浅论锚杆锚索支护原理
前言
在煤巷掘进施工中，锚杆支护给煤矿采掘工作所带来的经济利益和安全效益已经普遍地为煤矿工作者所承认。该支护工艺作为一项成型的技术成果已经得到推广使用，但由于锚杆支护施工要受到周边巷道压力、采动影响、煤岩体产状、煤岩体性质、开掘巷道周边围岩赋存状态等多方面因素影响，合理选择锚杆锚索配套支护显得尤为重要。
1锚杆支护原理
1.1悬吊作用原理
锚杆的支护作用就是将游离的岩块悬吊在巷道上顶稳定的岩层面上；以此理论解释则为顶锚杆所悬吊的重量等于巷道上顶冒落带内所有岩块的重量。
1.2组合梁原理
采用锚杆支护，由于锚杆预紧力作用，使锚杆两端头之间的岩石各层面之间连结成为一个组合的整体即人工岩梁，这种人工岩梁的弯曲变形程度将是相当小的，不容易达到弯曲变形破坏的极限，从而以达到对上顶支护的目的。
1.3组合拱原理
由于锚杆预紧力的作用，在每一根锚杆两端头之间的范围内将形成立体三维圆锥体形压应力分布区域，各相邻锚杆之间的圆锥体形压应力分布区域相互叠加形成为一个组合拱，这个组合拱不仅可承受锚杆涉及范围内岩石自身的重量，而且还可以承受上部破碎岩石所施加的径向压力。
2 锚杆支护原理的作用
2.1 锚杆支护原理在施工中的显现效应比较
2.1.1 锚杆支护后，巷道上顶变形量较小，两帮较稳定，煤壁向巷道内推移量不明显；顶帮锚杆托板因受锚杆拉力而变形的量较小。证明，锚
杆在该种条件的巷道支护中，悬吊作用和组合梁作用比较明显，而组合拱作用次之。
2.1.2 锚杆支护后巷道压力显现形式为：顶板在垂直巷道方向上弯曲下沉，两帮煤壁向巷道空间直墙状推移，底煤的底鼓现象较明显。证明，在该处锚杆支护的组合梁作用比较明显，而悬吊作用和组合拱作用次之。
2.1.3 锚杆支护后，巷道上顶弯曲下沉现象不明显，两帮煤壁向巷道内平推位移量不大；顶帮锚杆与顶帮间的木垫受压变形量不大。证明，在该种条件下锚杆支护的组合拱作用比较明显，而悬吊作用和组合梁作用次之。
2.1.4 巷道采用锚杆支护掘进施工过程中，锚索加固是锚杆支护的不可分割的一部分，通过在工作中观察到的局部巷道中锚索托梁受拉变形及局部地点锚索被拉断的情况分析，在该种条件下锚杆支护的组合梁或组合拱作用比较明显。
2.2 锚索支护使用中存在问题
2.2.1由于高强预应力锚索和全螺纹锚杆的延伸率的不同，致使迎头在施工完锚杆后，补强锚索支护，造成局部锚杆被压出，托盘松动，预紧力丧失，作为锚杆支护的效果较差。而锚索成为主要支护，造成锚索的破坏。
2.2.2 现场顶板锚索施工过程中，顶板多为倾斜方向，不平整，水平度较差，而锚索的安装方向多为铅直方向，造成锚索托梁安装方向与锚索的安装方向不一致，致使分解了锚索的承载力，并受剪切而破坏。
2.2.3 三径不匹配
使用的药卷为2335,钢绞线直径为15．24mm，过去习惯采用与锚杆钻孔匹配的Φ28mm的钻头，造成眼孔径过大，致使药卷与孔壁之间粘接附着力降低。
2.3 锚索支护改进方案
2.3.1 增加支护垫
根据支护材料延伸率的不同，采取在锚索托梁的上方铺垫木批或木鞋等，以增加锚索的延伸吸收变形量，使其缩小和锚杆之间延伸率的差距，尽量保持同步。
2.3.2 改变接触点
在现有的地质条件下，将托梁衬垫为水平状态，衬垫物可以采用硬质木块或钢铁制品、以减少客观上的承载力分解损失。在托梁两端压接顶板钢带，造成托梁的端头接触，托梁的里部悬空，这就是所谓的点接触，在施工过程中将里部悬空部分用木批等进行铺垫接实，从而提高其承载强度。
2.3.3 三径匹配
钻头优先选用Φ27mm,尽可能的发挥各部分的效能。
2.4 对锚杆支护原理的分析判断
根据对巷道的周边围岩变化和锚杆支护的变形情况的观察，可以看到以下情况：
沿板掘进巷道中，锚杆锚固段处于顶板稳定层位且锚杆作用段顶板相对稳定情况下，悬吊作用原理作用的显现相对明显。
沿板掘进巷道中，锚杆锚固位置及锚杆作用段围岩岩性基本等同的情况下，组合梁作用原理的显现相对明显。
沿底托煤顶全煤锚杆支护掘进巷道中，围岩相对稳定且相对均质情况下，组合拱作用的显现相对明显。
3 结束语
由于锚杆支护受多种因素的影响，因此为达到锚杆对巷道周边围岩的有效支护的目的，支持锚杆支护施工的锚杆支护设计本身也应当是一种动态的支护设计。故此锚杆支护必须要以实践为基础，以支护理论为阶梯，在实际工作中不断探索不断完善，进一步夯实基础，巩固并延长阶梯，以使锚杆支护达到尽善、尽美。
作者简介：
康锡明，山西义棠煤业有限责任公司，男，35岁。