张晓伟

（山西宁武大运华盛老窑沟煤业有限公司，山西 宁武 036700）

引言

随着开采深度的增加，高应力巷道的支护问题越来越突出。软岩发生了长期变形；顶板倒塌事故时有发生；岩体损伤速率加快[1-2]。与边坡和水利工程相比，煤矿支护的典型特点是锚杆长度较短，施工速度较快，施工空间较小。因此，其他领域的高预应力技术在煤矿的应用受到了极大的限制[3]。

为了解决黏结强度不足的问题，近年来出现了许多新型锚固材料。同时，有专家对锚杆端部受力结构进行了改进，以取代传统的黏结锚固[4]，并对新型锥形锚的力学性能进行了研究和优化，同时也对一些适用于特殊锚固结构的钻具进行了研究。

优化支护参数对保障顶板安全、节约经济成本至关重要。锚杆支护是目前全球普遍采用的保障煤矿巷道安全的主要方式。锚杆支护参数的研究方法包括理论分析、数值模拟、现场试验和物理模型试验。随着类似材料和测量技术的发展，可利用物理实验室模型研究岩土工程中复杂支护结构等诸多问题，揭示可控影响因素对灾难性工程的影响[5]。

1 物理模型试验方案的设计和说明

1.1 物理模型设计

如图1所示，所设计的测试系统由框架模型和监控系统组成。适合机架的最大型号尺寸为2 500 mm×1 400 mm×200 mm；其中，在物理模型中设计了相似的1、2、3号巷道。三巷道尺寸相同，宽度为270 mm，高度为160 mm，厚度为200 mm。此外，该模型的监控系统包括气压加载系统和高速摄像机。通过对变形前后两幅图像的相同像素点进行跟踪，获得了1 280*720像素的分辨率和每秒2张照片的速度来捕获变形图像。……