摘要：開挖巷道的力學特性發(fā)生了變化，應力進行了重新分布，確定支護參數(shù)就要隨之變動，這樣才能保障支護設計的合理性，并在滿足支護安全穩(wěn)定性的基礎上，達到最大限度的節(jié)約投入。本文從巷道地質(zhì)情況、巷道支護機理、支護參數(shù)選擇與確定方法等幾方面詳細論述如何合理地選擇、確定巷道支護參數(shù)。
一、引言
煤礦隨著機械化水平的不斷提高，采準巷道的斷面也在不斷加大，為此迫切需要改善和簡化巷道與端頭支護工藝。而巷道支護方法，對掘進速度、支護材料消耗、支護成本和采面的端頭支護等都有著直接的影響。大量實踐證明：錨噴支護在巖巷中表征著良好的力學特征，實現(xiàn)了懸吊組合梁和楔固機理，有效地加固頂板巖層，保持了巷道頂板的完整性，使頂板處于良好的受力狀態(tài)，有效地控制了頂板的自由變形。因一些客觀因素的影響，許多礦井還不能根據(jù)不同類別的巷道而及時選用相應合理的支護參數(shù)與工藝。我礦在實際施工試驗中，對不同類型的巷道采用不同的快硬水泥藥卷和端錨錨桿，隨著巖性及地質(zhì)條件的變化和分類進行調(diào)整，克服了同一組支護參數(shù)存在的不足，取得了較好的效果。因此，研究巷道的穩(wěn)定性，合理的選取支護參數(shù)，正確的指導設計和施工，能確保巷道的穩(wěn)定性，并降低施工成本，提高巷道支護經(jīng)濟性。
二、巷道地質(zhì)情況
我礦有的巷道肩負著采區(qū)的煤炭、材料、設備的運輸，并與皮帶運輸巷道相連接。在施工過程中，層位進入了太原組的泥巖中（粉砂質(zhì)泥巖，局部為粉砂巖）。層位的泥巖特性：呈灰黑色，節(jié)理發(fā)育，層理不清，性脆致密，呈塊狀，具鮞粒結構，穩(wěn)定性差，吸水易變軟和膨脹。巷道圍巖巖性較差，且受淋水的作用，從而巖體局部較軟，其承載能力較低，對巷道的后期穩(wěn)定造成很大影響，屬于穩(wěn)定性較差或不穩(wěn)定的巷道。對此如果采用剛性金屬支架支護，成本高，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)合支護結構和參數(shù)，以充分調(diào)動圍巖本身作為支護結構的組成部分，共同承受動壓作用，保障支護的穩(wěn)定性。
三、巷道支護機理
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，還與巷道的穩(wěn)定性有關。工程測試可作為“新奧法”的核心內(nèi)容，也是確定巷道支護形式、參數(shù)、時間的一個重要依據(jù)。錨桿支護系統(tǒng)的理論基礎可參照“圍巖松動圈巷道支護理論”，它在處理采動巷道支護時有兩個設計思想：
?、傥词懿蓜佑绊憰r，以最小松動圈LPO為依據(jù)進行支護設計。支護體在受采動影響時維護正常，用液壓或摩擦支柱超前維護；
?、谝圆蓜佑绊懫陂g的最大松動圈LPd為依據(jù)，所設計的支護體在采動支承壓力作用期間能保障正常維護。
根據(jù)影響巖巷穩(wěn)定性的主要因素（巖性或巖層層位構造應力，圍繞裂隙發(fā)育程度和動壓等客觀因素），通過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，采用“BA—Ⅱ型圍巖松動圈測試儀”進行松動圈測試。從測試結果可知，該巷道原巖整體性好，波速較高(大于3.5×103m/s)。經(jīng)受采動壓力影響后的圍巖，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，且有因孔深不足而未測出其實際松動范圍，可能會更大。由此可知，可將該巷道劃分為不穩(wěn)定巷道。
四、支護參數(shù)選擇與確定方法
錨桿支護系統(tǒng)的設計，取決于巖體抗壓強度、材料特性、引發(fā)應力的大小與分布及巷道的允許變形程度和服務年限，甚至巷道尺寸和形狀等條件。以“新奧法”的施工思想進行支護設計，根據(jù)施工地質(zhì)條件不同，選擇不同的支護參數(shù)。主要是錨桿類型、間排距、長度、直徑、錨固力。錨桿支護參數(shù)只有合理確定，才能獲得經(jīng)濟和技術上的最佳效果。在此，針對某巷道地質(zhì)情況，采用理論公式計算結合工程類比法來確定有關支護參數(shù)。
1、斷面形狀選擇
通過采用離散元數(shù)值分析法，對巷道礦壓顯現(xiàn)特征進行數(shù)值模擬分析，由此得出結論：在巷道頂部基本形成一個近似半園形的卸載松動區(qū)，可根據(jù)錨桿支護能使塑性破壞后松動的煤體再形成具有一定承載能力，且在一定范圍內(nèi)適應圍巖變形的平衡拱這一原理，其巷道斷面選用直墻半園拱形斷面為好。然后，根據(jù)設備布置要求，確定錨網(wǎng)支護條件下巷道斷面為直墻半園拱形，頂板兩角呈圓弧過渡形式。
2、錨桿長度確定方法
安設在頂板中錨桿，因被錨固的巖層不厚，在上面有老頂時，錨桿的長度只要使其錨固部分固定在老頂內(nèi)≥200～300mm即可。
按單體錨桿懸吊理論計算錨桿長度，公式如下：
L=L2+m+L1（1）
式中：L2——錨桿頂部進入老頂?shù)拈L度，mm；
m——錨固巖層厚度，mm；
L1——錨桿露出孔外長度，mm。
?、馘^桿頂部進入老頂?shù)拈L度（L2）
根據(jù)桿體設計抗拉強度等于錨固端部的粘結力，即可計算錨桿頂部進入老頂?shù)拈L度公式如下：
由：πd2σ拉/4=πdL2τ粘（2）
從而推導出：L2=dσ拉/4τ粘（3）
式中：d——錨桿直徑，mm；
σ拉——桿體材料設計抗拉強度，MPa；
σ粘——錨桿與砂槳的粘結強度，螺紋鋼時取σ粘=5.0MPa。
②錨固巖層的厚度（m）
一般按冒落拱高度的k倍來計算，公式如下：
m=kb（4）
式中：k——安全系數(shù)，取1.3～1.5；
b——自然冒落拱高，b=B/2F，cm；
B——巷道掘進寬度，cm；
F——巖石堅固性系數(shù)。
?、坼^桿露出孔外長度（L1）
L1=m托+m螺+m外（5）
式中：m托——托板厚，m；
m螺——螺帽厚，m；
m外——螺帽外露出長度，m。
由于巷道全部在巖體中掘進，其支護重點應放在頂部，即頂部錨桿錨固長0.7m，兩幫0.25m，這樣頂錨桿長2.2m，兩幫便為1.8m。
3、錨桿間排距的確定
在一般情況下，錨桿支護布置呈正方形，也就是說錨桿間距等于錨桿排距。根據(jù)錨桿懸吊作用理論，其計算公式如下：
a=0.887d（σ拉/kmγ）1/2(6)
式中：a——錨桿間距，mm；
d——錨桿直徑，mm；
σ拉——桿體材料設計抗拉強度，取38×103kg/cm2；
k——安全系數(shù)，取k=2；
m——錨固層厚，取1.1m；
γ——巖石密度，2.5kg/cm2。
根據(jù)此計算，可得：a=b=1179mm。
再考慮到這類巷道圍巖巖體強度低，而且要受到動壓的作用，所以可適當加大組合拱的厚度，以降低應力集中值，從而可以實現(xiàn)減少錨桿的間排距目的。
4、錨桿直徑的確定
由于各種錨桿的錨固力須與桿體本身的抗拉強度相適應，即錨桿的實際錨固力要大于或等于桿體抗拉極限，只有這樣才能充分發(fā)揮錨桿材料的作用。因此，對于錨桿體的直徑來說，可以按照桿體的抗拉力等于錨桿實際的錨固力的原則來確定，其計算公式如下：
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