树脂锚固支护技术在我国煤矿巷道围岩控制中的应用十分普遍,是目前最经济有效的主动支护方式。受围岩赋存特点、应力环境、树脂药卷粘结特性和施工技术方面的影响,非全长锚固单元体锚杆滑脱失效现象屡有发生,导致巷道围岩严重变形甚至支护事故发生,制约了锚固支护技术的发展和应用,严重威胁着煤矿的生产安全。锚固支护方案设计时主要考虑巷道围岩宏观支护效果,较少考虑锚杆滑移脱粘失效、围岩可锚性和支护材料性能发挥程度等因素,因此,亟需开展锚杆滑移脱粘机理和支护参数优化研究。本文综合运用理论分析、室内试验、数值计算和工程实践相结合的方法,从细观角度开展非全长锚固单元体承载性能、锚固段载荷传递规律、失效模式及其影响因素研究,探讨非全长锚固单元体锚杆滑移脱粘发生条件,揭示锚杆滑移脱粘失效机理,进而提出锚固支护参数设计与优化方法,主要研究成果如下:(1)提出了煤巷锚固单元体的概念,从细观角度分析了非全长锚固单元体“三体两面”结构特征、载荷传递机制和应力环境;总结分析了锚杆滑脱失效的三种模式、失效状态和发生条件。依托PFC数值计算,结合锚固单元体内裂隙发育和扩展情况,研究了锚固长度、围岩强度、围岩应力和锚固剂厚度等因素对锚杆滑脱失效的影响。(2)自制了包括加载系统、力和位移采集系统、静态应变采集系统和声发射监测系为一体的室内张拉试验系统;在配制中等硬度煤岩材料、加工制作试件模具和测力锚杆基础上,开展了不同锚固长度、不同载荷等级条件下的室内张拉试验,掌握了锚固单元体承载特征、锚固失效模式和锚固段载荷传递规律;采用FLAC软件开展了实体单元模型数值计算,掌握了不同锚固长度、不同载荷等级条件下锚固段载荷传递规律、锚杆-锚固剂、锚固剂-煤岩界面剪应力分布规律。(3)基于Benmokrane B提出的界面剪应力-剪切位移关系三阶段线性函数,建立了完全弹性阶段煤岩-锚固剂界面平衡方程,推导出了轴向载荷作用下锚杆弹性极限承载力和界面剪应力分布规律计算公式。结合滑移脱粘演化过程,推导得出了弹塑性阶段锚固段任意位置锚杆轴力、锚固剂-煤岩界面剪应力计算公式。结合弹性极限承载力计算公式,推导得出了界面发生滑移脱粘条件下煤巷锚杆临界锚固长度计算公式,探讨了确定合理锚固长度的主要影响因素。(4)在理论研究、张拉试验和声发射监测研究成果基础上,结合锚杆滑脱失效演化全过程分析,提出非全长锚固单元体发生煤岩-锚固剂界面滑脱失效的三个条件,揭示了锚杆滑移脱失效机理。(5)提出了既能满足安全经济、又能充分发挥围岩可锚性和锚杆材质性能的锚固支护设计原则和工作流程,推导出短锚张拉试验界面强度参数计算公式。在采用常规设计方法初步确定主要锚固支护参数基础上,建立了基于界面滑移脱粘防控对支护参数的优化方法。工业性试验表明:巷道围岩支护方案安全性可靠,围岩控制效果良好,其经济性、支护材料材质性能和围岩可锚性均得到较好发挥,为煤矿巷道锚固支护参数优化设计和安全评价提供理论和技术指导。