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浅议复合顶板下巷道的锚杆支护 安全07—2 孙博 摘　 要:煤巷锚杆支护在实际施工中 ,经常会遇到各种各样的问题 ,给煤巷锚杆支护带来很多困难 ,复合顶板就是其中之一。文章主要从锚杆的支护原理、 支护设计、 支护监测等方面 ,对复合顶板锚杆支护设计相关依据进行了阐述 ,,以期对复合顶板条件下巷道支护设计起到一定指导作用。 关 键 词：复合顶板、锚杆支护、锚杆锚索 　 煤巷沿顶板掘进时常遇到复合顶板 ,所谓复合顶板是指在煤层顶板由多层岩层和煤线间隔复合而成 ,层间粘结力弱 ,暴露易发生离层 ,支护不良时还可能发生大面积垮落事故。过去采用的是工字钢架棚支护 ,由于架棚支护是一种被动支护 ,易造成巷道两帮及顶底板移近量大 ,支架损坏严重 ,造成前掘后修的现象 ,严重影响安全生产。为解决这一施工难题 ,在现阶段的技术条件下 ,复合顶板支护方式很多 ,锚杆支护以其良好的优越性排在所有支护方案的前列。但大量的实践又证明 ,选用单一的、 一成不变的支护设计方案 ,是不符合复合顶的复杂性和多变性支护要求的 ,只有因地制宜 ,根据现场的复合顶板的状况 ,采用不同参数的锚杆支护设计方案 ,才能取得比较好的效果。 锚杆支护的出现，实现了巷道支护方面的一次重大革命。以前传统的支护方式存在一些弊端，如砌谴巷道，巷道掘进断面大，支护厚度大，工人劳动强度大，掘进速度慢，材料消耗大，支护成本高等缺点。又如，棚式支架，首先是支护成本高，钢材消耗量巨大，无法实现机械化作业，工人劳动强度大，因而造成掘进速度也较慢。这两种支护方式均属被动支护，即随着巷道地应力的增大，巷道的支护厚度或工字钢的。 支护技术目前美国澳大利亚巷道锚杆支护率达90以上西欧一些主要产煤国锚杆支护率也达到了80%以上。我国经过多年的推广应用锚杆支护技术，岩巷锚杆支护率达到了80%。煤巷锚杆支护率仅为40%，与发达国家相比仍有一定的差距。 随着开采深度的增加及地质条件的复杂化，巷道围岩应力增大。另外，沉积岩类顶板一般较软弱，且裂隙较发育，煤矿巷道更难维护，现根据锚杆支护相关理论 ,并结合多年锚杆支护设计经验 ,对支护原理、 支护设计进行分析。 支护原理 随着锚杆支护的实践应用，锚杆支护的理论也在不断的产生和完善。目前国内外关于锚杆支护理论主要有以下几种形式: 1．1悬吊理论 1.1.1悬吊理论简述 1952年路易斯阿帕内科L(ui.Apnake)等发表了悬吊理论，悬吊理论认为锚杆支护的作用就是将巷道顶板较软弱岩层悬吊在上部稳固的岩层上，在预加张紧力的作用下，每根锚杆承担其周围一定范围内岩体的重量，锚杆的锚固力应大于其所悬吊的岩体的重力。 2组合梁理论 2.1组合梁理论 2．2.1组合梁理论简述 基本假设:沉积岩类岩石的空间分布是层状结构，每层岩石都有一定的抗压强度、抗拉强度和抗剪强度，但相互间缺少粘结力或粘结力很弱。基于这一假设，按材料力学理论可知，无锚杆时巷道顶板岩石为叠合梁结构，在受到其上部围岩的应力作用后，各层单独变形，层与层之间容易产生滑移从而导致离层;而顶板采用锚杆支护时，锚杆穿过各层状岩层形成组合梁，共同抵抗围岩应力，故变形较小，从而起到支护的作用。见图1一2组合梁作用原理。 即多层组合梁的最大拉应力为多层迭合梁最大拉应力的1n/，最大挠度为多层迭合梁的，可见组合梁的应力状态要比迭合梁的应力状态好得多。 2.3减跨理论 2.3.1减跨理论简述 在悬吊作用理论及组合梁作用理论的基础上，提出了减跨理论，该理论认为:锚杆末端固定在稳定岩层内，穿过薄层状顶板，每根锚杆相当于一个铰支点，将巷道顶板划分成小跨，从而使顶板挠度降低。 见图1一3减跨作用原理。 通过比较可知，在巷道顶板上安装锚杆之后，将巷道顶板划分成多个小跨，成为多跨连续梁结构，其冒落拱高度及顶板下沉量均有大幅度的降低，从而使巷道围岩更加稳定。 2．4三铰拱理论 2.4.1三铰拱理论简述 危险岩块在锚杆作用下，岩块相互搭接，形成一个三铰拱，其计算简图见图1一4。 计算原理如下: 2.5组合拱理论 2.5.1组合拱理论简述 对于拱形巷道，前四种理论均不符合，而拱形断面巷道又是煤矿井下最常见的巷道断面形式。组合拱理论认为:在沿拱形巷道周边布置锚杆后，在预紧锚固力的作用下，每根锚杆都有一定的应力作用范围，只要取合理的锚杆间距，其应力作用范围会相互重迭，从而形成一连续的挤压加固带—即厚度较大组合拱，该加固带的厚度是普通砌暄支护厚度的数倍。故能更为有效地抵抗围岩应力，减少围岩变形，其支护效果明显好于普通砌暄支护。 按组合拱理论，锚杆的间排距与压缩拱厚度的关系可由下式确定。 锚杆长度按L=1.6-1.8m，锚杆间排距按a=0.6-0.8m取值时，则挤压加固拱的厚度b=0.9一1.2m，且锚固体具有较好的可缩性。