錨桿支護(hù)理論現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)探討 畢業(yè)論文

錨桿支護(hù)理論現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)探討畢業(yè)論文錨桿支護(hù)理論現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)討論摘要:介紹了錨桿支護(hù)技術(shù)的發(fā)展,對(duì)國(guó)內(nèi)外錨桿支護(hù)作用機(jī)理研究的發(fā)展與現(xiàn)狀進(jìn)行了討論研究,提出了錨桿支護(hù)理論研究中存在的問(wèn)題,以促進(jìn)錨桿支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用。關(guān)鍵詞:錨桿,支護(hù)理論,組合梁,受力曲線ReinforcementofwetyellowsoilbasementinShi-Taipassengerlinebystrong-poundingmethodCoalminingengineeringB07-4,Safetyengineeringcollege，NorthchinainstituteofscienceandtechnologywangshumingAdviserZhangfengyanAbstract:Basedonprinciplesofreinforcementbystrong-poundingmethods,itsummarizestheconstructingsequence,crafts,qualitycontrolandinspectingmeasuresofwetyellowsoilbasementreinforcementinShi-Taipassengerlinebystrong-poundingmethods,whichcanberefer-enceforfamiliargeologicalconstruction.Keywords:strong-poundingmethods,principlesofreinforcement,constructingcrafts,qualitycontrol,inspection錨桿支護(hù)是一種主動(dòng)支護(hù)形式,代表了巷道支護(hù)的發(fā)展方向。在錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)中,錨桿支護(hù)理論是設(shè)計(jì)的基礎(chǔ),是支護(hù)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分。但是目前國(guó)內(nèi)外主要采用傳統(tǒng)的懸吊、組合梁、組合拱三大理論進(jìn)行錨桿支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì),存在很多的問(wèn)題。固然國(guó)內(nèi)近期幾年對(duì)錨桿支護(hù)理論有了一些研究,但還應(yīng)該進(jìn)一步完善,對(duì)錨桿支護(hù)機(jī)理還沒(méi)有統(tǒng)一的認(rèn)識(shí),還缺乏一種行之有效的理論計(jì)算方法。所以應(yīng)加大對(duì)某些理論的研究力度,改善實(shí)驗(yàn)裝置,發(fā)明高精度的監(jiān)測(cè)儀器。1.國(guó)外錨桿支護(hù)理論目前國(guó)外對(duì)錨桿支護(hù)的機(jī)理研究較多,可歸納為下面幾種:1.1.懸吊理論1952年路易斯阿·帕內(nèi)科(LouisA·Panek)等發(fā)表了懸吊理論,懸吊理論以為錨桿支護(hù)的作用就是將巷道頂板較軟弱巖層懸吊在上部穩(wěn)固的巖層上。見(jiàn)圖1。對(duì)于回采巷道揭露的層狀巖體,直接頂板均有彎曲下沉變形趨勢(shì),假如使用錨桿及時(shí)將其擠壓,并懸吊在老頂上,直接頂板就不會(huì)與老頂離層乃至脫落。錨桿的懸吊作用主要取決于所懸吊的巖層的厚度,層數(shù)及巖層彎曲時(shí)相對(duì)的剛度與彈性模量,還受錨桿長(zhǎng)度、密度及強(qiáng)度等因素的影響。這一理論提出的較早,知足其前提條件時(shí),有一定的實(shí)用價(jià)值。但是大量的工程實(shí)踐證實(shí),即便巷道上部沒(méi)有穩(wěn)固的巖層,錨桿亦能發(fā)揮支護(hù)作用。例如,在全煤巷道中,錨桿就錨固在煤層中也能到達(dá)支護(hù)的目的,講明這一理論有局限性。圖1懸吊理論示意圖1.2.組合梁理論組合梁理論以為巷道頂板中存在著若干分層的層狀頂板,可看作是由巷道兩幫作為支點(diǎn)的一種梁,這種巖梁支承其上部的巖層載荷。見(jiàn)圖2。圖2組合梁理論示意圖使用錨桿將各層“裝訂〞成一個(gè)整體的組合梁,防止巖石沿層面滑動(dòng),避免各巖層出現(xiàn)離層現(xiàn)象。在上覆巖層荷載作用下,這種較厚的組合梁比單純的迭加梁,其最大彎曲應(yīng)變和應(yīng)力將大大減小,撓度亦減小。而且各層間摩擦阻力愈大,整體強(qiáng)度愈大,補(bǔ)強(qiáng)效果愈好。但是,這種理論在處理巖層沿巷道縱向有裂縫時(shí)梁的連續(xù)性問(wèn)題和梁的抗彎強(qiáng)度問(wèn)題時(shí)有一定的局限性。1.3.組合拱理論組合拱理論是由蘭氏(TALang)和彭德(Pender)通過(guò)光彈試驗(yàn)提出來(lái)的。組合拱原理以為,在拱形巷道圍巖的破裂區(qū)中,安裝預(yù)應(yīng)力錨桿時(shí),在桿體兩端將構(gòu)成圓錐形分布的壓應(yīng)力,假如沿巷道周邊布置的錨桿間距足夠小,各個(gè)錨桿的壓應(yīng)力維體互相交織,這樣使巷道周?chē)膸r層構(gòu)成一種連續(xù)的組合帶(拱)見(jiàn)圖3。圖3組合拱理論示意圖這個(gè)組合拱可承受上部巖石的徑向載荷,好像碹體起到巖層補(bǔ)強(qiáng)的作用,承載外圍的壓力。組合拱理論的缺乏是缺乏對(duì)被加固巖體本身力學(xué)行為的進(jìn)一步討論,與實(shí)際情況有一定差距,在分析經(jīng)過(guò)中沒(méi)深化探索圍巖—支護(hù)的互相作用。1.4.最大水平應(yīng)力理論澳大利亞學(xué)者蓋爾(WJGale)在20世紀(jì)90年代初提出了最大水平應(yīng)力理論。該理論以為:礦井巖層的水平應(yīng)力一般是垂直應(yīng)力1.3~2.0倍。而且水平應(yīng)力具有方向性,最大水平應(yīng)力一般為最小水平應(yīng)力的1.5~2.5倍。巷道頂?shù)装宓姆€(wěn)定性主要受水平應(yīng)力影響,且有三個(gè)特點(diǎn):①與最大水平應(yīng)力平行的巷道受水平應(yīng)力影響最小,頂?shù)装宸€(wěn)定性最好;②與最大水平應(yīng)力呈銳角相交的巷道。其頂板變形毀壞偏向巷道某一幫;③與最大水平應(yīng)力垂直的巷道,頂?shù)装宸€(wěn)定性最差,如圖4所示。圖4不同巷道布置方向的應(yīng)力效應(yīng)最大水平應(yīng)力理論,闡述了巷道圍巖水平應(yīng)力對(duì)巷道穩(wěn)定性的影響以及錨桿支護(hù)所起的作用。在最大水平應(yīng)力作用下,巷道頂?shù)装鍘r層發(fā)生剪切毀壞,因此會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)動(dòng)與松動(dòng)引起層間膨脹,造成圍巖變形。錨桿所起的作用是約束其沿軸向巖層膨脹和垂直于軸向的巖層剪切錯(cuò)動(dòng),因而要求具備有強(qiáng)度大、剛度大、抗剪阻力大的高強(qiáng)錨桿支護(hù)系統(tǒng)。2.國(guó)內(nèi)錨桿支護(hù)理論研究發(fā)展大概情況近十幾年來(lái),國(guó)內(nèi)很多學(xué)者對(duì)錨桿作用機(jī)理做了大量的深化研究與討論,進(jìn)一步揭示了錨桿支護(hù)的本質(zhì),促進(jìn)了錨桿支護(hù)理論研究的發(fā)展,擴(kuò)大了錨桿支護(hù)技術(shù)應(yīng)用的范圍。主要觀點(diǎn)如下:2.1.全長(zhǎng)錨固中性點(diǎn)理論全長(zhǎng)錨固中性點(diǎn)理論由東北大學(xué)王明恕教授等提出了。該理論以為在靠近巖石壁面部分(錨桿尾部),錨桿阻止圍巖向壁面變形,剪力指向壁面。在圍巖深處(錨桿頭部),圍巖阻止錨桿向壁面方向移動(dòng)。錨桿上的剪力指向相背的分界點(diǎn),稱(chēng)為中性點(diǎn),該點(diǎn)處剪應(yīng)力為零,軸向拉應(yīng)力為最大。由中性點(diǎn)向錨桿兩端剪應(yīng)力逐步增大,軸向拉應(yīng)力逐步減少(如圖5)。圖5錨桿受力曲線該理論近年在國(guó)內(nèi)理論分析中其“中性點(diǎn)〞觀點(diǎn)被普遍接受,但其理論形式還存在著一定的爭(zhēng)議,由于它難以解釋錨桿尾部的斷裂機(jī)理,有人以為該理論假設(shè)未設(shè)托盤(pán)之故。2.2.松動(dòng)圈理論圍巖松動(dòng)圈巷道支護(hù)理論是由中國(guó)礦業(yè)大學(xué)董方庭教授提出,該理論是在對(duì)巷道圍巖狀態(tài)進(jìn)行深化研究后提出的。研究發(fā)現(xiàn)圍巖松動(dòng)圈的存在是巷道固有的特性,它的范圍大小(厚度值L)目前能夠用聲波儀或者多點(diǎn)位移計(jì)等手段進(jìn)行測(cè)定。巷道支護(hù)的主要對(duì)象是圍巖松動(dòng)圈產(chǎn)生、發(fā)展經(jīng)過(guò)中產(chǎn)生的碎脹變形力,錨桿承受拉力的來(lái)源在于松動(dòng)圈的發(fā)生、發(fā)展;并根據(jù)圍巖松動(dòng)圈厚度值的大小,將其分為小、中、大三類(lèi)。2.2.1.小松動(dòng)圈圍巖狀態(tài)當(dāng)Lp=0~40cm時(shí)為小松動(dòng)圈,圍巖碎脹變形和松動(dòng)圈圍巖自重均較小,不需用錨桿支護(hù),為防止圍巖風(fēng)化和局部危石掉落,只需單一噴射混凝土支護(hù)即可。2.2.2.中松動(dòng)圈圍巖狀態(tài)當(dāng)Lp=40~150cm時(shí)為中松動(dòng)圈,其碎脹變形比擬明顯,必須進(jìn)行錨網(wǎng)或錨噴支護(hù),支護(hù)的主體是錨桿,錨桿支護(hù)參數(shù)采用懸吊理論設(shè)計(jì)。在這里需要講明幾個(gè)問(wèn)題:(1)松動(dòng)圈理論所指的懸吊理論己賦予新的含義,即錨桿懸吊點(diǎn)為松動(dòng)圈外的巖(煤)體,并不需要懸吊在堅(jiān)硬的頂板巖層,懸吊對(duì)象是松動(dòng)圈構(gòu)成經(jīng)過(guò)中的碎脹變形力,但在目前碎脹力研究不充分的情況下,可簡(jiǎn)化為重力計(jì)算。(2)對(duì)中松動(dòng)圈圍巖狀態(tài),從理論上講可采用組合拱理論設(shè)計(jì)錨桿支護(hù)參數(shù),但由于松動(dòng)圈厚度值較小,用組合拱設(shè)計(jì)的錨桿長(zhǎng)度較短,在實(shí)際地下工程支護(hù)中存在著兩方面的不安全因素:巷道壁外表施工質(zhì)量問(wèn)題。由于圍巖客觀情況的變化及施工管理上的難度,目前尚很難嚴(yán)格到達(dá)光面爆破標(biāo)準(zhǔn),不可避免的存在著超(欠)挖問(wèn)題;錨桿施工質(zhì)量問(wèn)題。由于圍巖松動(dòng)圈厚度值較小,采用組合拱理論設(shè)計(jì)時(shí),其錨桿的長(zhǎng)度一般均小于常用錨桿的長(zhǎng)度,即1.1~1.5m,一旦某根錨桿因角度、間排距或者錨固力等問(wèn)題施工質(zhì)量不合格,則由于錨桿較短構(gòu)成的組合拱太薄而導(dǎo)致組合拱失效。因而,在中松動(dòng)圈圍巖狀態(tài)下,為到達(dá)安全、經(jīng)濟(jì)的目的,應(yīng)該采用懸吊理論設(shè)計(jì)錨桿支護(hù)參數(shù)。(3)對(duì)中松動(dòng)圈一般穩(wěn)定圍巖,采用其它類(lèi)型普通支護(hù)形式,如砌碹或棚式支架(可縮或不可縮)等,可行但不經(jīng)濟(jì)。對(duì)于中松動(dòng)圈,只要支護(hù)阻力大于松動(dòng)圈圍巖破裂經(jīng)過(guò)中產(chǎn)生的碎脹變形力,均可成功。但最為經(jīng)濟(jì)合理的支護(hù)形式為錨噴支護(hù),由于錨桿支護(hù)特點(diǎn)是深化圍巖內(nèi)部,通過(guò)其安裝方向與巖體重力方向或者位移方向一致而受拉力,以桿體的抗拉剛度與強(qiáng)度抑制巖體的位移,而且在同樣的支護(hù)效果下,錨桿的用鋼量只要U型鋼支架的1/12~1/15。2.2.3.大松動(dòng)圈圍巖狀態(tài)當(dāng)L>150cm時(shí)為大松動(dòng)圈,屬軟巖支護(hù)范疇。圍巖變形量大,變形時(shí)間長(zhǎng),礦壓顯現(xiàn)劇烈,支護(hù)困難。假如采用懸吊理論設(shè)計(jì)錨桿,則將會(huì)因其過(guò)長(zhǎng)而失去普遍應(yīng)用的價(jià)值。因而,重點(diǎn)研究了錨桿的組合拱理論。組合拱理論的本質(zhì)是利用錨桿的錨固力對(duì)破裂圍巖進(jìn)行錨固,提高其殘余強(qiáng)度,進(jìn)而在破裂圍巖中構(gòu)成一個(gè)具有相當(dāng)強(qiáng)度和可縮性的“組合拱〞構(gòu)造體。類(lèi)似模型試驗(yàn)證明了組合拱的存在及其強(qiáng)度和可縮性該理論的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單直觀,對(duì)中小松動(dòng)圈有很重要的價(jià)值,但對(duì)大松動(dòng)圈尤其是高應(yīng)力軟巖的采準(zhǔn)巷道,實(shí)踐表明,該理論有一定的局限性。目前,該理論己到達(dá)用理論方法確定煤礦巷道、硐室支護(hù)參數(shù)階段,經(jīng)過(guò)煤炭系統(tǒng)10多個(gè)礦區(qū),如雞西礦務(wù)局東海礦皮帶機(jī)頭大斷面硐室工程:淮南礦務(wù)局潘三煤礦、淮北礦務(wù)局張莊礦、石臺(tái)礦的大松動(dòng)圈軟巖工程:開(kāi)灤礦務(wù)局趙各莊礦千米深埋巷道工程及跨采巷道;平頂山礦務(wù)局八礦軟巖工程、十二礦復(fù)合頂板煤巷工程:潞安礦務(wù)局王莊、章村煤礦、兗州礦務(wù)局南屯煤礦的綜放順槽全煤巷道;遼源礦務(wù)局梅河礦“三軟〞煤巷工程;邯鄲礦務(wù)局云駕嶺煤礦、義馬礦務(wù)局常村煤礦軟巖返修巷道工程;山東七五煤礦沿空掘巷等5萬(wàn)余米的典型工業(yè)性試驗(yàn)巷道的推廣應(yīng)用表明:用該理論設(shè)計(jì)的巷道、硐室支護(hù)有理有據(jù),既解決了工程難題,又降低了工程造價(jià),加快了施工速度,與用工程類(lèi)比法所作支護(hù)設(shè)計(jì)相比,在穩(wěn)定圍巖中,可節(jié)省工程成本10%~20%;在不穩(wěn)定圍巖(軟巖)中,可降低支護(hù)成本25%~30%以上,施工速度提高30%~60%,獲得了宏大的經(jīng)濟(jì)效益。2.3.圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論該理論的要點(diǎn)是:(1)巖體經(jīng)錨桿錨固后,其峰值強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度均得到提高,隨著錨桿布置密度的增加,強(qiáng)度強(qiáng)化系數(shù)逐步增大,錨桿布置密度一定時(shí),錨桿對(duì)巖體殘余強(qiáng)度的強(qiáng)化程度大于對(duì)巖體的峰值強(qiáng)度的強(qiáng)化程度。(2)錨桿可有效改善原巖體的力學(xué)參數(shù),隨著錨桿布置密度的增加,錨固體峰值前的E,C,峰值后的E,C,φ均有不同程度的提高。(3)利用錨桿支護(hù),能夠提高錨固區(qū)域巖體的強(qiáng)度,能夠有效的減小巷道圍巖塑性區(qū),破碎區(qū)半徑及巷道外表位移,保持巷道圍巖穩(wěn)定。該理論的分析方法是將錨桿的作用簡(jiǎn)化為對(duì)錨固圍巖從錨桿的兩端施加徑向約束力,由實(shí)驗(yàn)室錨固塊體試驗(yàn)確定圍巖塑性應(yīng)變軟化本構(gòu)關(guān)系,再利用彈塑性理論定量分析錨桿的支護(hù)效果。2.4.錨固力與圍巖變形量關(guān)系理論該理論對(duì)錨桿錨固力的內(nèi)涵及作用進(jìn)行了深化研究,以為錨桿對(duì)圍巖的錨固作用是通過(guò)錨固力來(lái)實(shí)現(xiàn)的,而錨固力是依靠圍巖變形而產(chǎn)生和發(fā)展的。錨桿支護(hù)一般在巷道開(kāi)挖完成后施行,此時(shí)圍巖的彈塑性變形已經(jīng)完成,使錨桿產(chǎn)生錨固力的是圍巖峰后的剪脹變形,隨著剪脹變形的漸進(jìn)發(fā)展,錨桿從徑向和切向兩個(gè)方向上產(chǎn)生限制剪脹變形的力σbr、σbθ。剪脹變形越大,錨桿的徑向和切向的錨固力越高。錨桿的錨固作用使得圍巖在較高的應(yīng)力狀態(tài)(能量狀態(tài))下獲得穩(wěn)定平衡。2.5.錨固平衡拱理論該理論以為,錨桿加固對(duì)于提高圍巖本身的最大承載能力沒(méi)有明顯的效果,但在圍巖產(chǎn)生塑性毀壞后,對(duì)提高圍巖的殘余強(qiáng)度及承載能力有顯著作用。在巷道周?chē)?錨桿與其錨固范圍內(nèi)的巖石構(gòu)成一種錨固支護(hù)體,當(dāng)這個(gè)錨固體中的巖石在圍巖集中應(yīng)力作用下發(fā)生毀壞時(shí),其承載能力降低并產(chǎn)生變形,同時(shí)圍巖的集中應(yīng)力向深部轉(zhuǎn)移,使錨固體卸載。在此經(jīng)過(guò)中,錨固體通過(guò)錨桿的約束作用和抗剪作用,使塑性毀壞后易于松動(dòng)的巖石構(gòu)成具有一定承載能力和適應(yīng)本身變形卸載的錨固平衡拱。3我國(guó)錨桿支護(hù)技術(shù)發(fā)展中出現(xiàn)的問(wèn)題3.1對(duì)錨桿支護(hù)機(jī)理的認(rèn)識(shí)亟待提高目前，沿用錨桿的設(shè)計(jì)方法，采用懸吊、組合梁、加固拱等理論進(jìn)行計(jì)算，均是針對(duì)一般巷道提出的，還沒(méi)有能針對(duì)煤巷的特定條件建立符合其特點(diǎn)的支護(hù)原理及設(shè)計(jì)方法，尤其是全煤及軟巖條件下巷道圍巖支護(hù)設(shè)計(jì)的要求。因而，目前的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)主要是經(jīng)歷性的，設(shè)計(jì)和施工中還有很多盲目性。所以有必要在進(jìn)一步深化研究巷道圍巖礦壓顯現(xiàn)規(guī)律的基礎(chǔ)上，探索錨桿支護(hù)理論。3.2錨桿與錨固劑的產(chǎn)品質(zhì)量不過(guò)關(guān)，錨桿機(jī)具不配套錨桿的材質(zhì)、構(gòu)造與其力學(xué)性能?chē)?yán)密相關(guān)，錨固劑的質(zhì)量指標(biāo)更是決定支護(hù)可靠性的關(guān)鍵。我國(guó)煤礦井下使用的錨桿型式很多，但其強(qiáng)度、延伸率均偏低，在不能為巷道圍巖提供較大的支護(hù)阻力的同時(shí)，也不能適應(yīng)巷道圍巖的變形，易使巷道頂板產(chǎn)生離層或錯(cuò)動(dòng)。此外，因使用低性能的錨桿，不可避免地使每米巷道安裝的錨桿數(shù)量偏多，而影響巷道的掘進(jìn)進(jìn)尺。錨桿制作時(shí)另一常見(jiàn)問(wèn)題是錨桿配件強(qiáng)度低,表如今高應(yīng)力巷道,錨桿受力后出現(xiàn)螺母從托盤(pán)穿透、錨桿出現(xiàn)滑絲、螺母被壓裂等現(xiàn)象,因而錨桿制作時(shí)要十分注意提高配件強(qiáng)度。合格的錨桿應(yīng)該知足:①桿體等強(qiáng),不存在弱面;②錨桿配件強(qiáng)度高于桿體強(qiáng)度。3.3錨桿機(jī)具不配套錨桿機(jī)具性能是決定錨桿安裝質(zhì)量與施工速度的關(guān)鍵。澳大利亞不僅重視研制各種詳細(xì)用處的錨桿構(gòu)造型式，而且極為重視錨桿鉆裝機(jī)的不斷研制更新。我國(guó)目前固然電動(dòng)、風(fēng)動(dòng)和液壓錨桿鉆機(jī)都有，但性能構(gòu)造不盡合理，零部件質(zhì)量和整機(jī)性能都急需進(jìn)一步完善與提高，至于掘錨聯(lián)合機(jī)組，更有待進(jìn)一加緊研制與試驗(yàn)，以實(shí)現(xiàn)掘支平行作業(yè)，提高成巷速度。3.4錨桿監(jiān)測(cè)儀器與監(jiān)測(cè)技術(shù)需要提高監(jiān)測(cè)是監(jiān)督施工質(zhì)量、保證錨桿支護(hù)安全可靠的重要手段。我國(guó)特別重視錨桿支護(hù)的監(jiān)測(cè)工作，先后研制出了一些監(jiān)測(cè)與監(jiān)測(cè)儀器(錨固力測(cè)定儀、超聲波圍巖裂縫探測(cè)儀等)，但性能不高、功能不全，還未構(gòu)成系列配套的綜合檢測(cè)技術(shù)。另外盡管監(jiān)測(cè)工作已有所開(kāi)展，但其所起的反應(yīng)和指導(dǎo)作用卻難以發(fā)揮。這主要是施工和管理人員的理論水平偏低，對(duì)監(jiān)測(cè)的認(rèn)識(shí)缺乏，且缺少正確的指導(dǎo)方法。3.5錨桿檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)需要修改和完善隨著對(duì)錨桿支護(hù)認(rèn)識(shí)的深化和錨桿制作工藝水平的提高,錨桿檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)需要修改和完善:①合格錨桿必須綜合考慮錨桿各部位、部件后綜合做結(jié)論,不能分割開(kāi)來(lái),否則檢測(cè)時(shí)將出現(xiàn)各分項(xiàng)都合格,而實(shí)際卻不能知足工程需要;②檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)中錨桿配件需要從不低于屈從強(qiáng)度提高到不低于桿體實(shí)際的破斷強(qiáng)度。假如不能同時(shí)知足以上兩方面要求,在高應(yīng)力大變形圍巖條件下,錨桿支護(hù)則不能發(fā)揮應(yīng)有的作用,起不到讓壓、卸壓,知足不了工程需要將存在極大隱患。因而在高應(yīng)力條件必須使用等強(qiáng)錨桿,高度重視錨桿制作質(zhì)量。3.6.錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)的片面性由于懸吊理論簡(jiǎn)單、直觀、容易量化,而其它支護(hù)理論不易定量化,因而錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí),一般采用懸吊理論,這種設(shè)計(jì)理論過(guò)去已被廣泛應(yīng)用,做出了宏大奉獻(xiàn)。懸吊理論在指導(dǎo)礦壓小、圍巖穩(wěn)定完好、圍巖運(yùn)動(dòng)方向與錨桿平行時(shí)非常適用,而在高應(yīng)力、圍巖運(yùn)動(dòng)方向與錨桿方向不一致時(shí)遭到限制。懸吊理論設(shè)計(jì)出的錨桿支護(hù)方案過(guò)于片面,錨桿直徑偏低。例如在一些高應(yīng)力巷道整修時(shí),經(jīng)常能看到部分錨桿由原來(lái)的直線型,被擠壓變構(gòu)成為汽車(chē)搖把形狀“〞,平行于錨桿的觀測(cè)鉆孔發(fā)生錯(cuò)位等。這些現(xiàn)象講明:從宏觀方面看錨桿受力也是非常復(fù)雜的,既有沿錨桿軸向的力,也有與錨桿方向垂直或成一定角度的剪切應(yīng)力,因而錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)必須綜合各方面因素,不僅要考慮錨桿拉伸毀壞,還要考慮剪切毀壞,十分是高應(yīng)力條件下,假如按錨桿拉伸毀壞形式選取的錨桿直徑必然偏小、支護(hù)強(qiáng)度偏低,造成支護(hù)失敗。根據(jù)多年錨桿支護(hù)實(shí)踐經(jīng)歷和對(duì)錨桿支護(hù)機(jī)理的研究分析,獲得錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)理念為:Ⅰ、Ⅱ類(lèi)圍巖巷道條件,壓力小時(shí),應(yīng)用懸吊理論指導(dǎo)設(shè)計(jì)施工;Ⅲ、Ⅳ類(lèi)圍巖巷道條件,壓力中等時(shí),應(yīng)用組合梁、組合拱理論指導(dǎo)設(shè)計(jì)施工;Ⅴ類(lèi)圍巖巷道條件,壓力大時(shí),應(yīng)用圍巖強(qiáng)化理論指導(dǎo)設(shè)計(jì)施工。4.錨桿支護(hù)理論發(fā)展趨勢(shì)通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外錨桿支護(hù)理論研究,目前錨桿支護(hù)理論本質(zhì)上是對(duì)三大支護(hù)理論的進(jìn)一步補(bǔ)充和完善。而且各種作用機(jī)理都有它的適用條件,應(yīng)根據(jù)詳細(xì)條件研究選擇支護(hù)機(jī)理。現(xiàn)有的情況下,對(duì)錨桿支護(hù)機(jī)理還沒(méi)有統(tǒng)一的認(rèn)識(shí),缺乏行之有效的、合理的計(jì)算方法,理論分析和數(shù)值計(jì)算與實(shí)際支護(hù)情況存在很大的差異。所以應(yīng)從下面幾方面研究支護(hù)作用機(jī)理。(1)深化研究圍巖松動(dòng)圈理論。該方法含有專(zhuān)家系統(tǒng)設(shè)計(jì)法和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)設(shè)計(jì)法的內(nèi)涵,簡(jiǎn)單直觀,易為現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員所接受,且對(duì)巖巷有著良好的適應(yīng)性,但對(duì)煤巷尤其是動(dòng)壓煤巷的適應(yīng)性仍有待深化研究,故圍巖松動(dòng)圈支護(hù)理論與設(shè)計(jì)方法也是今后發(fā)展的方向之一。(2)開(kāi)發(fā)優(yōu)秀的巖土工程數(shù)值模擬軟件。數(shù)值模擬方法的本質(zhì)是,利用計(jì)算機(jī)對(duì)通過(guò)支護(hù)構(gòu)造系統(tǒng)構(gòu)造的數(shù)學(xué)模型、模擬可能碰到的應(yīng)力場(chǎng)范圍內(nèi)巖層礦壓顯現(xiàn)與錨桿支護(hù)經(jīng)過(guò)中特性分析,評(píng)價(jià)所選擇的各種錨桿支護(hù)系統(tǒng)或支護(hù)構(gòu)造的可行性與可靠程度。有限差分程序模擬巖土工程問(wèn)題有很大的優(yōu)越性,它不但能夠處理一般的大變形問(wèn)題,而且能夠模擬巖體沿某一弱面產(chǎn)生的滑動(dòng)變形;還能針對(duì)不同材料特性,使用相應(yīng)的本構(gòu)方程來(lái)比擬真實(shí)地反映實(shí)際材料的動(dòng)態(tài)行為。它還可考慮錨桿等支護(hù)構(gòu)造與圍巖的互相作用。所以開(kāi)發(fā)合適的有限差分程序能夠比擬方便的研究錨桿與圍巖互相作用機(jī)理,從中發(fā)現(xiàn)新的錨桿圍巖作用關(guān)系。(3)改良實(shí)驗(yàn)設(shè)備和支護(hù)效果監(jiān)測(cè)儀器。目前進(jìn)行錨桿與圍巖互相作用機(jī)理的研究經(jīng)過(guò)中,實(shí)驗(yàn)裝置存在一定的缺陷,不能夠使模型得到真實(shí)的邊界條件,數(shù)據(jù)收集儀器與模型的耦合也存在一定的問(wèn)題。對(duì)于支護(hù)效果的監(jiān)測(cè),儀器的準(zhǔn)確度不夠,不能夠準(zhǔn)確的反映支護(hù)效果,所以支護(hù)的效果不能驗(yàn)證支護(hù)機(jī)理的正確性。所以改良實(shí)驗(yàn)裝置和發(fā)明高精度的監(jiān)測(cè)儀器,是研究支護(hù)機(jī)理的前提。5對(duì)我國(guó)錨桿支護(hù)技術(shù)發(fā)展的瞻望5.1進(jìn)一步完善錨桿支護(hù)理論和技術(shù)錨桿支護(hù)有眾多種理論，但這些理論與實(shí)際應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展適應(yīng)性較差。所以有必要在進(jìn)一步深化研究巷道圍巖礦壓顯現(xiàn)規(guī)律的基礎(chǔ)上，探索錨桿支護(hù)理論。完善煤巷錨桿支護(hù)理論，提高煤巷錨桿形式和參數(shù)選擇的科學(xué)性、實(shí)用性是促進(jìn)采準(zhǔn)巷道錨桿技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要因素。為此，我們要學(xué)習(xí)先進(jìn)國(guó)家的煤巷錨桿支護(hù)的工程監(jiān)控設(shè)計(jì)方法，消化吸收國(guó)外先進(jìn)的錨桿支護(hù)理論和設(shè)計(jì)方法，結(jié)合我國(guó)詳細(xì)情況，建立合適我國(guó)由地質(zhì)調(diào)查———初始設(shè)計(jì)———工程監(jiān)測(cè)———修改設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方法，進(jìn)而提高煤巷錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法的科學(xué)性、實(shí)用性。5.2發(fā)展掘錨新機(jī)具就目前的施工工藝而言，影響快速掘進(jìn)的主要因素有兩方面:一是掘進(jìn)機(jī)割煤速度；二是錨桿機(jī)打眼及安裝速度。當(dāng)前煤巷快速掘進(jìn)的施工方法為:掘進(jìn)機(jī)割煤———橋式膠帶轉(zhuǎn)載機(jī)和固定皮帶機(jī)運(yùn)煤———敲幫問(wèn)頂———頂錨桿機(jī)打頂眼并安裝、幫錨桿機(jī)打幫眼并安裝，實(shí)現(xiàn)一次成巷，及時(shí)支護(hù)。這種方法的主要矛盾是掘進(jìn)工作面的開(kāi)機(jī)率較低，一般在30%下面，支護(hù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，跟不上機(jī)掘速度，影響單進(jìn)水平的提高。因而發(fā)展掘錨聯(lián)合機(jī)組，實(shí)現(xiàn)“掘支錨一體化〞平行作業(yè)，將是加快煤巷錨桿支護(hù)單進(jìn)速度的必要手段。它將是我國(guó)煤巷快速掘進(jìn)的又一發(fā)展方向。5.3錨桿支護(hù)監(jiān)測(cè)技術(shù)及設(shè)計(jì)方法的研究錨桿支護(hù)施行于井下后，要進(jìn)行綜合監(jiān)測(cè)，以驗(yàn)證初始設(shè)計(jì)的合理性和可靠性，并為修正初始設(shè)計(jì)提供根據(jù)。目前錨桿支護(hù)的綜合