1引言

 

　　近几年来，锚杆支护已是煤矿巷道主要的支护方式。要保障锚杆支护的安全和经济性，在选择锚杆支护时，关键问题就是如何正确的选择锚杆支护参数，以实现既经济合理，又能较好的达到支护效果的目的。在此，引入围岩松动圈和锚杆支护机理为基础理论，论述锚杆支护的参数选择问题。

 

　　2围岩松动圈理论和锚杆支护机理

 

　　1）围岩松动圈理论。对于地下岩体来说，在开挖之前是处于原始应力平衡的状态，当开挖后这种平衡状态遭到破坏，由原来的单向应力状态变为双向应力状态，并在巷道周围产生了应力集中。而巷道的周边变为单向应力状态，此时径向应力σr下降为零，切向应力σt则集中。当围岩集中应力σt小于岩体强度时，围岩处于弹性变形状态；当围岩集中应力σt大于岩体强度时，则围岩就会产生破裂松动，并由巷道周边开始向深部发展，这种破裂松动深入围岩深部的距离则称为围岩松动区的厚度，这个破裂区也就常称为围岩松动圈。

 

　　2）锚杆支护机理。对于这类的开挖岩体，在现有的支护条件下，若试图采用支护手段来阻止围岩的松动破坏则是不可能的，而支护的作用只是限制围岩松动圈形成过程中破碎力所造成的有害变形。所以，采用锚杆支护，若要达到较好的支护效果，那么其锚杆的布置和参数就必须考虑松动圈内岩体的变形及破坏情况。锚杆支护的主要作用，也就是通过巷道周边的数根锚杆，使岩体互相挤压，从而形成一个接近原岩强度的组合承载结构，既锚固围岩的表层，防止冒落，又能利用岩体本身强度来实现稳定的支护效果。显然，锚杆支护参数的选择，必须适应围岩松动圈岩体的特性。确定松动圈的性质，才能以此为依据，正确、合理选择锚杆支护的基本参数。

 

 

　　根据上述围岩松动圈支护理论的分析可知，各个煤矿可根据具体实测资料来进行围岩的详细分类。通常情况下，将围岩分成三类，即稳定围岩（松动圈LP≤40cm）、中等稳定围岩（40cm150cm）。

 

　　在被开挖巷道中，围岩松动圈是由围岩应力和围岩强度所决定的，由于各个煤矿的地质条件不同，而围岩松动圈的参数也不尽相同。因此，确定围岩松动圈的最好办法就是通过现场来实测。可采用围岩裂隙探测仪，并根据声波波速和振幅，做出巷道围岩岩体声速振幅变化曲线，这就可以很容易地确定松动圈的范围。对于采准巷道来说，其测站可以间隔50m以上设置，而每个测站要设几条测线，每个测线布置6～8个测孔。顶板测孔要垂直顶板的层理方向，其它测孔可以沿煤层倾斜方向来布置。测孔长度按煤层柱状图来确定，一般为2～3m。钻孔钻好后要用水将孔冲洗干净，并将探头插入钻孔内，并注水封闭后即可进行测试。其测试的实例布置，见图1、图2所示。

 

　　4锚杆支护参数的合理选择

 

　　根据三种围岩的稳定类型和性质，分别可对不同情况下的锚杆参数选择与确定。

 

　　4.1稳定围岩条件下的锚杆参数选择

 

　　由于松动圈围岩的自重有限，而锚杆将不起大的作用，所以，对于整体性较好、耐风化的围岩，可进行不支护，必要时可用单一的喷射混凝土来支护。如此处理，工程实践表明，其混凝土的最大厚度可以不超过20cm为宜。

 

　　4.2中等稳定围岩条件下的锚杆参数选择

 

　　根据理论分析和实践表明，在中等稳定围岩条件下，围岩碎胀变形也比较明显，而围岩的收敛变形将使巷道岩体表层产生裂缝或破坏，所以必须用锚杆来控制其变形。锚杆锚固端为松动圈以外的岩体时，锚固端则位于塑性区，因此可采用悬吊理论来确定其锚杆的参数。这时，锚杆起到拉伸、挤压、加固的作用，从而使松动圈内岩体保持较为稳定的状态。

 

　　1）锚杆的长度确定方法。根据如下公式进行：

 

　　L=LP+L1+L2

 

　　式中：L———锚杆长度，m；

 

　　LP———围岩松动圈厚度，m；

 

　　L1———锚杆锚入松动圈以外稳定围岩的深度，这里可取值0.2～0.3m；

 

　　L2———锚杆在巷道中外露长度，m。

 

　　2）锚杆间排距的确定。当选取锚杆间排距相等时，则锚杆锚固力应满足以下条件：

 

　　Qmin≥LP·D2·γ

 

　　D≤[Qmin/（LP·γ）]1/2

 

　　式中：D———锚杆的间排距，m；

 

　　Qmin———锚杆的最小锚固力，kN；

 

　　γ———围岩的重力密度值，kN/m3。

 

　　3）锚杆的直径确定。这里可以按照每根锚杆悬吊的岩石重量来计算锚杆的直径，其公式如下：

 

　　D2·LP·γ≤πd2[σ]/4

 

　　d≥2D[（LP·γ）/（π[σ]）]1/2

 

　　式中：d———锚杆的直径，mm；

 

　　[σ]———锚杆体的许用应力，N/mm2。

 

　　4.3不稳定围岩条件下的锚杆参数选择

 

　　在支护的巷道，当岩石松动圈大于1.5m时，其巷道的围岩收敛变形比较大，此时支护时除了要有一定的支护强度外，还应具备一定的可缩性。通过现场的实践表明，此时可采用锚喷网的支护结构。而锚杆参数选择原理则与上述相同，但如松动圈厚度较大时，其锚杆过长也不易安装，且承受较大的拉力，锚固效果也可能不好。这时，在层状岩层结构下，要选择较坚硬的岩层作为锚杆的锚固点，并在巷道表面布置金属网来进行喷层处理，这样才能获得较为理想的支护效果，也就说要根据具体条件而定。

 

　　5结束语

 

　　开挖巷道的支护，为了获得较好的安全、经济支护效果，必须根据围岩松动圈理论进行测试、分析，弄清分类，然后针对不同环境条件下支护合理选择锚杆参数与支护方式。根据具体条件确定、调节支护方式。