（內(nèi)蒙古鄂爾多斯市煤礦設(shè)計(jì)院，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000）

目前由于礦藏的開采條件日益復(fù)雜，支護(hù)技術(shù)方案的設(shè)計(jì)難度也在不斷加大，深層開采和高作業(yè)強(qiáng)度導(dǎo)致采動(dòng)壓力、地應(yīng)力和相應(yīng)的圍巖應(yīng)力場(chǎng)變化的復(fù)雜程度都在不斷地提升。因此，對(duì)于采動(dòng)壓力影響下的掘進(jìn)巷道支護(hù)技術(shù)的研究越發(fā)引起了人們的重視。

一、采動(dòng)壓力對(duì)掘進(jìn)巷道圍巖影響

在巷道開拓或回采的過程中，巷道圍巖所受到的三向平衡應(yīng)力隨著工作面的推進(jìn)而受到擾動(dòng)，原本與巷道內(nèi)壁形成穩(wěn)定應(yīng)力作用關(guān)系的礦層被破壞，從而使圍巖內(nèi)部形成壓應(yīng)力。而由于目前開采深度和開采強(qiáng)度的增加，這種壓應(yīng)力的水平對(duì)巖體自身的強(qiáng)度來說越來越大，形成巖體受壓破碎、受剪離層和受拉斷裂等現(xiàn)象，破壞了圍巖的整體性并降低了圍巖的強(qiáng)度，引起部分巖體的約束力失效并脫落，使圍巖整體結(jié)構(gòu)失去了穩(wěn)定性。

因此，采動(dòng)壓力對(duì)圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和完整性的影響是企業(yè)生產(chǎn)中需要面對(duì)的重要課題。當(dāng)采掘活動(dòng)開始后，處于地下深處的圍巖會(huì)因采空區(qū)的形成而受到擾動(dòng)，原本已經(jīng)達(dá)到平衡的內(nèi)部應(yīng)力不可避免被破壞，從而引發(fā)巖體內(nèi)部應(yīng)力場(chǎng)的重新分布。在應(yīng)力場(chǎng)形成新的平衡的過程中，巷道頂板、底板以及兩幫都會(huì)因應(yīng)力作用出現(xiàn)不同程度和循序漸進(jìn)的彈性變形、塑性變形直至巖層破裂。體現(xiàn)為巷道的兩幫向內(nèi)側(cè)收斂、頂板下沉以及底鼓現(xiàn)象，并且破裂與松散的巖體會(huì)出現(xiàn)剝落，造成巷道截面積變小與巷道的不規(guī)則變形，對(duì)采掘活動(dòng)的安全形成很大威脅。

二、采動(dòng)壓力下掘進(jìn)巷道支護(hù)技術(shù)方案設(shè)計(jì)

（一）掘進(jìn)巷道支護(hù)方案初步設(shè)計(jì)

對(duì)受到采動(dòng)壓力影響的掘進(jìn)巷道進(jìn)行支護(hù)設(shè)計(jì)，首先需要研究掘進(jìn)巷道所在位置的圍巖巖性、礦層分部、水文地質(zhì)環(huán)境以及既有的支護(hù)狀況等，根據(jù)已有的支護(hù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)初步確定支護(hù)方案。

確認(rèn)支護(hù)所用的錨桿與錨索的種類、數(shù)量、具體的安裝位置以及輔助支護(hù)構(gòu)件的選擇，并且對(duì)巷道保護(hù)煤柱的預(yù)留位置和預(yù)留寬度進(jìn)行規(guī)劃，盡量利用煤柱的預(yù)留形成對(duì)巷道頂板的支撐，并減少掘進(jìn)巷道兩側(cè)與底板因采動(dòng)壓力而出現(xiàn)向巷道內(nèi)側(cè)的位移，降低巷道邊幫的支護(hù)設(shè)計(jì)難度和支護(hù)強(qiáng)度。而煤柱的預(yù)留寬度既要滿足支護(hù)需要，也要避免寬度參數(shù)設(shè)計(jì)過于保守。

（二）設(shè)計(jì)參數(shù)的計(jì)算及優(yōu)化

由于錨桿與錨索支護(hù)理論研究的進(jìn)步與計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，讓優(yōu)化采動(dòng)壓力影響下的掘進(jìn)巷道支護(hù)設(shè)計(jì)，并得到最佳支護(hù)效果與經(jīng)濟(jì)性成為了可能。首先，依據(jù)較為成熟的理論依據(jù)和巷道的幾何參數(shù)對(duì)錨桿與錨索的長(zhǎng)度、直徑和強(qiáng)度等設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算和校核，并且根據(jù)工程的類比計(jì)算所需的支護(hù)密度、錨桿與錨索的排距以及間距等。

其次，可以運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件模擬采動(dòng)壓力下巷道不同部位的巖體內(nèi)部應(yīng)力場(chǎng)的變化，找到應(yīng)力隨工作面推進(jìn)的變化和應(yīng)力分布規(guī)律，并且在不同的預(yù)留寬度條件下模擬分析煤柱的內(nèi)部應(yīng)力情況，從而進(jìn)一步優(yōu)化錨桿、錨索以及預(yù)留保護(hù)煤柱的支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)，合理的布置錨桿與錨索的間距、排距以及精確的選擇支護(hù)強(qiáng)度。

（三）支護(hù)施工工藝對(duì)支護(hù)效果的影響

基于主動(dòng)預(yù)防巷道圍巖變形和破壞形成的支護(hù)系統(tǒng)，其支護(hù)效果的形成需要有嚴(yán)格的施工工藝控制來保證。首先，錨桿與錨索的安裝需要精確的控制粘結(jié)劑的攪拌與固化時(shí)間，才能夠按照設(shè)計(jì)形成支護(hù)系統(tǒng)與圍巖的整體性，達(dá)到共同承載采動(dòng)壓力的效果。其次，錨桿與錨索的安裝角度、深度以及預(yù)緊力的施加也必須控制在一定的誤差范圍，否則支護(hù)系統(tǒng)無法形成預(yù)期的有效支護(hù)范圍。

三、案例分析

（一）巷道情況概述

5208工作面位于xx斜井煤礦+403m水平，二采區(qū)，東為采區(qū)巷道及東翼采空區(qū)，西為三采區(qū)保護(hù)煤柱，北為5206工作面，南為5210工作面，兩工作面都處于回采過程中。地面標(biāo)高為+652.2～+717.7m，工作面標(biāo)高為+424～+442m。地表廣為黃土覆蓋，多為溝谷地帶，梯形狀農(nóng)田，沖溝較發(fā)育，無建筑物。

（二）新支護(hù)選擇

1.應(yīng)力是控制圍巖早期變形和離層的重要參數(shù)。安裝應(yīng)力過小會(huì)使圍巖發(fā)生過大的早期變形和頂板離層，松散破碎圈增大，引起頂板破碎掉落，使錨桿失效。同時(shí)在巷道開掘后要及時(shí)進(jìn)行支護(hù)，減少圍巖暴露時(shí)間，以達(dá)到及時(shí)主動(dòng)支護(hù)的目的。

2.合理支護(hù)范圍強(qiáng)度。由于受相鄰回采工作面的影響，壓力比常規(guī)情況下大，且由于圍巖破碎，在保證錨桿安裝應(yīng)力的前提下，合理的錨桿長(zhǎng)度和強(qiáng)度能夠穩(wěn)定地控制巷道圍巖的變形。

（三）支護(hù)效果

1.鉆孔窺視－確定圍巖的結(jié)構(gòu)及錨桿長(zhǎng)度選擇的的合理性。

在巷道掘進(jìn)一段時(shí)間后，對(duì)進(jìn)風(fēng)巷道進(jìn)行鉆孔窺視試驗(yàn)。從試驗(yàn)的結(jié)果來看，在0～1.8m之間的圍巖出現(xiàn)明顯的小裂隙，說明4t以上的預(yù)應(yīng)力，在現(xiàn)階段能夠控制塑性破壞區(qū)的擴(kuò)散，同時(shí)也證明錨桿的長(zhǎng)度的選擇是合理的。在3～4.8m之間發(fā)現(xiàn)煤層，經(jīng)過分析應(yīng)該是4#煤，且含有夾矸。4.8～5.4m之間是4#煤層偽頂為粉砂巖。5.4～8m之間巖性發(fā)生了變化，經(jīng)鉆孔中的鉆頭痕跡密且清晰，表明巖石比較堅(jiān)硬經(jīng)分析是細(xì)粒砂巖。選擇6300mm的錨索作為輔助支護(hù)，能夠保證錨固端在穩(wěn)定的巖層上。

2.拉拔試驗(yàn)－確定圍巖的可錨性。

分別對(duì)頂板、兩幫做拉拔試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果：頂上的錨固力大于18T，兩幫的錨固力大于12T。按照要求錨固力應(yīng)該大于錨桿體的抗拉強(qiáng)度，對(duì)于頂板的拉拔當(dāng)達(dá)到抗拉強(qiáng)度后就不進(jìn)行拉拔，避免做破壞性試驗(yàn)。對(duì)于兩幫達(dá)到屈服強(qiáng)度后就不進(jìn)行拉拔。從實(shí)驗(yàn)的結(jié)果可看出錨固劑、圍巖、桿體之間的錨固力能夠滿足設(shè)計(jì)的要求。

總之，在優(yōu)化采動(dòng)壓力影響下的掘進(jìn)巷道支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)方面，國(guó)內(nèi)的研究人員還在不斷地進(jìn)行探索，對(duì)于應(yīng)用理論的研究以及模擬分析模型的建立還有很多問題有待解決。相信不久就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)錨桿與錨索聯(lián)合支護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行更加科學(xué)和標(biāo)準(zhǔn)化的參數(shù)設(shè)計(jì)，為開采帶來更經(jīng)濟(jì)和安全的支護(hù)解決方案。