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　　煤礦隨著機(jī)械化水平的不斷提高，采準(zhǔn)巷道的斷面也在不斷的擴(kuò)大，這就需要改善和簡(jiǎn)化巷道與端頭的支護(hù)工藝。在巷道支護(hù)過(guò)程中，其掘進(jìn)速度、支護(hù)用的材料消耗、支護(hù)成本和采面的端頭支護(hù)工藝等都有直接影響。錨噴支護(hù)在巖巷中有著良好的力學(xué)特征，能按照懸吊組合梁和楔固機(jī)理，實(shí)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(shí)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(jù)不同類別的巷道及時(shí)選用相應(yīng)的支護(hù)參數(shù)與工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)理想的支護(hù)。根據(jù)巖性和地質(zhì)條件的變化和分類，進(jìn)行適當(dāng)合理的調(diào)整，就能彌補(bǔ)用同一組支護(hù)參數(shù)存在的不足。這就是說(shuō)，通過(guò)研究合理的支護(hù)參數(shù)，才能正確指導(dǎo)設(shè)計(jì)與施工，確保煤礦巷道的安全穩(wěn)定性，同時(shí)也能有效降低巷道支護(hù)的施工成本，最終取得良好的支護(hù)效果。

 

　　1地質(zhì)結(jié)構(gòu)決定支護(hù)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(jié)構(gòu)，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(duì)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(duì)此，若采用剛性金屬支架支護(hù)，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(dòng)壓的互動(dòng)作用。為全面考慮起見(jiàn)，決定采用主動(dòng)支護(hù)方式。通過(guò)選用合理的錨噴聯(lián)合支護(hù)結(jié)構(gòu)和參數(shù)，以充分調(diào)動(dòng)圍巖本身作為支護(hù)結(jié)構(gòu)的組成部分，以共同承受動(dòng)壓作用，實(shí)現(xiàn)安全穩(wěn)定的巷道支護(hù)。

 

　　2影響支護(hù)的機(jī)理分析

 

　　巷道支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，是否具有合理性，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)。經(jīng)大量的工程測(cè)試表明，運(yùn)用“新奧法”這一核心內(nèi)容，也就是確定巷道支護(hù)形式、參數(shù)、時(shí)間的一個(gè)重要依據(jù)。至于錨桿支護(hù)系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)，可參照“圍巖松動(dòng)圈巷道支護(hù)理論”。其理論在處理采動(dòng)巷道支護(hù)時(shí)設(shè)計(jì)思想主要體現(xiàn)為兩點(diǎn)：

 

　　①未受采動(dòng)影響時(shí)，可以最小松動(dòng)圈LPO為依據(jù)進(jìn)行支護(hù)設(shè)計(jì)；支護(hù)體在受采動(dòng)影響維護(hù)正常時(shí)，可用液壓或摩擦支柱超前維護(hù)；

 

　　②以采動(dòng)影響期間的最大松動(dòng)圈LPd為依據(jù)，所設(shè)計(jì)的支護(hù)體在采動(dòng)支承壓力作用期間也便于正常維護(hù)。

 

　　巖性或巖層層位構(gòu)造應(yīng)力，圍巖裂隙發(fā)育程度和動(dòng)壓等客觀因素，對(duì)巖巷的穩(wěn)定性都有影響。我們經(jīng)過(guò)對(duì)巖石巷道圍巖松動(dòng)深度范圍進(jìn)行實(shí)測(cè)和支護(hù)現(xiàn)狀的分析，采用“BA—Ⅱ型圍巖松動(dòng)圈測(cè)試儀”進(jìn)行松動(dòng)圈測(cè)試。其原巖整體性好，波速較高（均大于3.5×103m/s）。受采動(dòng)壓力影響后的圍巖，松動(dòng)圈內(nèi)的巖體裂隙發(fā)育顯著，整體性明顯變差，波速較低，松動(dòng)圈大部分增大。實(shí)際上，這就是不穩(wěn)定的巷道。

 

　　3支護(hù)參數(shù)的合理確定

 

　　錨桿支護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，取決于巖體抗壓強(qiáng)度、材料特性、引發(fā)應(yīng)力的大小和分布、巷道的允許變形程度和服務(wù)年限，以及巷道尺寸、形狀等條件。支護(hù)設(shè)計(jì)以“新奧法”施工為指導(dǎo)思想時(shí)，應(yīng)根據(jù)施工單位地質(zhì)條件的不同，選擇針對(duì)性的支護(hù)參數(shù)。錨桿支護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和支護(hù)參數(shù)的確定，主要是指錨桿類型、間排距、長(zhǎng)度、直徑、錨固力等。只有合理確定錨桿支護(hù)參數(shù)，才能獲得錨桿支護(hù)在技術(shù)上安全穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)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(duì)巷道礦壓顯現(xiàn)特征進(jìn)行數(shù)值模擬分析。結(jié)論如下：在巷道頂部基本形成一個(gè)近似半圓形的卸載松動(dòng)區(qū)，錨桿支護(hù)能使塑性破壞后松動(dòng)的煤體形成具有一定承載能力，并在一定范圍內(nèi)可適應(yīng)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(shè)備布置要求，確定錨網(wǎng)支護(hù)條件下巷道斷面為直墻半圓拱形。

 

　　2）錨桿長(zhǎng)度。錨桿安設(shè)在頂板中，被錨固的巖層不厚，在其上面又有老頂時(shí)，錨桿的長(zhǎng)度只要使其錨固部分固定在老頂內(nèi)≥200～300mm即可。因此，按單體錨桿懸吊理論計(jì)算錨桿長(zhǎng)度為：

 

　　L=L2+m+L1

 

　　式中：L2為錨桿頂部進(jìn)入老頂?shù)拈L(zhǎng)度，mm；m為錨固巖層厚度，mm；L1為錨桿露出孔外長(zhǎng)度，mm。其中：①L2長(zhǎng)度。根據(jù)桿體設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度等于錨固端部的粘結(jié)力，其計(jì)算公式為：由πd2σ拉/4=πdL2τ粘，推導(dǎo)出：L2=dσ拉/4τ粘。式中：d為錨桿直徑，mm；σ拉為桿體材料設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度，MPa；σ粘為錨桿與砂槳的粘結(jié)強(qiáng)度，螺紋鋼時(shí)取5.0MPa。②錨固巖層厚度m。按冒落拱高度的k倍計(jì)算，其計(jì)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(jìn)寬度，cm；F為巖石堅(jiān)固性系數(shù)。③錨桿露出孔外長(zhǎng)度L1。其L1=托板厚+螺帽厚+螺帽外露出長(zhǎng)度。巷道全部在巖體中掘進(jìn)，支護(hù)重點(diǎn)應(yīng)放在頂部，即頂部錨桿錨固長(zhǎng)0.7m，兩幫0.25m，這樣頂錨桿長(zhǎng)2.2m，兩幫為1.8m。

 

　　3）錨桿間排距。一般情況下，錨桿支護(hù)布置呈正方形，也就是錨桿間距等于錨桿排距。根據(jù)錨桿懸吊作用理論，計(jì)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(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)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(qiáng)度低，且又要受到動(dòng)壓作用時(shí)，可以適當(dāng)加大組合拱厚度，以降低應(yīng)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(qiáng)度相適應(yīng)，即錨桿的實(shí)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(duì)于錨桿體的直徑，可按桿體的抗拉力等于錨桿實(shí)際的錨固力的原則來(lái)確定。其計(jì)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(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度；Q固為錨桿的錨固力；d為錨桿的直徑。經(jīng)帶入數(shù)值計(jì)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(shí)際施工過(guò)程中可將其錨固力提高到60kN，此時(shí)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(zhì)，在錨桿絲頭強(qiáng)度滿足要求的情況下，可采用滾絲方式加工等強(qiáng)度錨桿，與之匹配可采用Φ16mm的加厚螺母進(jìn)行外端托盤(pán)加固，從而達(dá)到應(yīng)有的效果和作用。

 

　　4結(jié)束語(yǔ)

 

　　對(duì)于不穩(wěn)定巷道來(lái)說(shuō)，經(jīng)掘進(jìn)后，應(yīng)力則進(jìn)行了重新的分布，在其壓力穩(wěn)定及采動(dòng)影響等不同階段，必須加強(qiáng)礦壓觀測(cè)，以判斷巷道的穩(wěn)定性程度，以便及時(shí)應(yīng)對(duì)隨時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題，確保巷道各變形量滿足設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵是以下幾點(diǎn)：一是進(jìn)行巷道圍巖表面位移觀測(cè)；二是進(jìn)行頂板離層觀測(cè)（通過(guò)頂板深淺基點(diǎn)頂板下沉情況驗(yàn)證錨桿支護(hù)參數(shù)，特別是頂部錨桿支護(hù)參數(shù)的合理性）；三是對(duì)錨桿受力狀況進(jìn)行觀測(cè)（采用測(cè)力錨桿測(cè)錨桿及錨桿托盤(pán)受力狀況）；四是對(duì)松動(dòng)圈進(jìn)行測(cè)試。

 

　　通過(guò)合理支護(hù)參數(shù)技術(shù)研究，分析不穩(wěn)定巷道的破壞機(jī)理和確定松動(dòng)范圍為依據(jù)，對(duì)不穩(wěn)定巷道采用以錨噴支護(hù)方式為主設(shè)計(jì)支護(hù)體系及不穩(wěn)定巷道的合理支護(hù)結(jié)構(gòu)。在錨噴支護(hù)的基礎(chǔ)上，采用內(nèi)注漿錨桿進(jìn)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(dá)到節(jié)約成本的目的。