隙面闭闭合，无无泥质充充填物，Rb60MPa围岩基本本稳定，较较长时间间不支护护会出现现小块掉掉落胶
36、结好的的砂岩、砾砾岩、大大冶厚层层灰岩中等稳定岩层层1.完整整的中硬硬岩层 Rb=20010MMPa2.层状状岩层以以坚硬层层为主，夹夹有少数数软岩层层3.比较较坚硬的的块状岩岩层Rb=40060MMPa能维持一一个月以以上稳定定，会产产生局部部岩块掉掉落砂岩、砂砂质页岩岩、粉砂砂岩、灰灰岩、硬硬质凝灰灰岩稳定性较差岩层层1.较软软的完整整岩层，Rb20MPa2.中硬硬的层状状岩层；3.中硬硬的块状状岩层，Rb=2040MPa围岩的稳稳定时间间仅有几几天页岩、泥泥岩、胶胶结不好好的砂岩岩、硬煤煤不稳定岩层1.易风风化潮解解剥落的的松软岩岩层2.各类类破碎岩岩层围岩很容容易产生生冒顶片片帮炭质页
37、岩岩、花斑斑泥岩、软软质凝灰灰岩、煤煤破碎的的各种岩岩石表2巷道道支护围围岩松动动圈分类类表围岩类别别分类名称称围岩松动动圈Lp/cm支护机理理及方式式备注小松动圈圈I稳定围岩岩0400喷混凝土土支护围岩整体体性好，不不易风化化的可不不支护。中松动圈圈II较稳定围围岩401100锚杆悬吊吊理论喷层局部部支护III一般围岩岩1001500锚杆悬吊吊理论喷层局部部支护刚性支护护有局部部破坏大松动圈圈IV一般稳定定围岩（软软岩）1502000锚杆组合合拱理论论喷层金属属网局部部支护刚性支护护大面积积破坏，采采用可缩缩性支护护。V不稳定围围岩（较较软围岩岩）2003000锚杆组合合拱理论论喷层金属属网
38、局部部支护围岩变形形有稳定定期VI极不稳定定围岩（极极软围岩岩）3000待定围岩变形形一般在在支护下下无稳定定期。总结我国国近十年年多煤巷锚锚杆支护护的实践践，并吸吸取国外外先进经经验基础础上，以以工程类类比法为为主要依依据提出出的煤巷巷锚杆支支护形式式及主要要支护参参数选择择见表33。表3 巷道顶顶板锚杆杆支护形形式与主主要支护护参数选选择巷道类别巷道围岩状况基 本 支 护护 形 式主 要 支 护护 参 数非常稳定定整体砂岩岩、石灰灰岩类岩岩层：不不支护其他岩层层：单体体锚杆端锚 杆体直直径：116118mmm锚杆长度度：1.611.8mm排间距：0.881.2m设计锚固固力：664880k
39、NN稳定顶板较完完整：单单体锚杆杆顶板较破破碎：锚锚杆+网网端锚 杆体直直径：116118mmm锚杆长度度：1.622.0mm排间距：0.881.0m设计锚固固力：664880kNN中等稳定定顶板较完完整：锚锚杆+钢钢筋梁或或桁架顶板较破破碎：锚锚杆+钢钢带+网网，或增增加锚索索桁架+网网，或增增加锚索索端锚 杆体直直径：116118mmm锚杆长度度：1.822.2mm排间距：0.661.0m设计锚固固力：664880kNN全长锚固固 杆杆体直径径：188222mm锚杆长度度：1.822.4mm排间距：0.661.0m不稳定锚杆+WW钢带+网，或或增加锚锚索桁架+网网，或增增加锚索索全长锚固固
40、 杆杆体直径径：188222mm锚杆长度度：1.822.4mm排间距：0.661.0m极不稳定定1顶板板较完整整：锚杆杆+金属属可缩支支架，或或增加锚锚索2顶板板较破碎碎：锚杆杆+网+金属可可缩支架架，或增增加锚索索，或加加固围岩岩3底鼓鼓严重：锚杆+环形可可缩支架架全长锚固固 杆杆体直径径：188222mm锚杆长度度：2.222.6mm排间距：0.661.0m2）理论论计算法法在岩石力力学支护护理论的的发展历历程中，人人们试图图做像地面结结构那样样能够较较为准确确地确定定支护荷荷载，用用理论计计算方法法设计支支护结构构，这是是岩石力力学工作作者长期期追求和和奋斗的的目标。经经过众多多学者和和
41、科技工工作者的的长期研研究和实实践，理理论设计计支护日日渐完善善，成为为很多国国内外专专家巷道道支护设设计的主主要手段段。目前，常常用的锚锚杆支护护参数设设计方法法有以下几几种：（1）悬悬吊作用理理论设计计锚杆支支护参数数；（2）承承压拱理理论设计计锚杆支支护参数数；（3）松松动圈支支护理论论设计锚锚杆支护护参数；（4）扩扩容理论论设计锚锚杆支护护参数。3）实测测法根据现场场实际观观测资料料，利用用岩石力力学原理理与数理理统计方方法进行行巷道支支护的设设计方法法已被许许多国家家采用。我国一些些矿区，利利用超声声仪实测测巷道围围岩松动动圈的方方法，进进行软岩岩锚喷网网支护参参数的设设计，取取得了
42、较较好效果果。澳大大利亚、英英国利用用对围岩岩特性的的综合测测量结果果，进行行支护系系统的设设计。观观察内容容有地应应力、顶顶板岩层层位移及及锚杆承承载特性性等参数数，根据据实测资资料、巷巷道的地地质环境境及岩石石力学原原理，确确定支护护的参数数。三、煤巷巷锚杆支支护参数数和设计计方法的的确定锚杆支护护参数确确定方法法取决于于锚杆支支护理论论，锚杆杆支护理理论不同同，锚杆杆支护参参数的确确定方法法也不同同。1 悬悬吊作用用理论设设计锚杆杆支护参参数1）锚杆杆长度的的确定L=L11+L2+L3式中 L锚杆杆长度，mm；L1锚杆外外露长度度，m；L2锚杆有有效长度度，m；L3锚杆锚锚固长度度，m。
43、（1）锚锚杆外露露长度LL1的确定定L1=垫垫板厚度度+螺母母厚度+（0.020.003）mm一般L11=0.15mm。（2）锚锚杆有效效长度LL2的确确定锚杆有效效长度LL2的确定定方法有有三种，一一是采用用声波法法测出巷巷道围岩岩松动圈圈范围；二是采采用岩层层探测分分析仪进进行测量量；三是是采用解解释法中中普式自自然平衡衡拱理论论确定LL2。a. 岩岩层探测测分析仪仪确定LL2b. 普普式自然然平衡拱拱理论确确定L2巷道顶锚锚杆有效效长度LL2的确定定：f3时时，f2时时，巷道帮锚锚杆有效效长度LL2的确定定：式中f普氏氏系数；B巷巷道跨度，mm；H巷巷道掘进进高度，mm；内摩摩擦角，（）
44、。（3）锚锚杆锚固固长度LL3的确定定L3=00.30.44m2）锚杆杆间排距距的确定定对锚杆支支护巷道道，考虑虑施工工工艺通常常取间排排距相等等，锚杆杆间排距距D按下式式计算：D0.5L3）锚杆杆直径的的确定锚杆直径径d可按下下式计算算：4）锚杆杆锚固力力计算锚杆锚固固力可按按下式计计算：式中Q锚杆杆锚固力力，t；K锚锚杆安全全系数，取取23；L2锚杆有有效长度度，m；r视视密度，tt/m3。2 组组合梁理理论设计计锚杆支支护参数数 用组合梁梁理论设设计锚杆杆的支护护参数适适用于层层状岩体体，裂隙隙发育的的平顶巷巷道。计计算公式式如下：a. 锚锚杆的长长度式中l锚杆杆长度，mm；l1外露长长
45、度，一一般取00.1mm；l2锚杆的的有效长长度，mm；l3锚杆的的锚固长长度，一一般取00.20.33m；L巷巷道净跨跨度，mm；k1安全系系数；机机掘取223，炮炮掘取335，巷巷道受采采动影响响取56；P层层状岩石石上部的的均匀载载荷，MMPa；与组组合层数数有关的的系数；当组合合岩层数数为1、22、3时时，分别别对应11、0.75、00. 77，当组组合层数数4时时，取00.655；岩层层抗拉计计算强度度，可取取试验强强度的00.60.88倍，MMPa；原岩岩水平应应力，MMPa（=，为泊松松比）。b. 锚锚杆间距距所选锚杆杆长度，须须验算组组合梁各各岩层面面间不发发生相对对滑动，并并
46、保证最最下面一一层岩层层的稳定定性，即即锚杆间间距满足足下式要要求：式中锚杆间间排距，mm；最下下层岩层层厚度，mm；最下下层岩层层抗拉计计算强度度，可取取试验强强度的00.30.44倍，MMPa；最下下层岩石石自重均均匀载荷荷，MPPa。组合梁理理论只适适合于层层状顶板板锚杆支支护的设设计，对对于巷道道的帮、底底不适用用。组合梁厚厚度越大大，梁的的最大应应变值越越小。组组合梁充充分考虑虑了锚杆杆对离层层及滑动动的约束束作用，原原理上对对锚杆作作用分析析的比较较全面，但但是它存存在以下下明显缺缺点。a. 组组合梁有有效组合合厚度很很难确定定。它涉涉及到影影响锚杆杆的众多多因素，目目前还没没有一种种方法可可以比较较可靠地地估计有有效组合合厚度。b. 没没有考虑虑水平应应力对组组合梁强强度、稳稳定性及及锚杆荷荷载的作作用。其其实，在在水平应应力较大大的巷道道中，水水平应力力是顶板板破坏、失失稳的主主要原因因。3 组合合拱理论论设计锚锚杆支护护参数组合拱理理论设计计锚杆支支护参数数，一般般用于巷巷道围岩岩破碎，巷巷道断面面为拱顶顶的巷道道。该理论论认为：在沿拱拱形巷道道周边布布置锚杆杆后，在在预紧锚锚杆力的的作用下下，每根根锚杆都都有一定定的应力力作用范范围，只只要取合合理的锚锚杆