摘要：巷道支护技术发展到今天，锚杆支护显著的优越性已成共识。锚杆支护在煤矿现场的应用发展迅猛，然而，由于锚杆支护理论的发展相对滞后，井下锚杆支护设计往往与巷道围岩稳定性不能相互匹配，支护设计结果无法实现最优化。因此，科学地寻找锚杆支护设计在安全和经济两方面之间的最佳点，对矿井安全生产和经济效益的意义是显而易见的。
关键词：锚杆支护；参数优化；应用
成功的锚杆支护设计是依据支架与围岩的共同作用原理，使巷道围岩稳定性类别、围岩岩体结构、巷道断面特征、巷道用途、服务年限、围岩地质构造及地下水的影响程度等条件与锚杆支护的结构组成、工作原理和技术参数相协调。巷道锚杆支护结构的优化选择的目的就是为了解决在一定的工程地质和生产技术条件下，如何选择与巷道围岩稳定性的状况相匹配的合理锚杆支护强度、支护形式以及最优的锚杆支护参数区间。
1 锚杆支护系统优化选择的基本思想
巷道围岩稳定性分类是以巷道掘进以后围岩中产生的变形和破坏特征为基础，将巷道围岩稳定性按支护的难易程度进行分类，以便为巷道支护设计、施工以及管理提供科学的依据。在锚杆支护系统中，支护所受的压力及其变形，来自巷道围岩在自身平衡过程中的变形或破裂导致对支护的作用，因此，巷道围岩性态及其矿压显现的规律对锚杆支护的作用有重要影响。
锚杆支护系统优化选择的主要内容包括两个方面，即锚杆支护结构形式的选择以及锚杆支护参数的选择。其中，锚杆支护结构形式的选择主要依靠现场的工程实践，通过调查落实锚杆支护结构构件受力变形和破坏情况，对优化改进锚杆支护结构具有十分重要的意义；而锚杆支护参数的优化选择则应首先在锚杆支护理论的指导下进行，并通过实践不断进行检验、确认和优化。
2 锚杆支护结构形式的优化选择
矿区井下的工程实践是一个大试验场，锚杆支护结构的支护效果是多因素综合反映的真实写照，调查落实锚杆支护结构构件的受力变形和破坏情况，对优化和改进锚杆支护结构是非常重要的。因此，设计选择的锚杆支护结构形式要在实践中优化改进，具体的方法就是通过对巷道锚杆支护结构使用情况进行准确详细的调查，以获得详实的基础资料，然后对这些资料进行综合分析，去伪存真，查清原因，找到规律。
3 煤巷锚杆支护参数设计方法
煤巷的突出特点就是承受采动支承压力，围岩破碎，变形量大。巷道锚杆支护设计，首先要对巷道所经受采动影响过程及影响程度进行准确的评估，对巷道使用要求和设计目标要予以准确定位。比如，是按采动影响时的支护难度设计支护，还是按照采动影响前的使用要求设计，不同的设计思想，结果大不相同。
目前，我国煤巷支护设计方法大致分为三类，即工程类比法、理论计算法及实例法。
3.1 工程类比法
工程类比法是当前应用较广的方法。它是根据已经支护的类似工程的经验，通过工程类比，直接提出支护参数。它与设计者的实践经验有很大关系。然而，要求每一个设计人员都具有丰富的实践经验是不切实际的。为了将特定岩体条件下的设计与个别的工程相应条件下的实践经验联系起来进行工程类比，做出比较合理的设计方案，正确的围岩分类是非常必要的。进行围岩分类后，就可根据不同类别的岩层，确定不同的支护形式和参数。
3.2 理论计算法
在岩石力学支护理论的发展历程中，人们试图做像地面结构那样能够较为准确地确定支护荷载，用理论计算方法设计支护结构，这是岩石力学工作者长期追求和奋斗的目标。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆经过众多学者和科技工作者的长期研究和实践，理论设计支护日渐完善，成为很多国内外专家巷道支护设计的主要手段。
目前，常用的锚杆支护参数设计方法有以下几种：
（1）悬吊作用理论设计锚杆支护参数；
（2）承压拱理论设计锚杆支护参数；
（3）松动圈支护理论设计锚杆支护参数；
（4）扩容理论设计锚杆支护参数。
3.3 实测法
根据现场实际观测资料，利用岩石力学原理与数理统计方法进行巷道支护的设计方法已被许多国家采用。
我国一些矿区，利用超声仪实测巷道围岩松动圈的方法，进行软岩锚喷网支护参数的设计，取得了较好效果。澳大利亚、英国利用对围岩特性的综合测量结果，进行支护系统的设计。观察内容有地应力、顶板岩层位移及锚杆承载特性等参数，根据实测资料、巷道的地质环境及岩石力学原理，确定支护的参数。
3 工程实践
某煤矿某煤层巷道沿顶板掘进，其主要特征为：巷道顶板和两帮的围岩强度都很低，岩体十分破碎；巷道埋深很大，属于深部开采；采动应力以及最大水平主应力对巷道围岩稳定性的影响十分明显；巷道围岩的变形和破坏非常剧烈，巷道维护极其困难。另外，巷道有一个显著特点就是顶板和两帮均为具有易风化、遇水易崩解特征的强膨胀性围岩，围岩破坏以后产生的碎胀压力很大，极易造成普通的锚杆支护结构的失稳。
据此，利用不稳定煤巷围岩的支护结构优化结果以及支护参数的选择标准，针对该巷道的围岩强度和应力的特征，考虑到锚杆支护结构可以提供的最大支护强度以及性能，并结合井下的长期工程实践，可以将该巷合理支护形式确定为“锚网带索”组合支护结构。“锚网带索”结构是由锚杆、钢带、金属网和锚索形成的组合支护结构，单根锚杆通过钢带扩大了锚杆作用力的传递范围、把个体锚杆组合成锚杆群共同协调控制不规则面的发展、危岩的掉落，增加岩体的强度，同时利用金属网将锚带之间裸露的岩体全部封闭起来，从而大大增强了锚杆群体的作用和护表功能。通过锚索的补强支护作用，可进一步增大支护结构本身的强度，进而显著地改善巷道围岩的受力条状态，保证巷道围岩的稳定。同时，考虑到巷道围岩具有剧烈碎胀变形等工程特性，若仍采用普通螺纹钢锚杆和普通树脂锚索作为支护结构的主体，巷道围岩一部分不可控制的大变形必将会导致锚杆支护系统的锚固失效，造成安全事故。因此，支护系统必须具有一定的“让压”性能，并结合井下试验巷道的成功案例，对该巷道将采用高强让压锚杆和带肋树脂锚索作用支护结构的主体，同时选用M型钢带作为辅助护表构件，其刚性、材料利用率、抗弯截面利用率以及抗撕裂强度都很高，从而增加锚杆支护系统的“让压”性能，调整各个构件的受力状况，使支护系统能够适应巷道围岩变形的发展，最大程度地发挥围岩的自承能力，进而有效地保证锚杆支护系统的锚固效果和巷道围岩的稳定。
4 结论
在该巷道巷道支护方案实施后，随即对巷道布置4个监测断面，对巷道表面位移、深部位移以及顶板锚杆受力等展开系统和适时的观测监控。近90天的现场监测结果表明：巷道在成巷45天后基本趋于稳定，围岩变形量得到显著地控制，有效地维护了巷道的稳定，保证了通风、运输的安全。这也证明了对巷道围岩稳定性预测的正确性以及支护对策的合理性。
参考文献：
【1】王磊;基于人工神经网络的煤巷围岩稳定性分类系统[D];山东科技大学;2015年
【2】侯琴;大宁煤矿大跨度煤巷锚索支护研究与应用[D];太原理工大学;2016年
【3】张向农;刘桥一矿煤巷锚杆支护技术优化研究[D];安徽理工大学;2006年
论文作者:陈晨,
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年第13期
论文发表时间:2019/9/4
标签：巷道论文; 围岩论文; 锚杆论文; 结构论文; 参数论文; 工程论文; 理论论文; 《工程管理前沿》2019年第13期论文;