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[摘 要]近几年来七煤集团向阳煤矿锚固成套技术的研究，在解决大断面、破碎顶板条件下的巷道支护问题方面、破碎顶板条件下的巷道支护问题方面，取得了良好的经济盗，提提高了巷道支护水平和掘进效率，降低了支护成本。向阳矿的回采巷道和部分准备巷道的辅助系统采用的是从英国引进的单轨吊运输系统，其设计基础是U型钢、工字钢等棚式支护，在采用锚杆支护的巷道中，由于改进了吊具设计，该系统还是较成功地应用了以了锚杆或锚杆锚索联合支护的巷道中，在悬吊导轨的锚杆设计中因选择了不上托板预紧，产生了不同的看法，在这里作一讨论。
[关键词]锚杆 运输系统
中图分类号：TD353.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）04-0282-01
1 巷道和悬吊导轨的锚杆设计
如图1是向阳矿S1-5采区总回风巷的支护设计，巷道采用矩形巷道，高3m、宽3.4m，掘进断面10.2m2，支护采用X22树脂锚杆，顶5根，长2.4m以，两帮各4根，长2.0m，用钢筋托梁与托板螺栓将锚杆与巷壁锁紧，并给一定的预紧拉力，从锚杆支护理论上看，这种支护强调了整体支护和主动支护的优点，是合理的，经过几年的应用也证明了这一点。悬吊单轨吊的锚杆在中间锚杆旁边约200—300mm，另外安设，下端不用铡性托板预紧，用吊具与导舅吊链相连。在现场安装的技术人员和生产部门的领导、技术人员提出，锚杆不上托板和顶板不能形成整体支护，对单轨吊的运输是不利的。下面就对这两种情况作一分析。
1.1 悬吊导轨的锚杆在不同情况下的受力分析
（1）图2是放大了的单根上刚性托板预紧的锚杆悬吊图，图3是放大了的单根不上刚性托板预紧的锚杆悬吊图。我们分析一下锚杆顶部锚固端的轴向受力。根据锚杆支护的理论，取其顶部锚固力为几，在受到预紧的情况，它受到支护力P2、导轨重力G1和单轨吊机车负载的运动冲击载荷G2的共同作用；在下部不受预紧的情况下，其受到导轨重力和单轨吊机车负载的运动冲击载荷的共同作用。
①从图2中的锚固端的最下部取截面I—I面，取其上部段，受力如图4，根据轴向受力平衡条件∑y=0。
则N—P1=0
式中：N为分析材料内部受力的轴向内力。
N=P1，计算I—I面下段的受力，根据材料受力的均匀性，假设轴向平衡条件∑Y=0
则N-P2-P3=0
N=P2+P3
P2=A×σP2
式中：A为锚杆的截面积；
σP为围岩在轴向的应力。
P3=G1十G2，代入上式得
N=A×σP2+G1+G2
从上式可以看出，在围岩发生变形离层时，由于托板束缚应变的释放，σP2可成倍的增加，它对锚固端的拔拉力也成倍增加，加上下部载荷的共同作用，容易造成锚杆被拉出，发生机车坠机事故。
②从图3中的锚固端的最下部取一截面I—I面，取其上段如图5，根据轴向平衡条件∑Y=0
则N-P1，0，N=Pl
计算I为I面下段的受力∑Y=0
N—P3=0
N=P3=Gl+G
也即在锚杆向上，锚固端应受下部载荷的重力和冲击力，按照现在的树脂锚杆的锚固力来预测，完全可以承载大型机电设备的运输（综采机大件、液压支架等）工作。
（2）由于单轨吊运行中，会左右摇摆，前后冲击，除去对锚杆轴向产生拉力外，在切向还产生剪切应力。
①从图6中可以看到，在托板预紧情况下，取托板下端与锚杆平行面为截面m—n，假设它受到向右的力，我们取m—n上有一个方向相反、大小相同的剪力Q，则此面上的剪应力r=Q/A=P/A，我们知道Q的方向和大小是不断变化的，而且锚杆露出托板的长度很小（约80—100mm），刚性托板又限制其横向移动，所以此处最容易产生材料的疲劳和应力集中，当超过剪切极限应力时，锚杆就会沿m—n面屈服折断，造成坠车事故。
②沿着m—n面如没有托板在切向的刚性限制，锚杆很长，在切向受力时可视同塑性材料，围岩的强度远小于杆体，沿m—n面受到的剪应力因围岩产生应变而释放，塑性材料其本身受剪应力时变形很小，因而锚杆内部受到的剪应力很小，不足以剪断杆体。
（3）还有一种力学情况，当锚杆下部受到切向力P时，由于锚杆与钻孔壁间有空隙，在有刚性托板预紧情况下，P向右时，自由杆体向左成拱状，反之向右成拱状，在钻孔底部的锚固段方向相反，根据力偶矩平衡条件∑My=0，所以M自由=M锚固，因为自由杆体较长，它受到很小的力，传到锚固段就会产生很大的力作用于围岩和锚固剂，久而久之，就会松动脱落，导致锚杆拔出。
如果不上托板，当杆体下部受到切向力P时，自由杆体作为—个整体左右移动，且锚杆中间没有外力强制，锚固段较短，可视同一个自由悬体的固定端。当下部切向受力时，内部力矩很小，对锚固端的粘结作用在切向—卜影响有限。
2 結语
按照锚杆支护设计理论，树脂锚杆必须固定在上覆岩层的稳定岩石内，下加手板预紧，才能发挥其加固拱、悬吊作用，形成稳定的松动圈主动支护形式，否则在顶板岩石发生离层变形时就会破坏，失去支护作用，更不能支撑单轨吊系统的运行。然而从以上三种力学分析结果来看，悬吊单轨吊导轨的锚杆，上托板与不上托板，对锚固端产生的作用不同。
（1）上托板预紧，在轴向上因要承受上覆岩层的应力作用，参加围岩支护，特别是顶压增加时，锚固端承受的拉力远人干无托板的锚杆。
（2）上托板预紧，在下端切向受力时类似于刚性材料的纯剪切受力情况，在剪切面材料容易屈服析断。
（3）上托板预紧，锚固端、自由杆体和下露段构成了内力偶矩平衡的条件，使锚固端在受到切向应力时产牛较大的松动作用。
[关键词]锚杆 运输系统
中图分类号：TD353.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）04-0282-01
1 巷道和悬吊导轨的锚杆设计
如图1是向阳矿S1-5采区总回风巷的支护设计，巷道采用矩形巷道，高3m、宽3.4m，掘进断面10.2m2，支护采用X22树脂锚杆，顶5根，长2.4m以，两帮各4根，长2.0m，用钢筋托梁与托板螺栓将锚杆与巷壁锁紧，并给一定的预紧拉力，从锚杆支护理论上看，这种支护强调了整体支护和主动支护的优点，是合理的，经过几年的应用也证明了这一点。悬吊单轨吊的锚杆在中间锚杆旁边约200—300mm，另外安设，下端不用铡性托板预紧，用吊具与导舅吊链相连。在现场安装的技术人员和生产部门的领导、技术人员提出，锚杆不上托板和顶板不能形成整体支护，对单轨吊的运输是不利的。下面就对这两种情况作一分析。
1.1 悬吊导轨的锚杆在不同情况下的受力分析
（1）图2是放大了的单根上刚性托板预紧的锚杆悬吊图，图3是放大了的单根不上刚性托板预紧的锚杆悬吊图。我们分析一下锚杆顶部锚固端的轴向受力。根据锚杆支护的理论，取其顶部锚固力为几，在受到预紧的情况，它受到支护力P2、导轨重力G1和单轨吊机车负载的运动冲击载荷G2的共同作用；在下部不受预紧的情况下，其受到导轨重力和单轨吊机车负载的运动冲击载荷的共同作用。
①从图2中的锚固端的最下部取截面I—I面，取其上部段，受力如图4，根据轴向受力平衡条件∑y=0。
则N—P1=0
式中：N为分析材料内部受力的轴向内力。
N=P1，计算I—I面下段的受力，根据材料受力的均匀性，假设轴向平衡条件∑Y=0
则N-P2-P3=0
N=P2+P3
P2=A×σP2
式中：A为锚杆的截面积；
σP为围岩在轴向的应力。
P3=G1十G2，代入上式得
N=A×σP2+G1+G2
从上式可以看出，在围岩发生变形离层时，由于托板束缚应变的释放，σP2可成倍的增加，它对锚固端的拔拉力也成倍增加，加上下部载荷的共同作用，容易造成锚杆被拉出，发生机车坠机事故。
②从图3中的锚固端的最下部取一截面I—I面，取其上段如图5，根据轴向平衡条件∑Y=0
则N-P1，0，N=Pl
计算I为I面下段的受力∑Y=0
N—P3=0
N=P3=Gl+G
也即在锚杆向上，锚固端应受下部载荷的重力和冲击力，按照现在的树脂锚杆的锚固力来预测，完全可以承载大型机电设备的运输（综采机大件、液压支架等）工作。
（2）由于单轨吊运行中，会左右摇摆，前后冲击，除去对锚杆轴向产生拉力外，在切向还产生剪切应力。
①从图6中可以看到，在托板预紧情况下，取托板下端与锚杆平行面为截面m—n，假设它受到向右的力，我们取m—n上有一个方向相反、大小相同的剪力Q，则此面上的剪应力r=Q/A=P/A，我们知道Q的方向和大小是不断变化的，而且锚杆露出托板的长度很小（约80—100mm），刚性托板又限制其横向移动，所以此处最容易产生材料的疲劳和应力集中，当超过剪切极限应力时，锚杆就会沿m—n面屈服折断，造成坠车事故。
②沿着m—n面如没有托板在切向的刚性限制，锚杆很长，在切向受力时可视同塑性材料，围岩的强度远小于杆体，沿m—n面受到的剪应力因围岩产生应变而释放，塑性材料其本身受剪应力时变形很小，因而锚杆内部受到的剪应力很小，不足以剪断杆体。
（3）还有一种力学情况，当锚杆下部受到切向力P时，由于锚杆与钻孔壁间有空隙，在有刚性托板预紧情况下，P向右时，自由杆体向左成拱状，反之向右成拱状，在钻孔底部的锚固段方向相反，根据力偶矩平衡条件∑My=0，所以M自由=M锚固，因为自由杆体较长，它受到很小的力，传到锚固段就会产生很大的力作用于围岩和锚固剂，久而久之，就会松动脱落，导致锚杆拔出。
如果不上托板，当杆体下部受到切向力P时，自由杆体作为—个整体左右移动，且锚杆中间没有外力强制，锚固段较短，可视同一个自由悬体的固定端。当下部切向受力时，内部力矩很小，对锚固端的粘结作用在切向—卜影响有限。
2 結语
按照锚杆支护设计理论，树脂锚杆必须固定在上覆岩层的稳定岩石内，下加手板预紧，才能发挥其加固拱、悬吊作用，形成稳定的松动圈主动支护形式，否则在顶板岩石发生离层变形时就会破坏，失去支护作用，更不能支撑单轨吊系统的运行。然而从以上三种力学分析结果来看，悬吊单轨吊导轨的锚杆，上托板与不上托板，对锚固端产生的作用不同。
（1）上托板预紧，在轴向上因要承受上覆岩层的应力作用，参加围岩支护，特别是顶压增加时，锚固端承受的拉力远人干无托板的锚杆。
（2）上托板预紧，在下端切向受力时类似于刚性材料的纯剪切受力情况，在剪切面材料容易屈服析断。
（3）上托板预紧，锚固端、自由杆体和下露段构成了内力偶矩平衡的条件，使锚固端在受到切向应力时产牛较大的松动作用。