摘要：從地質結構決定支護形式、影響支護的機理分析、支護參數(shù)的合理確定等方面，淺析煤礦井下不穩(wěn)定巷道的合理支護。
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的擴大，這就需要改善和簡化巷道與端頭的支護工藝。在巷道支護過程中，其掘進速度、支護用的材料消耗、支護成本和采面的端頭支護工藝等都有直接影響。錨噴支護在巖巷中有著良好的力學特征，能按照懸吊組合梁和楔固機理，實現(xiàn)較好的加固頂板巖層，保障巷道頂板的完整性，使之處于良好的受力狀態(tài)，同時還能有效地控制頂板自由變形。但是，一些客觀因素的影響，往往都不能根據不同類別的巷道及時選用相應的支護參數(shù)與工藝來實現(xiàn)理想的支護。根據巖性和地質條件的變化和分類，進行適當合理的調整，就能彌補用同一組支護參數(shù)存在的不足。這就是說，通過研究合理的支護參數(shù)，才能正確指導設計與施工，確保煤礦巷道的安全穩(wěn)定性，同時也能有效降低巷道支護的施工成本，最終取得良好的支護效果。
1地質結構決定支護形式
我單位施工的一條巷道，層位為泥巖特性：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。巷道圍巖的巖性較差，并受到淋水的作用。其巖體局部較軟，承載能力比較低，對巷道的后期穩(wěn)定性造成很大影響，屬于穩(wěn)定性較差或不穩(wěn)定的巷道系列。對此，若采用剛性金屬支架支護，成本非常高，施工難度也比較大，而且承載能力不足以抵抗回采引起動壓的互動作用。為全面考慮起見，決定采用主動支護方式。通過選用合理的錨噴聯(lián)合支護結構和參數(shù)，以充分調動圍巖本身作為支護結構的組成部分，以共同承受動壓作用，實現(xiàn)安全穩(wěn)定的巷道支護。
2影響支護的機理分析
巷道支護參數(shù)設計的過程中，是否具有合理性，不僅與確定參數(shù)的理論依據有關，還與巷道的穩(wěn)定性有關。經大量的工程測試表明，運用“新奧法”這一核心內容，也就是確定巷道支護形式、參數(shù)、時間的一個重要依據。至于錨桿支護系統(tǒng)的理論基礎，可參照“圍巖松動圈巷道支護理論”。其理論在處理采動巷道支護時設計思想主要體現(xiàn)為兩點：
?、傥词懿蓜佑绊憰r，可以最小松動圈LPO為依據進行支護設計；支護體在受采動影響維護正常時，可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，所設計的支護體在采動支承壓力作用期間也便于正常維護。
巖性或巖層層位構造應力，圍巖裂隙發(fā)育程度和動壓等客觀因素，對巖巷的穩(wěn)定性都有影響。我們經過對巖石巷道圍巖松動深度范圍進行實測和支護現(xiàn)狀的分析，采用“BA—Ⅱ型圍巖松動圈測試儀”進行松動圈測試。其原巖整體性好，波速較高（均大于3.5×103m/s）。受采動壓力影響后的圍巖，松動圈內的巖體裂隙發(fā)育顯著，整體性明顯變差，波速較低，松動圈大部分增大。實際上，這就是不穩(wěn)定的巷道。
3支護參數(shù)的合理確定
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)應力的大小和分布、巷道的允許變形程度和服務年限，以及巷道尺寸、形狀等條件。支護設計以“新奧法”施工為指導思想時，應根據施工單位地質條件的不同，選擇針對性的支護參數(shù)。錨桿支護系統(tǒng)設計和支護參數(shù)的確定，主要是指錨桿類型、間排距、長度、直徑、錨固力等。只有合理確定錨桿支護參數(shù)，才能獲得錨桿支護在技術上安全穩(wěn)定、經濟上合理的最佳效果。
1）斷面形狀確定。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。結論如下：在巷道頂部基本形成一個近似半圓形的卸載松動區(qū)，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，并在一定范圍內可適應圍巖變形的平衡拱。因此，巷道斷面選用直墻半圓拱形斷面為最好。按照設備布置要求，確定錨網支護條件下巷道斷面為直墻半圓拱形。
2）錨桿長度。錨桿安設在頂板中，被錨固的巖層不厚，在其上面又有老頂時，錨桿的長度只要使其錨固部分固定在老頂內≥200～300mm即可。因此，按單體錨桿懸吊理論計算錨桿長度為：
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：①L2長度。根據桿體設計抗拉強度等于錨固端部的粘結力，其計算公式為：由πd2σ拉/4=πdL2τ粘，推導出：L2=dσ拉/4τ粘。式中：d為錨桿直徑，mm；σ拉為桿體材料設計抗拉強度，MPa；σ粘為錨桿與砂槳的粘結強度，螺紋鋼時取5.0MPa。②錨固巖層厚度m。按冒落拱高度的k倍計算，其計算公式為：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)。③錨桿露出孔外長度L1。其L1=托板厚+螺帽厚+螺帽外露出長度。巷道全部在巖體中掘進，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，兩幫為1.8m。
3）錨桿間排距。一般情況下，錨桿支護布置呈正方形，也就是錨桿間距等于錨桿排距。根據錨桿懸吊作用理論，計算公式為：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拉為桿體材料設計抗拉強度，取38×103kg/cm2。求得：a=b=1179mm。再充分考慮到這類巷道圍巖巖體強度低，且又要受到動壓作用時，可以適當加大組合拱厚度，以降低應力集中值，這樣也可減少錨桿間排距，節(jié)省投資。
4）錨桿直徑。錨桿的錨固力必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，可按桿體的抗拉力等于錨桿實際的錨固力的原則來確定。其計算公式為：P拉=π/4d2σ，并由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計抗拉強度；Q固為錨桿的錨固力；d為錨桿的直徑。經帶入數(shù)值計算為：d=14.2（mm）。由于這類巷道變形較大，很多錨桿錨固力低，易失效，而實際施工過程中可將其錨固力提高到60kN，此時d=d+2=16.2mm，取d=16mm可足以滿足要求。
5）錨桿類型。為盡量節(jié)約材質，在錨桿絲頭強度滿足要求的情況下，可采用滾絲方式加工等強度錨桿，與之匹配可采用Φ16mm的加厚螺母進行外端托盤加固，從而達到應有的效果和作用。
4結束語
對于不穩(wěn)定巷道來說，經掘進后，應力則進行了重新的分布，在其壓力穩(wěn)定及采動影響等不同階段，必須加強礦壓觀測，以判斷巷道的穩(wěn)定性程度，以便及時應對隨時出現(xiàn)的問題，確保巷道各變形量滿足設計要求。關鍵是以下幾點：一是進行巷道圍巖表面位移觀測；二是進行頂板離層觀測（通過頂板深淺基點頂板下沉情況驗證錨桿支護參數(shù)，特別是頂部錨桿支護參數(shù)的合理性）；三是對錨桿受力狀況進行觀測（采用測力錨桿測錨桿及錨桿托盤受力狀況）；四是對松動圈進行測試。
通過合理支護參數(shù)技術研究，分析不穩(wěn)定巷道的破壞機理和確定松動范圍為依據，對不穩(wěn)定巷道采用以錨噴支護方式為主設計支護體系及不穩(wěn)定巷道的合理支護結構。在錨噴支護的基礎上，采用內注漿錨桿進行注漿加固，以保證施工后靜壓下的穩(wěn)定，從而避免巷道返修，達到節(jié)約成本的目的。
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