錨桿支護作為一種主動支護形式，能及時加固圍巖，提高圍巖強度及其承載能力，支護效果好，支護成本低，有利于工作面端頭維修，便于實現(xiàn)礦井高產(chǎn)高效。隨著煤巷錨桿支護技術(shù)日趨成熟，從錨桿設(shè)計，支護材料到施工工藝、安全監(jiān)測等方面，己形成了適合我礦特點的煤巷錨桿支護成套技術(shù)，其應(yīng)用范圍也從Ⅰ～Ⅲ類煤巷，逐漸發(fā)展到Ⅳ～Ⅴ類煤巷，為大面積推廣應(yīng)用錨桿支護，尤其在全煤巷道中試驗錨桿支護創(chuàng)造了有利條件。
一、煤巷道圍巖變形破壞特點
在回采巷道礦壓與支護方面提出了一種新理論，即最大水平主應(yīng)力理論。這一理論認為，圍巖層狀特征比較突出的回采巷道開挖后引起應(yīng)力重新分布時，垂直應(yīng)力向兩幫轉(zhuǎn)移，水平應(yīng)力向頂?shù)装遛D(zhuǎn)移，從而引起集中應(yīng)力，垂直應(yīng)力的影響主要顯現(xiàn)于兩幫，導致兩幫煤體破壞；而水平應(yīng)力的影響則主要顯現(xiàn)于頂、底板巖層，引起頂板離層或底板鼓起。
二、巷道圍巖應(yīng)力集中效應(yīng)
巷道開挖，引起應(yīng)力集中，使煤層受到附加集中應(yīng)力的作用，由于煤層松散破碎，抵抗水平應(yīng)力的能力極低，頂煤中會產(chǎn)生大范圍的塑性區(qū)。離散元數(shù)值模擬計算結(jié)果表明，巷道開挖后巷道頂煤基本卸載，形成近似矩形的卸載松動區(qū)，頂煤破壞區(qū)達到巖石頂板，煤頂下沉量達242mm，而巷道兩幫煤體雖然出現(xiàn)了大片塑性區(qū)，深度達4m，但并未產(chǎn)生松動破壞，煤體仍保持較高的殘余強度，其位移量也較小，僅為55.3mm。厚煤層中巷道開挖后，使煤層抵抗水平應(yīng)力的截面大為減少，巷道周圍煤體抵抗水平應(yīng)力的能力隨之明顯降低，煤體極易沿水平層理面向巷道空間擠入，致使巷道頂板的煤體受水平應(yīng)力作用而產(chǎn)生嚴重破壞。甚至導致頂板煤層冒落。
三、全煤巷道錨桿支護機理分析
目前錨桿支護有三種理論：懸吊理論、組合梁和加固成型拱理論。但對于頂板為煤層的全煤巷道而言，這些理論仍無法解釋錨桿支護對全煤巷道的作用機理。隨著我礦錨桿支護研究結(jié)果表明，錨桿支護對于提高圍巖（特別是松散圍巖）自身的最大承載能力沒有明顯效果，但當圍巖產(chǎn)生塑性破壞后，對提高圍巖的殘余強度及承載能力有顯著效果；錨桿與其錨固范圍內(nèi)的煤體構(gòu)成一種組合型錨固支護體，在錨桿的約束與抗剪作用下，使塑性破壞后易于松動的煤體或煤頂形成具有一定承載能力，并可適應(yīng)圍巖變形的平衡拱，從而提高了煤體的整體性，防止頂煤松散冒落，錨固平衡拱內(nèi)存在著關(guān)鍵承載環(huán)，對巷道頂板可起到有效的支承作用。全煤巷道的關(guān)鍵技術(shù)主要是治頂，只要維持頂煤的穩(wěn)定，就能保證巷道圍巖的基本穩(wěn)定。而全長錨固錨桿的作用就是通過對其錨固長度范圍內(nèi)的煤體提供軸向和橫向約束，可有效地阻止煤塊體之間的相互錯動，防止錨固體的松散變形，保持錨固體的整體性，從而提高頂煤的承載能力和穩(wěn)定性。
四、錨桿的兩種約束效應(yīng)
巷道頂板為層狀巖層或松散煤體時，需采取組合錨桿支護方式，用金屬網(wǎng)及W型鋼帶把錨桿聯(lián)結(jié)起來，從而對頂煤起到整體加固作用。此外，由于頂煤與巖層界面上容易產(chǎn)生離層現(xiàn)象，導致頂煤下沉，當錨固體不能承受頂板壓力時，甚至會造成頂板冒落。在這種條件下，最有效的方法就是采用錨索進行補強加固。錨索的錨固深度大，承載能力高，并可施加100kN以上的預緊力，因此可以有效地增加關(guān)鍵承載環(huán)的厚度，起到防止頂煤破壞冒落的作用。（見圖）
五、試驗方案
根據(jù)我礦試驗頂板巖層條件，確定采用組合錨桿支護，即全長樹脂錨固的高強度螺紋鋼錨桿＋金屬網(wǎng)＋W型鋼帶＋樹脂錨固小孔徑預應(yīng)力錨索。高強錨桿以加固作用為主，使其錨固范圍內(nèi)的頂煤形成“錨固平衡拱”；錨索以懸吊作用為主，把潛在冒落范圍內(nèi)的頂煤懸吊在上部比較穩(wěn)定的頂板巖層上，加大“錨固平衡拱”厚度，阻止頂煤下沉及冒落。煤幫錨桿采用18mm金屬錨桿。
六、試驗結(jié)果
我礦全煤巷道組合錨桿支護試驗取得了成功，錨桿支護效果顯著，頂幫煤體的整體性和穩(wěn)定性較好，頂煤平均下沉量度為152.5mm，兩幫相對移近量平均179.5mm，巷道斷面平均收縮率僅為12.8%。而同類條件下采用礦工梯形支架支護時頂板下沉量可達450mm，是試驗巷道頂板下沉量的3倍，支架損壞也比較嚴重，冒頂事故時有發(fā)生，需要經(jīng)常翻修，浪費了大量的人力物力，并且給綜采工作面上下端頭維護帶來嚴重困難。采用組合錨桿支護全煤巷道，有效地控制了巷道圍巖的變形與破壞，一般情況下煤巷圍巖變形量不大，充分發(fā)揮了組合錨桿加固煤巖體的有效作用，保持了巷道圍巖的整體性和穩(wěn)定性，保證了巷道在整個服務(wù)期間內(nèi)不進行任何維修，同時減化了綜采工作面端頭拆棚、替棚維護的工序，改善了工人的勞動作業(yè)環(huán)境，為綜采實現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)創(chuàng)造了有利條件。
七、結(jié)論
（1）通過礦壓顯現(xiàn)，組合錨桿在松散巷道中才能保證經(jīng)受回采動壓影響時能始終保持錨桿不受破壞。
（2）全煤巷道組合錨桿支護技術(shù)對于頂、幫煤體支護效果好，形成錨固平衡拱，有效地保持了其完整性和穩(wěn)定性，巷道斷面平均收縮率僅為12.8%，巷道在整個服務(wù)期限內(nèi)不需維修，簡化了綜采面端頭的維護工序，確保了綜采面穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)及安全生產(chǎn)。
（3）、全煤巷道采用組合錨桿支護技術(shù)，不但具有顯著的技術(shù)成果，而且具有明顯的經(jīng)濟效益，通過與工字鋼梯形支護費用比較，采用組合錨桿支護成本下降了20%。
說明：巷道頂板采用樹脂錨桿、錨索、金屬網(wǎng)及“W”型鋼帶作永久支護。錨桿布6排，間距0.8m，排距0.7m，錨桿長2.3m，頂板兩邊錨桿距幫0.35m，并對頂板成750夾角，用水泥托板，標準螺母將網(wǎng)緊固在頂板上。錨索布3排，排距1.3m，間距1.6m,錨索長4m，巷中心布一排，兩邊錨索距幫0.8m，“W”型鋼帶將網(wǎng)緊固在頂板上，鋼帶長3m。
