任興云，郝兵元，王宏偉

(1.太原理工大學(xué)安全與應(yīng)急管理工程學(xué)院，山西太原，030024；2.太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，山西太原，030024)

圍巖應(yīng)力、強(qiáng)度及支護(hù)條件是決定巷道圍巖穩(wěn)定性的三大要素[1]。在特定的巷道圍巖地質(zhì)條件下，圍巖自身的物理力學(xué)強(qiáng)度和所處環(huán)境的應(yīng)力特征是一定的，支護(hù)形式及參數(shù)是能否實(shí)現(xiàn)巷道圍巖安全可控的重要因素。

經(jīng)過(guò)多年研究與發(fā)展，錨桿索已成為國(guó)內(nèi)外井工礦井巷道圍巖控制的首選支護(hù)方式。PENG等[2]對(duì)錨桿索支護(hù)在井工礦井巷道圍巖控制方面的效果進(jìn)行了論述；康紅普等[3]對(duì)錨桿支護(hù)成套技術(shù)及應(yīng)用效果進(jìn)行了研究；侯朝炯等[4]提出了錨桿索支護(hù)巷道圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論等；孫志勇等[5?6]對(duì)巷道頂板失穩(wěn)機(jī)理及控制技術(shù)進(jìn)行了研究。在實(shí)踐應(yīng)用中，在支護(hù)材料使用量相同的情況下，錨索布置參數(shù)的選擇取決于設(shè)計(jì)者對(duì)于錨索支護(hù)構(gòu)件在圍巖控制中所發(fā)揮作用的理解及所支護(hù)工程條件的準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)。雖然GB∕T 35056—2018“煤礦巷道錨桿支護(hù)技術(shù)規(guī)范”[7]對(duì)不同地質(zhì)圍巖條件下錨索支護(hù)有一定指導(dǎo)和建議，但在巷道支護(hù)實(shí)踐中，支護(hù)參數(shù)受設(shè)計(jì)及施工技術(shù)人員的主觀影響較大，多依據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取。

實(shí)踐表明，矩形巷道支護(hù)工程中的頂板錨索材料用量較多，但有時(shí)圍巖控制效果并不理想。除了圍巖地質(zhì)條件因素外，頂板錨索布置參數(shù)不合理是造成這種情況的一個(gè)主要原因。在錨索數(shù)量一定的條件下，頂板錨索布置參數(shù)是影響矩形巷道頂板圍巖控制效果的關(guān)鍵因素，因此，對(duì)矩形巷道頂板錨索布置參數(shù)進(jìn)行研究與優(yōu)化具有重要的理論及工程意義。

1 基于自然垮落平衡拱理論的矩形巷道頂板錨索支護(hù)強(qiáng)度分析

煤系地層多為沉積巖層，工作面回采巷道一般選用矩形斷面。根據(jù)自然垮落平衡拱理論，巷道開(kāi)掘后，如果不對(duì)頂板巖層采取任何支護(hù)措施，巷道上方將會(huì)形成一個(gè)拋物線狀的天然拱(弧形AOD)。作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的豎向頂壓集度Q可視為頂板單位面積破壞范圍(矩形ABCD)內(nèi)松動(dòng)巖體的重力[8?9]，結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。

圖1 矩形巷道頂板錨桿索支護(hù)結(jié)構(gòu)模型Fig.1 Model of structure for roof of rectangular roadway supported by bolts

受錨桿長(zhǎng)度限制，現(xiàn)有錨桿索支護(hù)理論一般認(rèn)為頂板錨桿僅擠密加固頂板淺部巖層，并提供一定抗剪作用抑制層間錯(cuò)動(dòng)，使巷道淺部頂板巖層形成組合梁結(jié)構(gòu)[10?11]。錨索材質(zhì)是具有一定彎曲柔性的鋼絞線，長(zhǎng)度不受巷道空間限制，錨固段作用在深部穩(wěn)定巖體內(nèi)提供著力點(diǎn)，外露端通過(guò)托盤、鎖具及鋼帶等構(gòu)件對(duì)支護(hù)范圍內(nèi)的圍巖提供懸吊作用，其支護(hù)特點(diǎn)是承載能力高、可施加較大的預(yù)緊力[12?13]，因此，在頂板錨網(wǎng)索支護(hù)系統(tǒng)中，錨索是關(guān)鍵。

假設(shè)單根錨索可提供的支護(hù)強(qiáng)度為P(與錨索材質(zhì)、型號(hào)及錨固條件有關(guān))，考慮一定安全系數(shù)的頂板支護(hù)系統(tǒng)需提供的支護(hù)強(qiáng)度可定量計(jì)算為

式中：W為頂板錨索支護(hù)系統(tǒng)需提供的支護(hù)強(qiáng)度，kN/m2；K為安全系數(shù)，采煤工作面回采巷道一般取2～3；Q為按自然垮落平衡拱理論計(jì)算得出的頂板單位面積矩形ABCD破壞范圍內(nèi)巖體的重力，kN/m2。

矩形巷道頂板錨索的布置密度n可由下式計(jì)算：

2 矩形巷道頂板巖梁力學(xué)模型分析

為定量分析矩形巷道頂板錨索不同布置參數(shù)對(duì)圍巖控制效果的影響，簡(jiǎn)化分析問(wèn)題的復(fù)雜程度，在頂板錨桿擠壓加固作用及巷幫圍巖支護(hù)穩(wěn)定的條件下，將掘進(jìn)寬度為L(zhǎng)的巷道頂板巖層簡(jiǎn)化成如圖2所示的簡(jiǎn)支巖梁力學(xué)模型，上覆巖層的重力作用即為簡(jiǎn)支巖梁所承受的垂直向下的均布載荷q。

圖2 矩形巷道頂板簡(jiǎn)支巖梁力學(xué)模型Fig.2 Mechanical model of simply supported rock beams in roof of rectangular roadway

如圖2所示，x軸表示矩形巷道頂板寬度方向，y軸表示矩形巷道頂板指向地表的法向方向，A和B分別表示矩形巷道兩幫對(duì)頂板巖層的支撐點(diǎn)，ω0為跨度為L(zhǎng)的簡(jiǎn)支梁中間位置的彎曲下沉變形量。根據(jù)簡(jiǎn)支梁的受力變形特點(diǎn)可知，錨桿支護(hù)作用下形成的頂板巖梁，在上覆巖層施加均布載荷q作用時(shí)將發(fā)生對(duì)稱彎曲下沉，平面應(yīng)變狀態(tài)下變形后梁的軸線將成為xOy平面內(nèi)的1條曲線，且在梁跨度的中點(diǎn)位置彎曲下沉變形最大，最大彎曲下沉變形量ω0max可用下列方程求解[14]：

式中：L為頂板巖梁的有效跨度，巷幫圍巖支護(hù)穩(wěn)定條件下即為巷道的掘進(jìn)寬度，m；E為頂板巖梁的彈性模量，取決于組成頂板巖梁的巖層性質(zhì)及地質(zhì)條件(如巖性、產(chǎn)狀、軟弱夾層、地質(zhì)構(gòu)造等)，GPa；I為頂板巖梁的慣性矩，取決于頂板巖梁的厚度及地質(zhì)條件，m4。

3 矩形巷道頂板錨索布置參數(shù)分析與優(yōu)化

在矩形巷道支護(hù)時(shí)，頂板錨索的作用至關(guān)重要。成功、有效地控制巷道頂板圍巖的關(guān)鍵在于對(duì)錨索支護(hù)作用的理解及合理地布置參數(shù)，而不是一味地增加錨索數(shù)量或增強(qiáng)錨索材料的強(qiáng)度?？茖W(xué)合理的頂板錨索布置參數(shù)不僅可以改善頂板圍巖的應(yīng)力狀態(tài)及提高其承載性能，起到較好的巷道圍巖控制效果，而且可以兼顧支護(hù)成本和施工效率。

在錨索材料幾何尺寸、力學(xué)性能、安裝鉆孔及錨固條件一定的情況下，頂板錨索布置參數(shù)主要包括安裝角度、間距、排距。

3.1 頂板錨索安裝角度

矩形巷道頂板錨索主要通過(guò)懸吊作用抵消支護(hù)范圍內(nèi)頂板巖層的垂直向下的重力作用。如果頂板錨索傾斜布置，孔口托盤、普通圓柱鎖具附近的錨索鋼絞線將存在如圖3所示的剪切受力狀態(tài)。由圖3可見(jiàn)：傾斜安裝時(shí)受力狀況較差，而垂直頂板布置時(shí)的錨索張拉受力狀況最好[15]。因此，為了充分發(fā)揮錨索的懸吊支護(hù)作用，在使用普通圓柱鎖具的情況下，巷道頂板錨索應(yīng)垂直頂板安裝。

圖3 頂板錨索不同安裝角度受力狀況示意圖Fig.3 Schematic diagram of force of roof cable at different installation angles

3.2 頂板錨索合理間距

由錨索的承載方式及受力特點(diǎn)可知，在錨網(wǎng)支護(hù)系統(tǒng)中，頂板錨索主要起懸吊和減跨作用，從橫向考慮巷道頂板巖層變形與支護(hù)問(wèn)題時(shí)，錨索懸吊點(diǎn)可視為頂板巖梁的1個(gè)支撐點(diǎn)。通過(guò)錨索的懸吊作用可以將頂板巖梁劃分為若干個(gè)獨(dú)立的簡(jiǎn)支梁，改善頂板巖梁的結(jié)構(gòu)形式和縮小跨度。在實(shí)際進(jìn)行頂板錨索支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，在使用錨索數(shù)量一定的情況下，不同的錨索布置間距對(duì)應(yīng)頂板巖層的最大下沉量不同，即支護(hù)效果不同。

3.2.1 頂板錨索合理間距力學(xué)模型及支護(hù)效果分析

1)當(dāng)矩形巷道同一斷面布置一根頂板錨索時(shí)，錨索布置在如圖4所示的巷道頂板跨度中間位置效果最優(yōu)(其中，ω1為跨度x簡(jiǎn)支巖梁中間位置的彎曲下沉變形量)。通過(guò)頂板錨索的懸吊作用，可將掘進(jìn)寬度為L(zhǎng)的巷道頂板等效為2 節(jié)跨度為L(zhǎng)/2 的簡(jiǎn)支巖梁，則

圖4 巷道頂板同一斷面布置一根錨索合理位置示意圖Fig.4 Schematic diagram of a reasonable location of a roof anchor cable on same cross section

由式(4)可知：每節(jié)簡(jiǎn)支巖梁中間位置的最大下沉變形量ω1max為未布置頂板錨索時(shí)最大下沉變形量ω0max的1/16。

2)當(dāng)矩形巷道同一斷面布置2 根頂板錨索時(shí)，力學(xué)模型如圖5所示，其中，ω2為跨度(L?2x)簡(jiǎn)支巖梁中間位置的彎曲下沉變形量。假設(shè)同一斷面頂板錨索沿寬度方向?qū)ΨQ布置，錨索與巷道兩幫的距離為x，間距為L(zhǎng)?2x。則靠近巷道兩幫跨度為x巖梁中間位置的頂板最大下沉量ω2max1為

圖5 矩形巷道頂板同一斷面布置2根錨索力學(xué)模型圖Fig.5 Mechanical model of two roof anchor cables arranged on same cross section

式中：ωx/2為x/2時(shí)簡(jiǎn)支巖梁的彎曲下沉變形量。

巷道中部跨度為L(zhǎng)?2x巖梁中間位置的頂板最大下沉量ω2max2為

式中：ω(L-2x)/2為(L?2x)時(shí)簡(jiǎn)支巖梁中間位置的彎曲下沉變形量。

由式(5)和式(6)可知：ω2max1為單調(diào)遞增函數(shù)，ω2max2為單調(diào)遞減函數(shù)。只有當(dāng)ω2max1與ω2max2相等時(shí)，整個(gè)頂板巖梁的下沉量最小，此時(shí)，x=L-2x，解得x=L/3。即在巷道頂板同一斷面布置2根錨索時(shí)，使頂板巖層下沉量最小的最優(yōu)布置方式為將2根錨索分別布置在巷道頂板跨度的三等分點(diǎn)處。

3)同理，當(dāng)巷道頂板同一斷面布置n根錨索時(shí)，根據(jù)錨索懸吊減跨作用機(jī)制可知，使頂板巖層下沉量最小的最優(yōu)布置方式是將n根錨索分別布置在巷道頂板有效跨度的n+1等分點(diǎn)處。

3.2.2 頂板錨索合理間距數(shù)值計(jì)算分析

頂板巖層中鉆孔并安裝錨索支護(hù)屬于隱蔽工程，為進(jìn)一步直觀地說(shuō)明同一斷面錨索間距對(duì)圍巖控制的不同效果，借助FLAC3D數(shù)值仿真模擬手段，結(jié)合第4節(jié)中的工程實(shí)際背景，按照?qǐng)D6所示的柱狀圖及力學(xué)模型建立數(shù)值計(jì)算模型。以同一斷面布置2根頂板錨索為例，對(duì)比施加頂板錨索支護(hù)后的圍巖垂直應(yīng)力分布情況，分析未考慮原巖應(yīng)力時(shí)不同頂板錨索間距下的圍巖控制效果。

近年來(lái)，一種名叫“糧食銀行”的新型糧食流通業(yè)態(tài)在各地涌現(xiàn)，即企業(yè)代農(nóng)戶存儲(chǔ)糧食，農(nóng)民可按約定提取商品或折現(xiàn)?！凹Z食銀行”不僅破解了農(nóng)民儲(chǔ)糧賣糧難題，還減輕了運(yùn)營(yíng)主體資金和原糧供應(yīng)壓力。

如圖6所示，巷道掘進(jìn)斷面寬×高為4.5 m×3.0 m 的矩形，沿煤層底板掘進(jìn)。所建立數(shù)值模型長(zhǎng)×寬×高為14.5 m×1.0 m×15.0 m，劃分為783 個(gè)網(wǎng)格單元，包含1 680個(gè)節(jié)點(diǎn)。煤巖層的本構(gòu)關(guān)系為摩爾?庫(kù)侖模型[16?17]，按 照Mohr-Coulomb 準(zhǔn)則[18?19]，模型上表面設(shè)為應(yīng)力邊界(未施加頂壓)，模型左、右、前、后表面設(shè)為水平位移約束邊界(未施加側(cè)向壓力)，模型下表面設(shè)為垂直位移約束邊界[20]。以FLAC3D中的cable 結(jié)構(gòu)單元模擬錨索，用滑塊?彈簧系統(tǒng)等效模擬錨索與鉆孔圍巖的黏結(jié)界面[21?22]。巷道開(kāi)挖位置為x=5.0～9.5 m，y=0～1 m，z=2.5～5.5 m，在模型中y=0.5 m 的巷道同一斷面布置2根頂板錨索(錨索直徑為17.8 mm，長(zhǎng)度為7.3 m)，錨索安裝預(yù)緊力為150 kN，錨索間距分別按照1.0，1.5，2.0和2.5 m施加并計(jì)算至應(yīng)力平衡狀態(tài)。

圖6 煤層頂?shù)装逯鶢顖D及數(shù)值計(jì)算模型示意圖Fig.6 Stratigraphic column of roof and floor and schematic diagram of numerical calculation model

施加頂板錨索并待數(shù)值模型計(jì)算至應(yīng)力平衡狀態(tài)后，沿模型y=0.5 m位置切片，得到施加頂板錨索支護(hù)后所在巷道斷面的垂直應(yīng)力分布云圖如圖7所示。

由圖7可知：在錨索數(shù)量相同的條件下，不同錨索間距對(duì)應(yīng)巷道圍巖控制效果截然不同[23?24]；當(dāng)頂板錨索間距較小時(shí)(間距1 m)，頂板巖層所受到的支護(hù)力不均勻，錨索的作用范圍主要集中在頂板中央，而頂板靠近兩幫的肩角范圍支護(hù)能力較弱，成為頂板支護(hù)的薄弱區(qū)域；當(dāng)頂板錨索間距較大時(shí)(間距為2.0 m和2.5 m)，同一斷面頂板錨索較分散，頂板巖層所受的支護(hù)力依然不均勻，2根錨索之間出現(xiàn)受支護(hù)力較低的薄弱區(qū)域，且間距越大，薄弱區(qū)域越大，越不利于頂板巖層控制；當(dāng)頂板錨索間距適中(間距1.5 m)時(shí)，沿巷道寬度方向的頂板巖層受力比較均勻，沒(méi)有出現(xiàn)受支護(hù)力較低的薄弱區(qū)域。

圖7 不同錨索間距對(duì)應(yīng)巷道圍巖垂直應(yīng)力剖面圖Fig.7 Vertical stress profile of roadway surrounding rock under different anchor cable spacings

圖6所示數(shù)值模型中的巷道寬度為4.5 m，根據(jù)垂直應(yīng)力云圖得出頂板錨索的最優(yōu)布置間距為1.5 m，與理論分析結(jié)果相一致。

因此，從錨索應(yīng)力在頂板巖層中的擴(kuò)散指標(biāo)分析，當(dāng)矩形巷道同一斷面布置n根頂板錨索時(shí)，應(yīng)將錨索分別布置在巷道頂板跨度的n+1 等分點(diǎn)位置。

3.3 頂板錨索合理排距數(shù)值計(jì)算分析

頂板錨索施加的預(yù)應(yīng)力通過(guò)托盤擴(kuò)散的作用范圍有限，確定錨索排距時(shí)，排距應(yīng)與間距相結(jié)合考慮，使巷道頂板巖層受力均勻，避免受力不均衡出現(xiàn)支護(hù)薄弱區(qū)域。從巷道頂板巖層面受力均衡角度分析，將巷道頂板巖層簡(jiǎn)化為沿其縱向的平面應(yīng)變模型，則當(dāng)沿巷道縱向的頂板錨索排距與沿橫向的錨索間距一致時(shí)，錨索通過(guò)托盤擴(kuò)散到頂板巖層內(nèi)的預(yù)應(yīng)力作用范圍分布均勻，使巷道頂板巖層沿其縱向和橫向受力均衡，單根錨索的點(diǎn)支護(hù)作用轉(zhuǎn)化為整個(gè)頂板巖層的錨索群面支護(hù)效應(yīng)，整體協(xié)同承載性較好，可避免局部錨索密度大出現(xiàn)應(yīng)力集中或局部錨索密度稀疏而出現(xiàn)支護(hù)薄弱區(qū)。

表1 模型各層的巖石物理力學(xué)參數(shù)Table 1 Physical and mechanical parameters of each layer of rock in model

將3.2 節(jié)中所建立數(shù)值模型的y方向長(zhǎng)度放大為30 m(模擬沿巷道軸向長(zhǎng)度為30 m)，在巷道頂板按照間距為1.5 m 對(duì)稱布置2 根錨索，錨索安裝預(yù)緊力為150 kN，排距分別按照1.0，1.5 和2.0 m施加并計(jì)算至平衡狀態(tài)。

由圖8可知：在錨索間距相同的條件下，不同錨索排距對(duì)應(yīng)巷道圍巖控制效果不同[23?24]；當(dāng)頂板錨索排距較小時(shí)(排距為1.0 m)，頂板巖層所受的支護(hù)力較大，錨索的應(yīng)力擴(kuò)散范圍沿巷道縱向相互疊加而連成一片，支護(hù)密度高；當(dāng)頂板錨索排距較大時(shí)(排距為2.0 m)，沿巷道縱向頂板錨索的應(yīng)力擴(kuò)散范圍彼此獨(dú)立，頂板巖層所受到的支護(hù)力不均勻，相鄰2排錨索之間出現(xiàn)受支護(hù)力較低的薄弱區(qū)域，不利于頂板巖層控制；當(dāng)頂板錨索排距適中時(shí)(排距為1.5 m，與間距相等)，頂板巖層受力較均勻，沿巷道縱向方向的錨索應(yīng)力范圍相互疊加，且支護(hù)密度較低。

圖8 不同錨索排距對(duì)應(yīng)巷道圍巖垂直應(yīng)力俯視圖Fig.8 Top view of vertical stress of surrounding rock in roadway corresponding to different anchor cable spacing

因此，結(jié)合巷道掘進(jìn)施工速度、錨索支護(hù)材料經(jīng)濟(jì)成本等因素，綜合得出在巷道同一斷面布置2根頂板錨索時(shí)，在頂板錨索的縱向排距與橫向間距相等的情況下，整個(gè)巷道頂板巖層面受力比較均勻，不會(huì)出現(xiàn)受力較薄弱的區(qū)域。

4 工業(yè)性試驗(yàn)及工程效果

本文基于巖層自然垮落平衡拱理論，通過(guò)理論分析與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法對(duì)矩形巷道頂板錨索的布置參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化研究，并以山西省臨汾市蒲縣黑龍關(guān)煤業(yè)11603工作面運(yùn)輸巷道為例進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)及工程效果分析。

黑龍關(guān)煤業(yè)11603工作面使用綜采放頂煤工藝回采平均厚度為6 m 的11 號(hào)煤層。11 號(hào)煤層呈近水平賦存分布，埋深約150 m，平均傾角為4°，頂?shù)装逯鶢顖D及巷道布置層位如圖6所示。工作面運(yùn)輸順槽沿11 號(hào)煤層底板布置，掘進(jìn)斷面是1個(gè)寬×高為4.5 m×3 m 的矩形，屬于實(shí)體煤巷道。采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)，錨索直徑為17.8 mm，長(zhǎng)為7 300 mm，為高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線。

根據(jù)第1節(jié)的研究結(jié)論，結(jié)合煤巖層條件及所用錨索材料，安全系數(shù)取2，計(jì)算得出頂板錨索的布置密度為0.3根/m2。結(jié)合第3節(jié)的研究結(jié)論，在頂板及巷幫錨桿+金屬網(wǎng)支護(hù)的基礎(chǔ)上(頂板錨桿間排距為750 mm)，確定的頂板錨索布置參數(shù)如下：間距為1.5 m，排距為1.5 m，垂直巷道頂板布置，每排2根。支護(hù)布置方式如圖9所示。

為了驗(yàn)證所設(shè)計(jì)頂板錨索的布置參數(shù)是否合理，巷道掘出后，滯后掘進(jìn)頭約20 m 在圖9中靠左側(cè)的頂板錨索安裝測(cè)力計(jì)(測(cè)力計(jì)型號(hào)參數(shù)為尤洛卡GYM400 錨索應(yīng)力傳感器，量程為0～400 kN)及錨索測(cè)力計(jì)所在巷道斷面布置圍巖收斂觀測(cè)站，相鄰測(cè)站間隔為100 m。沿巷道軸向共安裝11個(gè)測(cè)站，收集整理巷道掘進(jìn)后至回采進(jìn)入超前支護(hù)(超前工作面25 m)期間各測(cè)站的礦壓監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，用錨索受力及頂板下沉量這2個(gè)指標(biāo)分析巷道頂板圍巖的控制效果[25]。

圖9 巷道支護(hù)布置示意圖Fig.9 Schematic diagrams of roadway support layout

圖10所示為掘進(jìn)及回采期間頂板錨索受力。由圖10可知：11 個(gè)測(cè)站的頂板錨索受力較均勻，巷道服務(wù)期間頂板錨索的受力增幅較大，但均未超過(guò)使用錨索材質(zhì)時(shí)的破斷載荷(350 kN)；安裝頂板錨索時(shí)施加的預(yù)緊力為143～159 kN，平均初始預(yù)緊力為154.4 kN；回采進(jìn)入超前支護(hù)時(shí)，頂板錨索的受力為258～294 kN，平均受力為276.7 kN，為錨索材料破斷載荷的79.1%。

圖10 掘進(jìn)及回采期間頂板錨索受力Fig.10 Force of roof anchor cable during driving and mining

圖11所示為掘進(jìn)及回采期間頂板下沉量。由圖11可知：巷道服務(wù)期間11個(gè)測(cè)站的頂板下沉量均較小；巷道掘出后的高度為2.96～3.12 m，平均高度為3.04 m；當(dāng)回采進(jìn)入超前支護(hù)時(shí)，頂板高度為2.62～2.86 m，平均高度為2.74 m，頂板平均下沉量約為30 mm，為巷道初始高度的9.9%。

圖11 掘進(jìn)及回采期間頂板下沉量Fig.11 Subsidence value of roof during driving and mining

綜上所述，從頂板錨索受力和頂板下沉量這2個(gè)角度分析，錨索平均受力為所用材料破斷載荷的79.1%，未超過(guò)所用材料的破斷載荷；頂板下沉率為9.9%，支護(hù)效果達(dá)到了回采巷道對(duì)于圍巖控制的要求，驗(yàn)證了理論分析得出的矩形巷道頂板錨索布置參數(shù)的合理性。

5 結(jié)論

1)在使用普通圓柱形鎖具的情況下，巷道頂板錨索應(yīng)垂直頂板安裝，使錨索張拉受力狀況最好，充分發(fā)揮錨索對(duì)頂板巖層的支護(hù)作用。

2)在矩形巷道同一斷面布置n根頂板錨索時(shí)，使頂板巖層下沉量最小的錨索合理布置是將錨索分別布置在巷道頂板有效跨度的n+1等分點(diǎn)位置。

3)在頂板錨索的縱向排距與橫向間距相等的情況下，單根錨索的點(diǎn)支護(hù)作用可轉(zhuǎn)化為整個(gè)頂板巖層的錨索群面支護(hù)效應(yīng)，整個(gè)巷道頂板巖層面受力均衡，整體協(xié)同承載性較好，可避免局部錨索密度大出現(xiàn)應(yīng)力集中或局部錨索密度稀疏而出現(xiàn)支護(hù)薄弱區(qū)。

4)本文結(jié)合已有的錨桿索支護(hù)理論，提供了確定矩形巷道頂板錨索布置方式的定性計(jì)算方法。但由于巷道所處圍巖地質(zhì)條件復(fù)雜多變，計(jì)算結(jié)果僅可作為參考。在實(shí)踐中，還需結(jié)合護(hù)巷煤柱寬度、巷道類型、巷道服務(wù)期間的礦壓觀測(cè)數(shù)據(jù)等經(jīng)綜合分析確定。