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　　錨桿支護(hù)機(jī)理日前提出的觀點(diǎn)很多，有懸吊作用、組合梁（拱）作用、加固（提高C，？值）作用等。這幾種觀點(diǎn)都是以圍巖狀態(tài)和利用錨桿桿體受拉為前提來(lái)解釋錨桿支護(hù)的作用機(jī)理。因此，圍巖狀態(tài)及錨桿受拉這兩個(gè)前提的客觀性是判定上述這些理論正確的標(biāo)準(zhǔn)。

 

 

　　1.1錨桿的懸吊作用

 

　　在緩傾斜煤層中，錨桿將下部不穩(wěn)定的巖層（直接頂或塊狀結(jié)構(gòu)中不穩(wěn)定的巖塊）懸吊在上部穩(wěn)固的巖層上，阻止巖層或巖塊的垮落。錨桿所受的拉力來(lái)自被懸吊的巖層重量，并據(jù)此設(shè)計(jì)描桿支護(hù)參數(shù)。

 

　　這一理論提出的較早，滿(mǎn)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)踐證明，即使巷道上部沒(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達(dá)到的目的，說(shuō)明這—理論有局限性。

 

　　1.2錨桿的組合梁作用

 

　　為了解決懸吊理論的局限性，在怪狀地層中提出了組合梁理論。它認(rèn)為在沒(méi)有穩(wěn)固巖層捉供懸吊支點(diǎn)的薄層狀巖層中，可利用錨桿的拉力將層狀地層組合起來(lái)，形成組合梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行支護(hù)。

 

　　組合梁作用的本質(zhì)在于通過(guò)錨桿的預(yù)拉應(yīng)力將原視為疊合梁（板）的巖層擠緊，增大巖層間的磨擦力。同時(shí)，錨桿本身也提供一定的抗剪能力，阻止其層間錯(cuò)動(dòng)。錨桿數(shù)層薄的巖層組合成類(lèi)似鉚釘加固的組合粱，這時(shí)被錨固巖層便可看成組合梁，全部功固層能共同變形，頂板巖層抗彎剛度大大提高。決定紐合梁穩(wěn)定性的主要因素是錨桿的預(yù)拉應(yīng)力、桿體強(qiáng)度和巖層性質(zhì)。

 

　　1.3錨桿的減跨作用

 

　　如果把不穩(wěn)定的頂板巖層看成是支撐住兩幫的疊合梁（板），由于可視懸吊在老頂上的錨桿為支點(diǎn)，安設(shè)了錨桿相當(dāng)于增加了支點(diǎn)，從而減小了頂板的跨度，使頂板巖層的彎曲應(yīng)力利撓度得到降低，維持廠頂板穩(wěn)定。這就是錨桿的減跨作用，它實(shí)際上來(lái)源于錨桿的懸吊作用，但它同樣未能提供用于錨桿支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)的方法。

 

　　1.4彈塑性理論錨桿支護(hù)作用機(jī)理

 

　　彈塑性理論在對(duì)圍巖狀態(tài)作了正確分析后，對(duì)錨桿支護(hù)的作用機(jī)理提出了兩個(gè)不同的觀點(diǎn)：

 

　?。?）錨桿提供足夠的支護(hù)抗力，加固圍巖提高其承載能力、減小其變形量，并且實(shí)驗(yàn)室相似模擬試驗(yàn)證實(shí)通過(guò)錨桿錨固可使圍巖的抗壓強(qiáng)度峰值提高50%～1005%相對(duì)于無(wú)錨桿情況，同時(shí)，據(jù)此用莫爾理論抗剪強(qiáng)度我絡(luò)線解釋?zhuān)梢允箛鷰r不產(chǎn)生破碎帶，或者說(shuō)限制圍巖彈塑性變形的發(fā)展，從而使圍巖處于穩(wěn)定的彈塑性狀態(tài)。

 

　　（2）錨桿的抗拉力主要來(lái)自支撐平衡破碎帶內(nèi)巖石的重量。這兩種觀點(diǎn)存在著以下兩個(gè)實(shí)際問(wèn)題有待闡明：對(duì)前一種觀點(diǎn)來(lái)講，由于現(xiàn)有支護(hù)（包括錨桿支護(hù)）的不及時(shí)性和支護(hù)手段與圍巖的不密貼程度決定了支護(hù)抗力不可能有效阻止和限制圍巖破碎帶的產(chǎn)生和發(fā)展：對(duì)后一種觀點(diǎn)來(lái)講，錨桿支護(hù)的主要對(duì)象不是破碎帶內(nèi)巖石的重量，而是破碎帶發(fā)展、產(chǎn)生過(guò)程中的碎脹變形力。綜上所述，雖然錨桿支護(hù)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間大量的應(yīng)用，但錨桿支護(hù)理論的研究還很不充分，錨桿支護(hù)參數(shù)的確定仍然采用工程類(lèi)此法，上述一些觀點(diǎn)設(shè)計(jì)的錨桿支護(hù)參數(shù)只是作為參考。此外，近年來(lái)對(duì)錨桿的作用機(jī)理還提出了懸吊環(huán)理論、最大水平主應(yīng)力理論等，但這些理論日前尚在研究和發(fā)展過(guò)程中。

 

 

　　圍巖松動(dòng)圈巷道錨桿支護(hù)理論是基于煤礦生產(chǎn)中大量的地下工程都是在圍巖破壞和發(fā)展中支護(hù)的客觀實(shí)際狀況而提出的，該理論在對(duì)圍巖狀態(tài)進(jìn)行深入研究后，發(fā)現(xiàn)松動(dòng)圈的厚度值如是圍巖應(yīng)力戶(hù)與圍巖強(qiáng)度R的復(fù)雜函數(shù)，即Lp=f（P，R），乙。是一個(gè)綜合性指標(biāo)，它的大小反映了支護(hù)的難易程度，而且大量的相以模擬試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)表明，它與煤礦巷道的跨度（一般3～5m范圍）及有無(wú)支護(hù)等關(guān)系不大，巷道支護(hù)的主要對(duì)象是圍巖松動(dòng)圈產(chǎn)生、發(fā)展過(guò)程中的碎脹變形力。當(dāng)采用錨桿支護(hù)時(shí)，錨桿受拉是由圍巖松動(dòng)圈的發(fā)生利發(fā)展而引起的。

 

　　2.1單體錨桿作用機(jī)理

 

　　在錨桿與圍巖相互作用過(guò)程中，錨桿通過(guò)墊板與錨頭對(duì)圍巖提供支護(hù)抗力，阻止破裂巖石產(chǎn)生有害變形（影響圍巖穩(wěn)定和工程使用的變形），使圍巖保持穩(wěn)定并將其變形限定在允許的范圍內(nèi)。

 

　　實(shí)際上，錨桿應(yīng)力來(lái)源于圍巖松動(dòng)圈的產(chǎn)生和發(fā)展過(guò)程。假如開(kāi)巷后圍巖只產(chǎn)生彈塑性變形，沒(méi)有發(fā)生破壞，則圍巖松動(dòng)圈厚度將為零，碎脹變形亦為零。由于彈塑性變形發(fā)生在錨桿安裝之前，錨桿的最大應(yīng)力將只是安裝應(yīng)力，考慮到這一應(yīng)力往往較小，可認(rèn)為錨桿在這種圍巖狀態(tài)下不起作用。所以，在此種圍巖狀態(tài)下，不必要采用錨桿支護(hù)。

 

　　錨桿的工作應(yīng)力將取決于圍巖松動(dòng)圈的穩(wěn)定位置。結(jié)合圍巖與錨桿支護(hù)的客觀實(shí)際情況，考慮到錨桿與圍巖的相以不密貼性及錨桿桿體在應(yīng)力增加時(shí)的彈塑性變形，錨桿將在達(dá)到了作拉力前，即30-40kN，產(chǎn)生20-50mm的伸長(zhǎng)（包括錨桿與圍巖的不密貼及錨頭的受力滑移等），它將使圍巖松動(dòng)圈的碎脹力得到部分釋放，這就是單體錨桿的受力狀態(tài)。由此可見(jiàn)，松動(dòng)圈厚度大小與錨桿受力及錨桿的作用機(jī)理有直接關(guān)系，松動(dòng)圈厚度值類(lèi)別（小、中和大3類(lèi)松動(dòng)圈）不同，錨桿支護(hù)作用機(jī)理不同。

 

　　2.2松動(dòng)圈狀態(tài)錨桿支護(hù)探討

 

　　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—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，其碎脹變形比較明顯，必須進(jìn)錨網(wǎng)或錨噴支護(hù)，支護(hù)的主要是錨桿，錨桿支護(hù)參數(shù)采用懸吊理論設(shè)計(jì)。

 

　　在這里需要說(shuō)明幾個(gè)問(wèn)題：

 

　　（1）松動(dòng)圈理論所指的懸吊理論已賦予新的含義。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)圈形成過(guò)程中的碎脹變形力，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。

 

　?。?）對(duì)中松動(dòng)圈圍巖狀態(tài)，從理論上講可采組合拱理論設(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：巷道壁表面施工質(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)格達(dá)到光面爆破標(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，一旦某根錨桿較短形成的組合拱太薄而導(dǎo)致組合拱失效。因此，在中松動(dòng)圈圍巖狀態(tài)下，為達(dá)到安全、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，采用它類(lèi)型普通支護(hù)形式，如砌碹或棚式支架（可縮或不或縮）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)圈圍巖破裂過(guò)程中產(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)，因?yàn)殄^桿支護(hù)特點(diǎn)是深入圍巖內(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，錨桿的用鋼量只有U型鋼支架的l/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。如果采用懸吊理論設(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。因此，重點(diǎn)研究了錨桿的組合拱理論。組合拱理論的實(shí)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，從而破裂圍巖中形成—個(gè)只有相當(dāng)強(qiáng)和可縮性的“組合拱”結(jié)構(gòu)體。相似模型試驗(yàn)證實(shí)了組合拱的存在及其強(qiáng)度和可縮性。