让压型锚索箱梁支护系统组合构件耦合性能分析及应用

王 琦 ，李术才，李为腾，李 智，江 贝，苗素军，李海燕，王德超，王洪涛

（1. 山东大学 岩土与结构工程研究中心，济南 250061；2. 兖矿集团有限公司 博士后科研工作站，山东 邹城 273500）

1 引 言

随着煤矿开采深度的增加，各种非线性力学现象愈来愈明显，在深部高地应力、高地温、高渗透压力和强烈的开采扰动条件下，深井巷道围岩表现出非线性大变形的力学特性，单一的支护方式已经无法满足深部煤巷的支护要求。国内外众多学者提出了利用不同支护组合构件对深部煤巷进行耦合支护的理念[1－6]。耦合支护是指各个支护部分都能充分发挥自身作用、并且各支护方式之间相互作用，相互增强的一种联合支护方式。文献[1]根据深部复合顶板煤巷变形破坏机制提出了锚网索耦合支护设计方案。文献[2]介绍了W钢带和M钢带等组合构件耦合支护在千米深井巷道、深部沿空留巷、松软破碎围岩巷道等复杂困难条件下取得良好支护效果。文献[4]根据深部大断面软岩巷道变形力学机制提出了采用锚网喷+锚索+钢带+底角锚杆的耦合支护形式，有效地控制了深部大断面软岩巷道的大变形。文献[6]对高应力软岩巷道进行了耦合支护研究，利用指数蠕变模型得到了围岩变形随时间的变化规律，并给出了一次和二次耦合支护的合理支护时间。巷道变形破坏主要是由于支护体力学特性与围岩力学特性在强度、刚度以及结构上出现不耦合所造成的，且变形首先从关键部位开始，进而导致整个支护系统的失稳[7]。因此，研究支护组合构件的耦合作用，充分发挥各个组合构件的效能，对于提高围岩自身承载能力，有效控制巷道围岩变形具有重要意义。

在深井煤巷中，围岩破碎比较严重，单个支护构件已无法有效控制巷道围岩变形，锚索梁支护系统已成为常用的支护形式，应用较多的是利用锚索结合工字钢、槽钢进行耦合支护。

工字钢或槽钢锚索梁在深部高地应力巷道支护中存在以下的问题和局限性[8－16]。

①槽钢梁腹板与围岩紧贴，无让压空间，不能有效适度让压，实际应用中在锚索孔处容易出现应力集中现象，导致腹板经常被锚索穿透而失去作用。

②工字钢梁在使用时与煤岩接触面仅为翼缘部分，护表面积过小，对围岩表面近似施加两条线荷载，在围岩表面产生应力集中，过早产生较大的相对位移。一方面造成锚索预紧力过早损失；另一方面不能使锚索预紧力有效地扩散到大范围围岩中以抑制围岩的变形与破坏。

③槽钢和工字钢两者的支护强度和抗弯刚度都不够高，支护时在高地应力作用下容易过早地产生大变形，失去整体性，造成局部应力集中，不能有效控制围岩变形。

④支护成本高。工字钢和槽钢锚索梁中工字钢和槽钢都需平放（腹板在水平面），此种受力形式的惯性矩远小于其最大截面惯性矩，型钢刚度和强度不能充分发挥，材料利用率低，相对而言成本偏高。

⑤不具有让压性能或让压性能差。从现有资料看，锚索梁一般不具有专门的让压装置，不具让压能力或整体让压性能差。

以上问题的存在影响着锚索梁在深部巷道支护应用的效果。本文在上述研究基础上，针对工字钢、槽钢锚索梁存在的问题，对最新研发的让压型锚索箱梁支护系统及其各构件耦合性能进行对比研究，并进行了工程应用验证。

2 让压型锚索箱梁支护系统

2.1 系统组成

让压型锚索箱梁支护系统（见图 1）核心构件为让压型锚索箱梁（见图 2）和高强锚杆，同时配以钢带、托盘、金属网等附属构件。让压型锚索箱梁主要包括箱型支护梁（见图3）、锚索让压环和高强锚索。

图1 让压型锚索箱梁支护系统Fig.1 Support system of pressure relief anchor box beam

图2 让压型锚索箱梁Fig.2 Pressure relief anchor box beam

图3 箱型支护梁Fig.3 Box supporting beam

2.2 系统功能及原理

对于深部高应力煤巷而言，在巷道开挖过程中，围岩离层、滑动、裂纹产生与扩展等扩容变形更加严重，“先让后抗”的支护理念已暴露出其局限性[5]。因此，该系统采用“先控后让再抗”的设计理念对深部煤巷进行支护。

巷道支护初期，由高强锚杆及锚索箱梁的高强锚索提供高预紧力实现“先控”的要求。深部煤巷锚杆锚固区范围内的煤体一般处于破坏或者塑性状态，高强高预紧力锚杆及锚索可以在巷道掘进后主动及时给巷道表面围岩提供围压，有效减小锚固区内煤体围岩碎胀变形，使之形成具有较强承载能力的支护体，达到支护体与围岩共同承载的目的。

随着支护时间的推移，巷道支护压力变大，单纯依靠支护结构的支护抗力不足以控制高地应力巷道变形，当支护抗力达到一定限度时就需要进行适度让压，以缩小巷道断面为代价，换取支护体系不会因过高围岩压力而失效，同时充分发挥围岩的自承能力，即实现“后让”。此阶段主要通过系统的高性能锚索让压环来实现。

当围岩变形和支护抗力达到一个较高的水平时，就需要对巷道围岩实行强有力的控制，亦即“再抗”。一般来说，巷道围岩不可能因为第 2阶段的“让”而最终趋于稳定。所以，在该支护过程的最后一个环节还应当是通过高刚、高强的系统支护来实现巷道围岩的最终稳定。该系统通过高强箱型支护梁、高强锚索及高强锚杆来实现此阶段的“抗”。

让压型锚索箱梁支护系统，相对于槽钢、矿用工字钢锚索梁支护系统而言，具有以下优点：①支护强度高，相同截面积情况下，箱型支护梁截面惯性矩明显大于其他型钢，相同刚度时所使用钢材大大减少，经济合理；②护表效果好，支护力通过面荷载向上部围岩中传递，更加均匀；③整体支护性能好，通过锚索让压环与锚索高破断力相匹配，共同变形，定量让压，可有效防止单一支护材料过早失稳。

2.3 各组合构件性能

该支护系统主要构件为箱型支护梁、锚索、锚索让压环、高强锚杆，附属构件主要包括钢带、托盘、金属网等。为对比分析各锚索梁支护性能，进行支护组合构件数值试验。各支护构件及工字钢、槽钢的性能参数列于表1～3中。

表1 锚杆、锚索、钢带及托盘参数表Table 1 Parameters of bolt, anchor, metal band, and pallet

表2 钢梁参数表Table 2 Parameters of steel beam

表3 让压环性能参数表Table 3 Parameters of yielding link

单轴压缩试验结果（见表3、图4）表明，锚索让压环具有二阶让压特性，且让压点高、让压距离大、稳定性好，可与高刚高强的箱型支护梁及高强锚索相互配合共同发挥让压能力。

3 数值试验

利用数值模拟对让压型锚索箱梁支护系统各组合构件耦合性能进行试验研究。设计了13种不同托梁与锚索组合、不同锚索预紧力组合的数值试验对比方案，建立了构件性能利用率、构件耦合效率和围岩控制效果3个评价指标，并对数值计算结果进行分析。

图4 单轴压缩位移-压力试验曲线Fig.4 Displacement-pressure curve of uniaxial compression test

3.1 耦合支护效果评价指标

为更加方便合理地进行各方案结果的比较分析，提出3种指标对耦合支护效果进行统计分析，分别为支护系统组合构件整体性能利用率、支护系统组合构件耦合效率和围岩控制效果。

支护系统组合构件整体性能利用率η是支护系统各构件发挥其效能的整体评判指标，其值越大，表示支护系统整体性能发挥越充分。同时构件整体性能利用率不应过大，整体性能余量（等于100%-η）应有富余，以保证足够的安全储备。

该指标通过各构件性能利用率与其相应权重值的乘积求和得出，见式（1）。

式中：η为构件整体性能利用率；Qi为某构件性能利用率；ωi为某构件（评价因素）对应权重值。

性能利用率Q是指构件实际受力变形状态与其极限承载状态的比值，见式（2）。

式中：Sa为构件实际受力变形状态，钢梁取其最大应力σmax，锚索、锚杆取其最大轴力，分别记为Fmax-c及 Fmax-b，锚索让压环取其实际让压距离 Da；Sl为构件极限承载状态，钢梁取其钢材极限强度σb，锚索、锚杆取其能够承受的最大轴力，分别记为 Fl-c及Fl-b，锚索让压环取其极限让压距离Dl。

由于回采巷道服务年限较短。在煤巷支护中只要钢梁、锚杆、锚索等构件在掘进与回采期的服务年限内不破坏，即不超过其极限承载强度，则认为可满足支护的要求，这样可充分利用材料性能，在保证具有安全储备的情况下，提高经济效益。因此，本文在进行性能利用率时使用了构件的极限承载状态参数。

支护系统组合构件耦合效率 W 是反映支护系统各组合构件性能协调性与耦合效果的指标，其值越大，表示系统中各构件性能利用率保持在一个相对一致的水平，协调性与耦合效果越好。为增强各方案对比性，利用各构件整体性能利用率的标准差及式（3）将各方案构件的耦合效率进行归一化。

式中：S为支护系统各组合构件性能利用率与其对应权重值乘积的标准差，其计算公式见式（4）。

围岩控制效果主要是指支护系统对巷道围岩宏观的控制程度，主要包括顶板沉降量和两帮移近量两个参量。该指标反映的是支护系统与围岩的耦合情况。

式（1）与式（4）中支护系统各组合构件（评价因素）对应权重值通过层次分析法确定[17]。采用1～9标度方法构造判断矩阵Pn×n。对对于让压型锚索箱梁支护系统整体性能利用率而言，将箱型支护梁、锚索、高强锚杆、锚索让压环4个主要构件作为评价因素，其层次分析结构如图5所示。

图5 让压型锚索箱梁支护系统组合构件整体性能利用率层次分析结构图Fig.5 Structure diagram of analytic hierarchy for whole performance utilization ratio of combined members of PRABB support system

根据大量工程实例、理论分析及数值试验研究[2, 10, 12, 14, 16, 18]，借鉴前人层次分析法研究成果[19－22]，参照 1～9标度方法构造支护系统组合构件整体性能利用率评价因素4阶判断矩阵（n =4）：

式（5）最大特征值λmax=3.880 6，通过求其最大特征向量并经过归一化得到其权向量为

经检验，满足一致性条件。

由权向量ωA-B可知，让压型锚索箱梁支护系统组合构件整体性能利用率的评价因素中，箱型支护梁（B1）、锚索（B2）、高强锚杆（B3）和锚索让压环（B4）所占权重分别为49.18%、24.59%、16.39%和9.84%，如图6所示。

图6 让压型锚索箱梁支护系统组合构件评价因素权重值Fig.6 Weight values of each evaluation factor for whole performance utilization of PRABB support system combined members

同样方法求得工字钢及槽钢等型钢锚索梁支护系统组合构件整体性能利用率评价因素，即各组合构件权重值。钢梁（C1）、锚索（C2）和高强锚杆（C3）所占权重分别为44.55%、32.27%和23.18%，如图7所示。

图7 型钢锚索梁支护系统组合构件评价因素权重值Fig.7 Value factors weight histogram of steel anchor beam support system

3.2 模型建立及对比方案设计

3.2.1 模型建立

根据兖矿集团赵楼煤矿实际工程概况和煤巷支护实践经验总结，数值试验采用的支护方案如图 8所示，锚杆间排距为 0.8 m×0.8 m，顶锚杆长度为2.4 m，帮锚杆长度为2 m；锚索梁排距为1.6 m，锚索间距为1.4 m，锚索长度为6.2 m，钢梁长度为3.4 m。

数值试验利用ANSYS软件计算分析。为更好地对比各计算方案之间支护构件性能的耦合效果，将地层条件影响弱化，取均质地层进行模拟，围岩材料采用实体单元建模，材料使用D-P屈服准则，将室内岩块力学试验结果与现场地质条件进行综合比较，确定模型中所用的岩体物理力学参数，具体参数如表4所示。梁、托盘、锚杆和锚索等采用实体单元模拟，使用双折线弹塑性本构模型，根据2.3节所列构件性能参数进行赋值。

赵楼煤矿3302运顺竖向地应力为26.2 MPa，最大水平地应力与巷道轴向基本平行，大小为36.4 MPa，另外一个方向的主应力大小为34.7 MPa。

图8 数值计算支护方案（单位：mm）Fig.8 Numerical calculation of support schemes (unit: mm)

表4 围岩参数表Table 4 Parameters of surrounding rock

3.2.2 对比方案设计

为对各系统的耦合支护效果进行对比分析，设计了如表5所示10个计算方案，表中“√”表示计算方案选择的支护构件。其中让压型锚索箱梁支护方案（方案1～6）均配有锚索让压环。

表5 计算方案Table 5 Calculation schemes

根据现阶段煤巷支护材料使用现状，表5中每个计算方案选取相同的锚杆、钢带、托盘等其他支护材料，其中顶部采用φ22的高强螺纹钢锚杆，帮部采用φ20的高强螺纹钢锚杆，选用UD140/4型钢带、200 mm×200 mm×20 mm锚索托盘及150 mm×150 mm×14 mm 锚杆托盘。各支护材料参数详见2.1节。各计算方案施加相同的预紧力，预紧力值根据工程实例并考虑高强预紧力锚杆支护系统相关建议[18]，锚索预紧力取为150 kN，顶锚杆预紧力取为70 kN，帮锚杆预紧力取为50 kN。

3.3 试验结果对比分析

利用构件整体性能利用率、构件耦合效率和围岩控制效果 3个指标对数值试验结果进行统计分析。

3.3.1 构件整体性能利用率分析

提取计算结果中各构件实际受力变形状态，利用式（2）计算构件性能利用率Q，然后利用式（1）求得到构件整体性能利用率η其结果，如图9所示。

图9 各方案组合构件整体性能利用率Fig.9 Whole performance utilization ratio of combined members in each scheme

由图9可知：

（1）支护系统构件整体性能利用率最高的是14 a槽钢方案（方案10），达到了97.1%，最低的是Ⅱ12c型箱梁方案（方案5）仅为35.9%。考虑到顺槽巷道后期回采期间矿压影响，支护系统应预留一定的支护强度，所以对于该数值模型对应的地质情况来说，[14a槽钢与Ⅱ12a箱梁对应的4种锚索梁方案整体强度过弱，整体性能余量太低（低于20%），不应当采用。Ⅱ12b型箱梁方案性能利用率居中（55%左右），又因其经济性较工字钢高，可作为优选方案。

（2）使用φ22锚索的方案，与对应使用φ17.8锚索的方案相比，整体利用率均偏低。

3.3.2 构件耦合效率分析

利用式（3）对各模拟方案的构件耦合效率 W进行计算，结果如图10所示。

图10 各方案组合构件耦合效率Fig.10 Coupling efficiency of members in each scheme

由图10可知：

（1）耦合效果最好的3种计算方案分别为方案3（Ⅱ12b+φ22锚索）、方案2（Ⅱ12a+φ17.8锚索）和方案5（Ⅱ12c+φ22锚索），耦合效果排在最后3位的分别为方案 8（I12#+φ17.8锚索）、方案 6（Ⅱ12c+φ17.8锚索）和方案9（[14a+ø22锚索）。

（2）锚索型号对支护系统耦合效率具有较为显著的影响。强钢梁配弱锚索或弱钢梁配强锚索均可能导致支护系统耦合效率低。

3.3.3 围岩控制效果分析

数值试验各方案的巷道顶板沉降和两帮内移量如图11所示。

对比图11中各方案计算结果可知：

（1）让压型锚索箱梁支护系统各方案对巷道变形控制效果整体优于矿用工字钢和槽钢锚索梁支护系统相应方案，且经济效果明显。顶板沉降量由小到大的前3种计算方案分别是5、6、3，均为让压型锚索箱梁支护系统。Ⅱ12b和Ⅱ12c的箱梁横截面积均小于 12#矿工钢，但其对应的锚索梁方案（方案 3、5、6）支护效果却明显好于工字钢锚索梁方案（计算方案7、8）或与其相当（计算方案4与7效果相当）。Ⅱ12a箱梁横截面积仅比[14a槽钢大12%，而其对应计算方案（计算方案1、2）的顶板沉降量却比槽钢锚索梁方案（计算方案 9、10）减少约30%。

图11 各方案巷道围岩变形量Fig.11 Deformation of surrounding rock in roadway of each scheme

（2）箱型支护梁的截面积越大，其对应方案对围岩的控制效果越好。Ⅱ12c和Ⅱ12b型号箱型支护梁对应方案巷道顶板沉降量分别是Ⅱ12a型的39.8%和54.1%。

（3）使用φ22锚索的方案对巷道变形控制效果优于使用φ17.8锚索的方案，在顶板沉降控制方面的优势比巷帮控制更加明显。

3.3.4 小结

综合分析以上数值试验结果可知：

（1）方案 5（Ⅱ12c+φ22）、方案 7（I12#+φ22）、方案 3（Ⅱ12b+ φ22）与方案 2（Ⅱ12a+φ17.8）对应的支护系统均具有较高的耦合效率，能够分别针对所需支护强度由高到低的巷道围岩进行有效的耦合支护。但相对箱型支护梁而言，12#矿工钢经济性差，可用Ⅱ12b或Ⅱ12c箱型支护梁替代。

（2）锚索型号对支护系统耦合效率具有较为显著的影响，在工程应用中应避免使用强钢梁配弱锚索或弱钢梁配强锚索的锚索梁支护方案。

（3）方案 3对应的让压型锚索梁支护系统（Ⅱ12b+φ22锚索）在埋深1 000 m左右煤巷支护中使用具有适中的强度（掘巷期间构件整体性能利用率为54.2%）、较高的耦合效率（效率值为90%）。

3.4 预紧力因素影响分析

3.4.1 对比方案设计

参考3.3.2节结论，对方案5（Ⅱ12c+φ22）、方案 3（Ⅱ12b+φ22）和方案 2（Ⅱ12a+φ17.8）3种耦合效率较高的锚索梁方案中的预紧力影响因素进行分析。增加表6所示的3种计算方案（11、12、13），将锚索预紧力由原来的150 kN提高到200 kN，顶锚杆预紧力由原来的70 kN提高到100 kN，分别与3.2节计算方案2、3、5进行对比分析。

表6 计算方案Table 6 Calculation schemes

3.4.2 计算结果分析

对计算结果进行统计分析，将顶板沉降量和构件整体性能利用率绘制于图12。

图12 预紧力因素影响对比方案结果Fig.12 Results of contrast calculation schemes for prestress force impact analysis

由图12可以看出，当支护系统预紧力提高后，构件整体性能利用率增大，围岩顶板沉降量减小。方案13与方案5的对比最为明显，说明Ⅱ12c+φ22锚索梁方案施加较高的预紧力后，充分发挥了Ⅱ12c箱型支护梁的高刚、高强特性，增大了构件耦合效率。因此，在锚索梁支护系统中应尽量增大锚索、锚杆的预紧力，尤其是在钢梁刚度和强度较高的系统中，这样才能充分发挥各组合构件性能，起到更好与围岩共同作用的效果。

4 现场试验

4.1 工程概况

赵楼煤矿3煤埋深为990 m，地应力高，最大主应力为水平应力，应力情况已在3.2.1节介绍。3煤煤层厚度5～8.5 m，平均煤厚7.8 m，煤层结构复杂。煤层普氏系数f为0.8～2.3，平均为1.6。试验段所在3302运顺直接顶为粉砂岩，部分区段含有泥质与砂质泥岩互层，煤岩交界面粘结力低，离层明显。地层条件极为复杂，存在多处断层，巷道沿煤层底板掘进，矿压显现大。

4.2 支护方案设计及实施

对于某具体工程条件，上述数值试验模拟结果显示，选择不同支护强度的支护构件进行组合，可得到不同支护构件承载能力与围岩变形的匹配的情况。根据具体工程对支护构件承载能力和巷道围岩变形的要求，选择最为合适的支护构件组合情况进行方案设计。结合上述3302运顺具体地质情况及施工要求，选择Ⅱ12b型箱型支护梁，选用直径为22 mm锚索，预紧力为150 kN，锚索让压环选用表3所列型号，顶锚杆直径为22 mm，预紧力为70 kN，帮锚杆直径为20 mm，预紧力为50 kN。方案布置如图8所示。

通过有限差分软件FLAC3D对耦合支护效果进行有地应力存在条件下的支护效果模拟验证，结果表明，采用该支护方案，巷道围岩变形量较小，顶板下沉量最大为56 mm，两帮移近量最大为72 mm，围岩得到较好的控制。模拟结果如图13所示。

图13 选用方案数值模拟结果（单位：mm）Fig.13 Numerical simulation results of selected scheme (unit: mm)

4.3 监测设备制作及布设方案

4.3.1 测力箱梁的制作

为分析验证运顺中组合构件的受力情况，设计制作了测力箱梁，将箱型支护梁的受力与巷道围岩变形、锚索和锚杆受力等监测数据相结合，综合评价组合构件耦合性能。

测力箱梁通过应变测量原理进行受力监测。使用BXL120-2AA与BXL120-3CA两种型号应变片，采用半桥电路接法。

每根测力箱梁上设有3个锚索孔，翼缘部分每个锚索孔两侧150 mm处分别粘贴120-3CA型应变片，在两个相连锚索孔的中间位置各粘贴一个120-2AA型应变片，从顺槽左帮到右帮，编号依次为 Y1～Y8；腹板部分在每个锚索孔及相连锚索孔中间对应位置分别粘贴120-2AA型应变片，编号依次为B1～B5，应变片具体布置如图14所示。

由于井下的特殊作业环境，测力箱梁在打磨、贴片及涂胶等制作过程中重点注意了防损坏与防潮，加工制作过程如图15所示。

图14 贴片粘贴位置示意图Fig.14 Diagram of patch position

图15 测力箱梁制作过程Fig.15 Manufacturing process of force measuring anchor box beams

4.3.2 监测设备布设

在试验巷道内布置测站，每个测站均包括巷道表面位移、锚杆、锚索和箱梁受力监测。测力箱梁上每个锚索孔处安设锚索测力计，测力箱梁邻近钢带按对称原则布置3个锚杆测力计、测力锚杆、顶板离层仪和红外多点位移计安设在顶板中间位置。各监测设备布置如图16、17所示。

图16 监测设备局部布置图Fig.16 Layout diagram of monitoring facilities

图17 现场局部布置图Fig.17 Layout diagram of monitoring facilities in field test

图18～21为现场支护构件受力及巷道表面位移监测曲线。

图18 测力箱梁受力监测曲线Fig.18 Load monitoring curves of box beam

图19 锚索受力监测曲线Fig.19 Load curves of anchors

图20 锚杆受力监测曲线Fig.20 Load curves of bolts

图21 巷道表面位移监测曲线Fig.21 Monitoring curves of roadway surface deformation

综合分析各构件受力及巷道围岩变形监测结果，可以得出以下结论：

（1）施加预紧力后，箱梁、锚索等受力构件进入工作状态（发挥承载作用），巷道掘进初期，受力和变形均处于较小状态，增速很大；随巷道掘进，各构件受力明显增加，增速明显减弱。当巷道掘进15～20 d左右时，各构件受力及巷道表面位移基本趋于稳定。

（2）箱梁受预紧载荷与围岩反力的双重作用，翼缘部分锚索孔两侧应变片处于受压状态，相邻锚索孔中间位置（图14中Y3测点）的应变片处于受拉状态；腹板部分应变片均处于受拉状态，锚索孔位置的箱梁受力整体大于其他部分。受力稳定后，箱梁翼缘最大应力值为185 MPa，腹板受力最大应力值为204 MPa，差别不大，所有测点应力值一般集中在100～200 MPa之间，说明箱梁结构受力合理协调，没有造成明显的应力集中现象。

（3）巷道趋于稳定后，各构件均较充分发挥了性能，箱梁、锚索、锚杆及锚索让压环性能利用率分别为 54.26%、35.14%、69.23%、75.00%，支护系统的整体性能利用率为54.51%，为后期工作面回采预留了足够的支承强度和安全储备。构件耦合效率达到 75.61%，系统各构件达到了同步承载的效果。试验段所在267#钢带处顶板沉降量为148 mm，两帮移近量为 180 mm。从整体控制效果来说，巷道围岩变形量较小，巷道的稳定性得到控制。采用该组合形式的让压型锚索箱梁支护系统能够较好地控制该类巷道的围岩变形。

5 结 论

（1）最新研发的高强让压型锚索箱梁支护系统，以“先控后让再抗”支护理念为指导，具有定量让压、构件耦合效率高、巷道围岩控制效果显著且经济效益明显的特点。

（2）提出了支护系统组合构件整体性能利用率、构件耦合效率和围岩控制效果3个指标，并利用层次分析法确定了支护系统各构件权重值。

（3）通过基于构件整体性能利用率、构件耦合效率和围岩控制效果指标设计的 13种数值对比试验，整理分析可知：锚索方案Ⅱ12c+φ22、Ⅱ12b+φ22和Ⅱ12a+φ17.8对应的支护系统均具有较高的耦合效率，能够分别针对所需支护强度由高到低的巷道围岩进行有效的耦合支护，且经济合理；锚索型号对支护系统耦合效率具有较为显著的影响，在工程应用中应避免使用强钢梁配弱锚索或弱钢梁配强锚索的锚索梁支护方案；提高预紧力有助于提高构件整体利用率和耦合效率，对围岩变形控制有明显作用。

（4）选择Ⅱ12b+φ22方案对应的让压型锚索箱梁支护系统，在赵楼煤矿 3302运顺进行了现场试验。巷道及支护构件监测表明：箱梁受力合理协调，掘巷期间支护系统组合构件的整体性能利用率为适中，构件耦合效率较高。系统各组合构件达到了同步承载的效果，较好地控制了巷道围岩变形，并为后期工作面回采预留了足够的支承强度和安全储备。

（5）锚索梁支护系统组合构件耦合支护研究表明，支护系统的各构件强度、刚度的耦合能够充分发挥组合构件效能，提高围岩自承能力，有效控制巷道围岩变形。针对所需支护强度由高到低的不同地质条件，选择耦合效率较高的不同组合方案，并应考虑现场锚索预紧力损失，对锚索施加较高的预紧力。

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