[摘要]近幾年來七煤集團向陽煤礦錨固成套技術(shù)的研究，在解決大斷面、破碎頂板條件下的巷道支護問題方面、破碎頂板條件下的巷道支護問題方面，取得了良好的經(jīng)濟盜，提提高了巷道支護水平和掘進效率，降低了支護成本。向陽礦的回采巷道和部分準備巷道的輔助系統(tǒng)采用的是從英國引進的單軌吊運輸系統(tǒng)，其設(shè)計基礎(chǔ)是U型鋼、工字鋼等棚式支護，在采用錨桿支護的巷道中，由于改進了吊具設(shè)計，該系統(tǒng)還是較成功地應用了以了錨桿或錨桿錨索聯(lián)合支護的巷道中，在懸吊導軌的錨桿設(shè)計中因選擇了不上托板預緊，產(chǎn)生了不同的看法，在這里作一討論。
1巷道和懸吊導軌的錨桿設(shè)計
向陽礦S1-5采區(qū)總回風巷的支護設(shè)計，巷道采用矩形巷道，高3m、寬3.4m，掘進斷面10.2m2，支護采用X22樹脂錨桿，頂5根，長2.4m以，兩幫各4根，長2.0m，用鋼筋托梁與托板螺栓將錨桿與巷壁鎖緊，并給一定的預緊拉力，從錨桿支護理論上看，這種支護強調(diào)了整體支護和主動支護的優(yōu)點，是合理的，經(jīng)過幾年的應用也證明了這一點。懸吊單軌吊的錨桿在中間錨桿旁邊約200—300mm，另外安設(shè)，下端不用鍘性托板預緊，用吊具與導舅吊鏈相連。在現(xiàn)場安裝的技術(shù)人員和生產(chǎn)部門的領(lǐng)導、技術(shù)人員提出，錨桿不上托板和頂板不能形成整體支護，對單軌吊的運輸是不利的。下面就對這兩種情況作一分析。
1.1懸吊導軌的錨桿在不同情況下的受力分析
（1）放大了的單根上剛性托板預緊的錨桿懸吊圖，放大了的單根不上剛性托板預緊的錨桿懸吊圖。我們分析一下錨桿頂部錨固端的軸向受力。根據(jù)錨桿支護的理論，取其頂部錨固力為幾，在受到預緊的情況，它受到支護力P2、導軌重力G1和單軌吊機車負載的運動沖擊載荷G2的共同作用；在下部不受預緊的情況下，其受到導軌重力和單軌吊機車負載的運動沖擊載荷的共同作用。
?、購腻^固端的最下部取截面I—I面，取其上部段，受力，根據(jù)軸向受力平衡條件∑y=0。
則N—P1=0
式中：N為分析材料內(nèi)部受力的軸向內(nèi)力。
N=P1，計算I—I面下段的受力，根據(jù)材料受力的均勻性，假設(shè)軸向平衡條件∑Y=0
則N-P2-P3=0
N=P2+P3
P2=A×σP2
式中：A為錨桿的截面積；
σP為圍巖在軸向的應力。
P3=G1十G2，代入上式得
N=A×σP2+G1+G2
從上式可以看出，在圍巖發(fā)生變形離層時，由于托板束縛應變的釋放，σP2可成倍的增加，它對錨固端的拔拉力也成倍增加，加上下部載荷的共同作用，容易造成錨桿被拉出，發(fā)生機車墜機事故。
?、趶腻^固端的最下部取一截面I—I面，取其上段，根據(jù)軸向平衡條件∑Y=0
則N-P1，0，N=Pl
計算I為I面下段的受力∑Y=0
N—P3=0
N=P3=Gl+G
也即在錨桿向上，錨固端應受下部載荷的重力和沖擊力，按照現(xiàn)在的樹脂錨桿的錨固力來預測，完全可以承載大型機電設(shè)備的運輸（綜采機大件、液壓支架等）工作。
?。?）由于單軌吊運行中，會左右搖擺，前后沖擊，除去對錨桿軸向產(chǎn)生拉力外，在切向還產(chǎn)生剪切應力。
?、僭谕邪孱A緊情況下，取托板下端與錨桿平行面為截面m—n，假設(shè)它受到向右的力，我們?nèi)—n上有一個方向相反、大小相同的剪力Q，則此面上的剪應力r=Q/A=P/A，我們知道Q的方向和大小是不斷變化的，而且錨桿露出托板的長度很小（約80—100mm），剛性托板又限制其橫向移動，所以此處最容易產(chǎn)生材料的疲勞和應力集中，當超過剪切極限應力時，錨桿就會沿m—n面屈服折斷，造成墜車事故。
?、谘刂鴐—n面如沒有托板在切向的剛性限制，錨桿很長，在切向受力時可視同塑性材料，圍巖的強度遠小于桿體，沿m—n面受到的剪應力因圍巖產(chǎn)生應變而釋放，塑性材料其本身受剪應力時變形很小，因而錨桿內(nèi)部受到的剪應力很小，不足以剪斷桿體。
?。?）還有一種力學情況，當錨桿下部受到切向力P時，由于錨桿與鉆孔壁間有空隙，在有剛性托板預緊情況下，P向右時，自由桿體向左成拱狀，反之向右成拱狀，在鉆孔底部的錨固段方向相反，根據(jù)力偶矩平衡條件∑My=0，所以M自由=M錨固，因為自由桿體較長，它受到很小的力，傳到錨固段就會產(chǎn)生很大的力作用于圍巖和錨固劑，久而久之，就會松動脫落，導致錨桿拔出。
如果不上托板，當桿體下部受到切向力P時，自由桿體作為—個整體左右移動，且錨桿中間沒有外力強制，錨固段較短，可視同一個自由懸體的固定端。當下部切向受力時，內(nèi)部力矩很小，對錨固端的粘結(jié)作用在切向—卜影響有限。
2結(jié)語
按照錨桿支護設(shè)計理論，樹脂錨桿必須固定在上覆巖層的穩(wěn)定巖石內(nèi)，下加手板預緊，才能發(fā)揮其加固拱、懸吊作用，形成穩(wěn)定的松動圈主動支護形式，否則在頂板巖石發(fā)生離層變形時就會破壞，失去支護作用，更不能支撐單軌吊系統(tǒng)的運行。然而從以上三種力學分析結(jié)果來看，懸吊單軌吊導軌的錨桿，上托板與不上托板，對錨固端產(chǎn)生的作用不同。
?。?）上托板預緊，在軸向上因要承受上覆巖層的應力作用，參加圍巖支護，特別是頂壓增加時，錨固端承受的拉力遠人干無托板的錨桿。
?。?）上托板預緊，在下端切向受力時類似于剛性材料的純剪切受力情況，在剪切面材料容易屈服析斷。
?。?）上托板預緊，錨固端、自由桿體和下露段構(gòu)成了內(nèi)力偶矩平衡的條件，使錨固端在受到切向應力時產(chǎn)牛較大的松動作用。
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