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　　目的

　　隨著煤礦開采強度的大幅度增加，對巷道支護技術(shù)也提出了更高的要求。我國煤礦對錨桿預(yù)應(yīng)力的認(rèn)識還不夠，往往通過增加錨桿密度提高支護效果，導(dǎo)致錨桿支護密度過大，支護系統(tǒng)的作用不能充分發(fā)揮，影響巷道施工速度。此外，國內(nèi)現(xiàn)有錨桿螺紋加工精度低、施工機具扭矩小，不能實現(xiàn)高預(yù)應(yīng)力也是一個重要原因。因此，有必要從理論上進(jìn)一步深入研究高預(yù)應(yīng)力支護體系的作用機理，為支護設(shè)計提供可靠依據(jù)，使錨桿支護真正實現(xiàn)主動、及時支護，實現(xiàn)從低強度、高強度到高剛度、高預(yù)應(yīng)力支護的跨越。

　　方法

　　在不考慮原巖應(yīng)力場的條件下，采用有限差分?jǐn)?shù)值模擬軟件FLAC3D分析出不同預(yù)應(yīng)力錨桿、錨索產(chǎn)生的應(yīng)力場分布特征，以及鋼帶對錨桿預(yù)應(yīng)力擴散的作用。同時提出錨桿主動支護系數(shù)、錨桿強度利用系數(shù)、錨桿預(yù)應(yīng)力長度系數(shù)、有效壓應(yīng)力區(qū)、預(yù)應(yīng)力擴散系數(shù)、有效壓應(yīng)力區(qū)骨架網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)及臨界支護剛度等概念。最后，介紹新汶、潞安、晉城等礦區(qū)高預(yù)應(yīng)力、強力錨桿支護系統(tǒng)的井下應(yīng)用情況。

　　結(jié)果

　　(1) 當(dāng)錨桿預(yù)緊力較小時，錨桿之間有效壓應(yīng)力區(qū)較小且相互獨立，未連成整體。近零應(yīng)力區(qū)范圍大，錨桿支護在近零應(yīng)力區(qū)幾乎沒有加固圍巖的作用。當(dāng)預(yù)緊力較大時，錨桿之間形成了整體的有效壓應(yīng)力區(qū)，近零應(yīng)力區(qū)基本消失，錨桿對錨桿之間的圍巖起到有效的支護作用。(2) 無鋼帶時，錨桿形成的有效壓應(yīng)力區(qū)都是彼此獨立的，錨桿不能有效支護錨桿之間的圍巖。有鋼帶時，在頂板表面附近，形成連續(xù)的有效壓應(yīng)力帶，預(yù)應(yīng)力擴散范圍大，錨桿能有效支護錨桿之間的圍巖。(3) 當(dāng)錨索施加較小的預(yù)緊力時，有效壓應(yīng)力區(qū)小，分布孤立。預(yù)緊力較大時，錨索之間的有效壓應(yīng)力區(qū)重疊，對錨索之間的圍巖有較明顯的主動支護作用。(4) 由于錨桿與錨索的聯(lián)合支護作用，顯著提高了錨桿錨固區(qū)內(nèi)的壓應(yīng)力值，疊加成一個范圍很大的主動支護區(qū)。由于錨索的預(yù)緊力較大，使得錨桿端部的拉應(yīng)力區(qū)消失，轉(zhuǎn)換成有一定壓應(yīng)力值的壓縮區(qū)。在錨桿與錨索之間，有效壓應(yīng)力區(qū)相互重疊，形成以錨索為骨架、錨桿為連續(xù)帶的骨架網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，對其間圍巖主動支護相當(dāng)明顯。(5) 現(xiàn)場應(yīng)用表明，預(yù)應(yīng)力對錨桿支護控制圍巖變形的能力起決定性作用，鋼帶在預(yù)應(yīng)力支護系統(tǒng)中的作用非常重要，預(yù)應(yīng)力錨桿支護存在臨界支護剛度。

　　結(jié)論

　　提高錨桿支護系統(tǒng)的剛度對支護效果非常重要，錨桿預(yù)應(yīng)力起決定性作用。錨桿預(yù)應(yīng)力越高，錨桿的主動支護作用越大。鋼帶實現(xiàn)了錨桿預(yù)應(yīng)力的有效擴散，顯著提高了對錨桿之間圍巖的支護作用。錨桿與錨索聯(lián)合支護形成一個范圍很大的主動支護區(qū)，以錨索為骨架、錨桿為連續(xù)帶的骨架網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，對其間圍巖主動支護效果明顯。錨桿主動支護系數(shù)、錨桿強度利用系數(shù)、錨桿預(yù)應(yīng)力長度系數(shù)、有效壓應(yīng)力區(qū)、預(yù)應(yīng)力擴散系數(shù)及臨界支護剛度等概念和參數(shù)，可用于描述預(yù)應(yīng)力錨桿支護作用及支護應(yīng)力場分布特征。提高錨桿預(yù)應(yīng)力可顯著減小巷道圍巖變形，控制頂板離層，錨桿預(yù)應(yīng)力存在臨界值，達(dá)到或超過臨界值后錨桿支護可有效控制圍巖變形與破壞。