摘要：淺析合理選擇支護參數(shù)的必要性、工程地質(zhì)條件對支護的影響、支護應(yīng)遵循的基本原理，以及支護參數(shù)選擇與確定方法等。
一、引言
煤礦巷道支護方法對掘進速度、支護材料消耗、支護成本和采面的端頭支護等影響較大。如今采準(zhǔn)巷道的斷面都在不斷加大，迫切需要改善和簡化巷道與端頭的支護工藝。經(jīng)過大量的實踐證明：錨噴支護在巖巷中表征著良好的力學(xué)特征，實現(xiàn)了懸吊組合梁和楔固機理，有效地加固了頂板巖層，保持了巷道頂板的完整性，使頂板處于良好的受力狀態(tài)，并有效地控制了頂板的自由變形。在現(xiàn)實中，由于一些客觀因素的影響，很多巷道都不能根據(jù)巷道類別的不同而優(yōu)先選用相應(yīng)的支護工藝及參數(shù)。研究相應(yīng)的支護參數(shù)，對正確指導(dǎo)設(shè)計和施工，確保巷道穩(wěn)定、控制施工成本有著極其重要的作用。
二、工程地質(zhì)條件對支護的影響
朔里礦業(yè)公司北三運輸大巷，擔(dān)負(fù)著采區(qū)的煤炭、材料、設(shè)備等運輸任務(wù)，在施工過程中，進入下石盒子組泥巖。該層位的泥巖特性為：呈灰黑色，節(jié)理發(fā)育，層理不清，性脆致密，呈塊狀，具鮞粒結(jié)構(gòu)，局部含植物化石，穩(wěn)定性差，吸水易變軟和膨脹。巷道圍巖巖性較差，且受到淋水的作用，從而巖體局部較軟，承載能力較低，對巷道的后期穩(wěn)定造成了極大影響，屬于穩(wěn)定性較差或不穩(wěn)定巷道。對這種情況，如果采用剛性金屬支架支護，成本顯然較高，施工難度大，且承載能力不足以抵抗回采引起動壓的互動作用。所以應(yīng)考慮采用主動支護方式，通過選用合理的錨噴聯(lián)合支護結(jié)構(gòu)和參數(shù)，以充分調(diào)動圍巖本身作為支護結(jié)構(gòu)的組成部分，共同承受動壓作用，以達到預(yù)期的設(shè)計效果。
三、支護應(yīng)遵循的基本原理
巷道支護參數(shù)是否合理，不僅與確定參數(shù)的理論依據(jù)有關(guān)，還與巷道的穩(wěn)定性有關(guān)。工程測試作為“新奧法”的核心內(nèi)容，是確定巷道支護形式、參數(shù)、時間的一個重要依據(jù)。
對于錨桿支護系統(tǒng)來說，其可靠的理論基礎(chǔ)，可以參照“圍巖松動圈巷道支護理論”。該理論在處理采動巷道支護時有兩個設(shè)計思想：一是未受采動影響時，以最小松動圈LPO為依據(jù)進行支護設(shè)計，支護體在受采動影響維護正常，用液壓或摩擦支柱超前維護；二是以采動影響期間的最大松動圈LPd為依據(jù)，所設(shè)計的支護體在采動支承壓力作用期間也能正常維護。
根據(jù)影響巖巷穩(wěn)定性的主要因素：巖性或巖層層位構(gòu)造應(yīng)力，圍繞裂隙發(fā)育程度和動壓等客觀因素，對巖石巷道圍巖松動深度范圍進行實測和支護現(xiàn)狀分析。我們可以采用“BA—Ⅱ型圍巖松動圈測試儀”進行松動圈測試。通過測試，可知原巖整體性較好，波速較高(均大于3.5×103m/s)。而經(jīng)受采動壓力影響后的圍巖，其松動圈內(nèi)的巖體裂隙發(fā)育顯著，整體性明顯較差，波速較低。松動圈大部分達到1.0m，甚至1.6m以上，并且有因孔深不足而未測出其實際松動范圍，以致可能會更大。所以，將這種巷道劃分為不穩(wěn)定巷道。
四、支護參數(shù)選擇與確定方法
錨桿支護系統(tǒng)的設(shè)計取決于巖體抗壓強度、材料特性、引發(fā)應(yīng)力的大小和分布，以及巷道的允許變形程度和服務(wù)年限，巷道尺寸和形狀等條件。同時，支護設(shè)計要以“新奧法”的施工思想為指導(dǎo)，根據(jù)施工地質(zhì)條件不同，選擇不同的支護參數(shù)。而錨桿支護系統(tǒng)設(shè)計和支護參數(shù)的確定，主要是指錨桿類型、間排距、長度、直徑、錨固力。我們只有合理地確定錨桿支護參數(shù)，才能獲得錨桿支護在經(jīng)濟上和技術(shù)上的最佳效果。對此類型的工程地質(zhì)情況，巷道的支護參數(shù)設(shè)計就可以采用理論公式計算和結(jié)合工程類比法來確定之。
1）斷面形狀確定。采用離散元數(shù)值分析法，可對巷道礦壓顯現(xiàn)特征進行數(shù)值模擬分析，從而得出相應(yīng)的結(jié)論：在巷道頂部基本形成一個近似半圓形的卸載松動區(qū)，根據(jù)錨桿支護能使塑性破壞后松動的煤體形成具有一定承載能力，且在一定范圍內(nèi)適應(yīng)圍巖變形的平衡拱這一原理，所以巷道斷面選用直墻半圓拱形斷面為最好。根據(jù)設(shè)備布置要求，確定錨網(wǎng)支護條件下巷道斷面為直墻半圓拱形，頂板兩角呈圓弧形過渡。
2）錨桿長度確定。錨桿安設(shè)在頂板中，其被錨固的巖層并不厚，在它上面有老頂時，則錨桿的長度只要使其錨固部分固定在老頂內(nèi)≥200～300mm即可。這樣我們就可按照單體錨桿懸吊理論來計算錨桿長度。
L=L2+m+L1
式中：L2為錨桿頂部進入老頂?shù)拈L度，mm；m為錨固巖層厚度，mm；L1為錨桿露出孔外長度，mm。
其中L2長度，可根據(jù)桿體設(shè)計抗拉強度等于錨固端部的粘結(jié)力，具體計算公式如下：
通過πd2σ拉/4=πdL2τ粘，可推導(dǎo)出L2的計算公式：
L2=dσ拉/4τ粘
式中：d為錨桿直徑，mm；σ拉為桿體材料設(shè)計抗拉強度，MPa；σ粘為錨桿與砂槳的粘結(jié)強度，當(dāng)采用螺紋鋼時，取5.0MPa。
其中錨固巖層厚度m，可按冒落拱高度的k倍計算。具體計算公式如下：
m=kb
式中：k為安全系數(shù)，取1.3～1.5；b為自然冒落拱高，b=B/2F，cm；B為巷道掘進寬度，cm；F為巖石堅固性系數(shù)。
其中錨桿露出孔外長度L1計算為：
L1=托板厚+螺帽厚+螺帽外露出長度
值得注意的是：巷道全部在巖體中掘進，支護重點應(yīng)放在頂部。
3）錨桿間排距計算。在一般情況下，錨桿支護布置呈正方形，即錨桿間距等于錨桿排距。根據(jù)錨桿懸吊作用理論，計算公式如下：
a=0.887d
式中：γ為巖石密度，2.5kg/cm2；k為安全系數(shù)，取2；a為錨桿間距，mm；m為錨固層厚，取1.1m；d為錨桿直徑，mm；σ拉為桿體材料設(shè)計抗拉強度，取38×103kg/cm2。
對于這類巷道支護，考慮到這類巷道圍巖巖體強度低，且要受到動壓作用，因此可適當(dāng)加大組合拱厚度，降低應(yīng)力集中值，這也可減少錨桿間排距。
4）錨桿直徑計算。各種錨桿的錨固力須與桿體本身的抗拉強度相適應(yīng)，即錨桿的實際錨固力要大于或等于桿體抗拉極限，這樣才能充分發(fā)揮錨桿材料的作用。因此，錨桿體的直徑可按桿體的抗拉力等于錨桿實際的錨固力的原則確定。計算公式如下：
P拉=π/4d2σ
由P拉=Q拉，求得：d=1.13
式中：P拉為錨桿桿體材料的抗拉力，kN；σ拉為錨桿桿體材料的設(shè)計抗拉強度；Q固為錨桿的錨固力；d為錨桿的直徑。
根據(jù)上式，經(jīng)計算為：d=1.13×=14.2(mm)
考慮到這類巷道變形量較大，加上很多錨桿錨固力低，易失效，可將其錨固力提高到60kN，則d=d+2=16.2mm，即選取d=16mm方能滿足。
5）錨桿類型選擇。為了節(jié)約材質(zhì)，又能增強錨桿絲頭強度，我們可以采用滾絲方式來加工等強度錨桿，并與之匹配采用Φ16mm的加厚螺母進行外端托盤加固，以便保障支護的安全性。
五、結(jié)語
對于不穩(wěn)定巷道的支護來說，掘進后的巷道應(yīng)力重新分布，壓力穩(wěn)定和采動影響等不同階段，必須進行礦壓觀測，了解穩(wěn)定性，使各中變形量能在控制范圍。
具體操作：
?、倜恐苓M行巷道圍巖表面位移觀測，先多后少。
②增設(shè)觀測點，對頂板離層進行觀測，間隔不超過5d。
?、勖總€斷面布置四個測點對錨桿受力狀況進行觀測。
?、芫o跟迎頭進行松動圈測試。
通過分析不穩(wěn)定巷道的破壞機理、確定松動范圍和觀測變形量為依據(jù)，合理設(shè)計支護體系?？稍阱^噴支護的基礎(chǔ)上，采用內(nèi)注漿錨桿進行注漿加固，保證施工后靜壓下的穩(wěn)定，不需返修；在動壓作用下，也能保證巷道的局部穩(wěn)定。
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