郑再拓

　　摘 要：

　　随着社会发展，人们对煤矿安全的关注也越来越高，当今煤矿巷道掘进速度一再提升，这就对巷道安全提出了更高的要求。本文探讨了锚杆支护理论研究现状，分析了巷道锚杆支护理论及技术现存的主要问题。

　　关键词：安全； 巷道； 围岩

　　引言

　　我国从1956年起在煤矿岩巷中使用锚杆支护，到60年代末，锚固技术己在我国的矿山、冶金、水电、交通、土木建筑等领域内广泛采用，应用范围由坚硬稳定岩石发展到松软破碎岩石，由小巷道发展到大跨度硐室，至今己近50年的历史了。我国煤巷锚杆支护技术研究与应用主要经历了三个阶段：80年代中期至90年代初为起步阶段；1991一1995年为“八五”攻关阶段；1996年至今为引进技术和提高阶段。锚杆支护在技术上有了较大的发展，煤巷锚杆支护技术的提高，对于平衡采掘关系，加快高产高效矿井建设，提高煤矿经济效益将产生深远的影响。煤巷锚杆支护不同于一般岩巷的锚喷（网）支护。它的主要型式是单体锚杆；锚杆加W钢带（或钢筋梁）或加网，或者加W钢带（钢筋梁）及网，简称为锚梁、锚网或锚梁网支护。我国煤巷锚杆支护在不断发展中也取得了不少宝贵经验，主要有：单体锚杆支护、锚梁网组合支护、软岩巷道锚杆支护、深井巷道锚杆支护、沿空巷道锚杆支护、锚杆与金属支架联合支护等。

　　锚杆支护属于主动支护方式，有利于加固围岩和提高围岩强度，保持巷道的长期稳定。同架棚支护相比，锚杆支护的优越性主要表现在：由于锚杆是主动支护顶板，防止早期离层，大大改善了巷道的稳定状况，有利于巷道维护。锚杆支护与工字鋼棚支护相比，支护成本可降低30%左右，维护费用可降低30%—50%，有利于工作面单产和效率的提高，另外也可减少支护材料运输量，减轻工人的劳动强度和劳动量，改善作业环境，为回采工作面安全快速推进和实现高产高效创造了有利条件。

　　1锚杆支护理论研究现状

　　随着锚杆支护工程实践的不断丰富，锚杆支护的理论计算模型己有许多有价值的成果。目前，较成熟的理论主要有：一、基于锚杆的悬吊作用而提出的悬吊理论；二、基于锚杆的挤压加固作用而提出组合梁理论；三、综合锚杆的各种作用或基于特殊条件而提出的锚杆桁架支护理论、锚注理论、松动圈理论、锚固体强度强化理论等。

　　1、悬吊理论，悬吊理论认为：锚杆支护是通过锚杆将软弱、松动不稳定的直接顶板锚固在比较坚硬的岩层上，以防止其离层滑脱，起到悬吊作用，在这种理论下，锚杆主要是提供足够的拉力，用于克服离层岩体的重力。该理论适用于锚杆长度范围内赋存有稳定岩层的条件。

　　2、组合梁理论，组合梁也是一般公认的支护作用理论，组合梁理论是从经典的材料力学中借用而来的。在美国七十年代无拉力全长胶结锚杆盛行时，组合梁理论被广泛用来解释锚杆的支护机理，其主要要点是：锚杆的轴向作用力将顶板各分层加紧，各分层相互挤压，以增强各分层间的摩擦作用，提高层间抗剪力，各分层贯穿在一起形成一个厚的组合梁，薄的岩石分层能独立抗拒的拉应力较小，而厚的组合梁抗拉强度、抗弯强度大大提高。在锚杆与岩石层面横交处，锚杆与胶结物一起共同阻止岩层沿层理面的水平错动。材料力学中的组合梁理论本身不考虑水平侧压的影响，而只考虑垂直载荷。该理论适用于顶板由多层小厚度连续性岩层组成的巷道支护。

　　3、锚杆桁架支护理论，锚固桁架对巷道的加固作用主要表现在①改变顶板的应力状态。即随着桁架锚杆预紧力的增加，顶板中部的拉应力将减小，甚至出现压应力，从而弥补了岩体抗拉强度较小的弱点。②促进顶板裂隙体梁的形成。当巷道开挖在层状岩体中且顶板极软和破碎时，顶板的破坏和变形可以用“岩梁”理论来分析，它的稳定性取决于裂隙体梁的成拱作用，桁架锚杆的预紧力可以增强裂隙体间的挤压作用，从而增强其间的摩擦作用，并可约束岩层的下沉变形，有利于裂隙体梁达到压力拱式的平衡状态。

　　2巷道锚杆支护理论及技术现存的主要问题

　　虽然锚杆支护理论取得了巨大的成就，并在指导现场支护实践方面发挥了积极的作用，但能够用于定量支护设计的方法仍存在严重不足，由于锚杆支护机理的复杂性和多样性，已有的理论计算模型都是经过大量的简化而得到的，其结果往往与现场实践存在较大的误差，或者对锚杆的支护效果体现的不明显。主要表现在：

　　1、现有的锚杆支护理论存在一定的局限性，难以满足复杂条件下尤其是煤巷围岩支护设计的要求。悬吊作用的实现有赖于锚杆有效长度范围内坚固稳定岩层的存在。组合梁作用的实现要以连续层状顶板为条件。而挤压加固作用仅能在巷道为拱形断面的条件下，才能得以较好地发挥。由于煤巷围岩具有强度低，裂隙发育等内在的不稳定因素，因而不具备锚杆组合梁的形成条件；在锚杆有效长度范围内往往没有稳固岩层，因而难以发挥锚杆的悬吊作用。由于煤巷多为矩形或梯形断面，传统的挤压加固拱理论不再适用。

　　2、数值计算方法出现后，克服了解析计算中的诸多的困难，扩大了定量分析的范围。但由于模型本身的缺陷，并不能较好地反映出锚杆加固的实际效果；而且，数值计算方法很难在现场推广和普及，现场的支护设计很大程度上依赖于经验类比，这就不可避免的带有一定的盲目性，因为锚杆支护属于隐蔽性工程，这种类比设计的盲目性，有时可能会造成顶板离层冒落，而且顶板冒落前征兆不明显，具有突发性，带来严重的事故。

　　3、在现场锚杆支护设计方面，传统的锚杆支护理论只能从宏观上、理论上解释锚杆支护设计，对于锚杆支护定量设计的贡献不大，因此，没有涉及锚杆增加围岩稳定性潜力的定量描述问题。

　　3结论

　　锚杆支护对于巷道安全至关重要，随着科技发展，锚杆加固相关理论也层出不穷。而对于煤矿安全运行来说，找到合适本煤矿应用的锚杆加固方法则是考验煤矿工作者智慧的要点。

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　　（作者单位：淮南矿业集团朱集东煤矿开拓一区，安徽 淮南232000）endprint