小甘沟煤矿煤巷锚杆支护工程质量检测报告
1.1.2 松动圈理论
围岩松动圈巷道支护理论是由中国矿业大学董方庭教授提出，该理论是在对巷道围岩状态进行深入研究后提出的。研究发现围岩松动圈的存在是巷道固有的特性，它的范围大小（厚度值L）目前可以用声波仪或者多点位移计等手段进行测定。巷道支护的主要对象是围岩松动圈产生、发展过程中产生的碎胀变形力，锚杆承受拉力的来源在于松动圈的发生、发展；并根据围岩松动圈厚度值的大小，将其分为小、中、大三类。
松动圈的类别不同，则锚杆支护机理不同。I类小松动圈L = 0～400mm，围岩的碎胀变形量很小，此类围岩巷道一般无需锚杆，可以裸体或者喷射混凝土单独支护；II、III类围岩L = 400～1500mm，用悬吊理论设计锚喷支护参数；IV 、V类围岩L = 1.5～2.0m、L = 2.0～3.0m，采用组合拱理论确定锚喷支护参数；VI类围岩L＞3.0m，在没有获得进一步研究资料之前，应采用以锚喷网为基础的复合支护。该理论的优点是简单直观，对中小松动圈有很重要的价值，但对大松动圈尤其是高应力软岩的采准巷道，实践表明，该理论有一定的局限性。 1.1.3围岩强度强化理论
锚杆与围岩相互作用，形成锚杆—围岩的共同承载结构，改善锚固体力学性能，提高锚固体峰值强度和残余强度，特别是残余强度的提高，能有效提高围岩的自承能力，控制围岩塑性区、破碎区发展，促使巷道围岩由不稳定状态向稳定状态转变，如图1-2所示。
该理论的要点是：
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（1）岩体经锚杆锚固后，其峰值强度和残余强度均得到提高，随着锚杆布置密度的增加，强度强化系数逐渐增大，锚杆布置密度一定时，锚杆对岩体残余强度的强化程度大于对岩体的峰值强度的强化程度。
（2）锚杆可有效改善原岩体的力学参数，随着锚杆布置密度的增加，锚固体峰值前的E（弹性模量），C（粘聚力），?（内摩擦角）与峰值后的E，C，?均有不同程度的提高。
（3）利用锚杆支护，可以提高锚固区域岩体的强度，可以有效的减小巷道围岩塑性区，破碎区半径及巷道表面位移，保持巷道围岩稳定。
图1-2 锚杆—围岩共同承载结构示意图
该理论的分析方法是将锚杆的作用简化为对锚固围岩从锚杆的两端施加径向约束力，由实验室锚固块体试验确定围岩塑性应变软化本构关系，再利用弹塑性理论定量分析锚杆的支护效果。 1.1.4锚固力与围岩变形量关系理论
该理论对锚杆锚固力的内涵及作用进行了深入研究，认为锚杆对围岩的锚固作用是通过锚固力来实现的，而锚固力是依赖围岩变形而产生和发展的。锚杆支护一般在巷道开挖完成后实施，此时围岩的弹塑性变形已经完成，
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使锚杆产生锚固力的是围岩峰后的剪胀变形，随着剪胀变形的渐进发展，锚杆从径向和切向两个方向上产生限制剪胀变形的径向应力、切向应力。剪胀变形越大，锚杆的径向和切向的锚固力越高。锚杆的锚固作用使得围岩在较高的应力状态(能量状态)下获得稳定平衡。 1.1.5锚固平衡拱理论
该理论认为，锚杆加固对于提高围岩自身的最大承载能力没有明显的效果，但在围岩产生塑性破坏后,对提高围岩的残余强度及承载能力有显著作用。在巷道周围，锚杆与其锚固范围内的岩石构成一种锚固支护体，当这个锚固体中的岩石在围岩集中应力作用下发生破坏时，其承载能力降低并产生变形，同时围岩的集中应力向深部转移，使锚固体卸载。在此过程中,锚固体通过锚杆的约束作用和抗剪作用，使塑性破坏后易于松动的岩石构成具有一定承载能力和适应自身变形卸载的锚固平衡拱。 1.1.6 国内煤巷锚杆支护设计方法概述
目前，国内锚杆支护设计及参数选择方法很多。 1.1.6.1 基于巷道围岩松动范围的锚杆支护设计方法
中国矿业大学董方庭教授等提出了松动圈支护理论。该理论认为：围岩松动圈是开掘巷道后地应力超过围岩强度的结果，在现有支护条件下，试图采用支护手段阻止围岩松动是不可能的，松动圈范围越大，收敛变形越大，支护就愈加困难。这种设计方法核心内容是锚杆长度需要大于巷道围岩的松动圈范围。
1.1.6.2 以地应力为基础的锚杆支护设计方法
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1997年，中国矿业大学（北京校区），煤科总院北京开采所与邢台矿务局联合研究，借鉴国外澳大利亚、英国先进的锚杆设计方法，在国内首次提出了“地应力为基础的煤巷锚杆支护设计方法”，该锚杆支护系统设计方法包括6个部分，即6步骤：①地质力学评估；②初始设计；③对初始设计选定的方案进行围岩稳定性分析；④按选定方案施工；⑤现场监测；⑥信息反馈与修改、完善设计。当需修改时，则重复②~⑥步骤，如此反复，直到设计合理为止。因此整个锚杆支护的设计过程是一个动态的设计过程，是在多次实践中逐渐完善起来的动态设计方法，以此方法编制了集地质力学参数处理，利用现场监测反馈的信息对初始设计进行修改以及设计结果输出于一体的计算机辅助设计软件，这种设计方法在邢台、新汶、开滦局等多个矿井中应用，效果较好。
1.1.6.3 煤巷锚杆支护全线跟踪设计方法
中国矿业大学（北京）马念杰教授及其学生提出了此方法，设计方法流程如图1-2所示。
该设计方法实现对将要掘进巷道支护参数的全线跟踪动态设计。采用定量指标，在支护前与支护后期两个阶段进行锚杆支护设计。
(1)支护前期：通过锚杆钻机的钻孔进行顶板岩层结构的探测，得到锚杆钻机的钻速、风压、推力等参数，进行顶板岩层结构的识别；
(2)支护后期：为了提高顶板的安全性，找出仍有可能存在冒顶危险的区域。采用顶板离层仪，监测锚固区内外顶板岩层的变形和离层情况，及时预测巷道顶板的危险区域。
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