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[摘 要]巷道支护与围岩的相互作用、相互依赖，具有共同承载作用，利用支护与围岩相互作用实现共同承载是合理利用围岩自承力的途径。
[关键词]巷道 围岩 支护 承载
中图分类号：TD353文献标识码：A文章编号：1009-914X（2013）21-0306-01
正文
煤矿巷道支护有架棚、料石砌碹、锚喷、锚杆（及联合锚索）等一系列支护形式。巷道支护的支承力在一定程度上能起到减少围岩移动的作用。巷道支护在于缓和及减少围岩的移动，防止巷道断面过度缩小及已散离和破坏的围岩冒落。但是，巷道支护的效果却不完全取决于支护本身的支承力，同时受到围岩、支护安设密度、安设时间、安设质量和与围岩的接触点面等因素的影响。因此，为了有效地进行巷道支护，不能只考虑支护支承力这一因素，而应采取诸方面措施，从总体上取得最佳支护效果。要在支护与围岩相互作用中充分利用围岩本身自承能力的作用。
1 围岩自承力分析
1.1 围岩具有天然承载力
向支护结构加载的围岩是一种特殊的天然结构。在开掘巷道以后形成的“支护-围岩”力学平衡系统中，围岩通常承受着大部分的岩层压力，而支护却只承担其中一小部分。而且，在支护和围岩分担岩层压力过程中，巷道支护所承担的载荷是多变的，围岩分担的比重愈多，支护分担的比重将愈少。
1.2 支护应利用围岩的自承力
围岩是一种承载结构，而且其承受荷载能力是天然的、无代价的。在巷道支护过程中尽可能地充分利用围岩的自承力，这是一种非常经济合理的巷道支护方式。
1.3 利用围岩自承力的前提是保证安全
利用围岩的自承力，要允许围巖产生某些变形，这种变形会使围岩中的能量得到一定释放，从而起到适当的“卸载作用”，这有利于减轻支护受载。然而，从安全观点来看，这种变形又是应当有限制的，防止它发展到危害安全的程度。
1.4 利用支护与围岩相互作用、共同承载
综上所述，巷道支护可起到调节与控制围岩变形的作用。但它应在围岩发生松动和破坏以前安设，以便使支护在围岩尚保持有自承力的情况下与围岩共同起承载作用；而不是等围岩已发生松散、破坏，丧失自承力的情况下再用支护去承担已冒落岩块的重量。应使支护与围岩在相互作用和相互依赖的条件下实现共同承载，进行巷道支护，可起到简便、经济和安全的支护效果。
2 围岩自承力与支护的对应关系
围岩松动圈理论是在研究巷道周围岩石介质物理力学状态属性的过程中发展起来的。按照围岩松动圈理论来分析，当巷道开挖后，打破了围岩原有的三向应力平衡状态，围岩中应力重新分布。一方面径向应力下降为零，围岩强度明显下降；另一方面环向应力集中，当应力集中超过围岩强度后，巷道周边岩石首先破坏，并逐渐向深部扩展，直至在一定深度达到新的三向应力平衡状态为止，此时，围岩中出现了一个破裂区———围岩松动圈。
该理论是以松动破裂发展中的岩石碎胀变形或碎胀力为支护对象的，适应于巷道顶板、底板和巷帮围岩的支护设计。
依松动圈大小将围岩松动圈分为小松动圈（Lp≤40 cm）、中松动圈（40 cm 第一类：小松动圈围岩：巷道变形和松动圈围岩自重都比较小，围岩自承力完全可以维护围岩的完整，不需要支护，利用喷射混凝土支护防围岩掉落和防围岩风化即可。
第二类：中松动圈围岩：中松动条件下，围岩碎胀变形相应增大，单一喷层将破裂或破坏，必须再增加支护来控制围岩变形，以便尽可能地维持围岩的自承力。
第三类：大松动圈围岩：大松动圈围岩属软岩范畴。巷道开挖后，围岩的自承力迅速下降为接近于零，但仍有部分残余自承力，此时，可利用高强度的支护来给予松动圈内破裂围岩以约束力，恢复其原有的部分承载效果，在破裂围岩中形成一个具有相当强度和可缩性的组合拱结构体。
3 巷道锚杆支护机理
岩体经锚固后其峰值强度和残余强度均得到提高。但随锚杆密度的增加，锚杆对岩体残余强度的强化程度大于对峰值的强化程度。安装锚杆可有效地提高岩体的参数。在峰值前，锚固体内聚力提高较小，而内摩擦力增加较大；在峰值后，恰恰相反。而且锚杆的重要作用是改变岩石的支护结构，在困难条件下，顶板锚杆的主要作用是成拱作用。根据复合材料力学观点，从材料力学的复合行为出发，锚杆支护可增强顶板的韧性、强度、抗疲劳。提出了“压缩墙”的新观点，解释了膨胀锚杆支护的作用机理。在锚杆膨胀应力作用下，整个锚杆得以挤压加固，表面裂隙闭合，结力、内摩擦角提高，由摩尔应力圆可知，围岩抵抗破坏的能力提高，也即提高了围岩的强度。由于这种锚杆是全长式锚固方式，使锚固范围内的围岩形成一个强度高于普通岩体的压缩墙，该范围内的岩体整体抵抗外部围岩的应力。同时，由于两帮的围岩强度、黏结力、内摩擦角的提高使围岩由不稳定边墙转为稳定边墙，顶部冒落拱的跨度基本与巷道一致，巷道趋于稳定。对于顶板离层现象，研究的文献很多，提出了很多力学模型，但是，适用范围有限。
4 支护与围岩共同承载的支护方式
（1）为了充分利用围岩的自承力，在开掘巷道后应使安设支护的时间尽量推迟一些，这样，才能达到通过变形释放能量的效果和有利于减轻支护受载。但是为了保证安全，支护时间又不宜过晚。要到既允许围岩产生一定变形又不致造成围岩破坏的时间支护，就是在开巷以后分先后二次对巷道进行支护，这就是“二次支护”方式。
（2）一次支护的主要作用是及时限制和减少围岩变形，防止个别围岩掉落产生事故，而不是使“支护-围岩”系统达到力学平衡。相反地，一次支护以后仍允许围岩有限地产生一定变形，以便继续释放一些能量。因此，对一次支护的要求是及时支护，而且必须采用支护以后仍允许围岩有一定变形的所谓“柔性支护”。所谓“及时”的要求也是随围岩条件不同而不同，如对松软围岩应尽可能及时，而对中稳以上围岩也可稍晚一些。应当强调，一次支护并不是临时支护，因为它以后不再拆除，而是保留下来与二次支护共同受载，以免围岩受到额外的扰动和破坏。
（3）二次支护的作用是进一步促进围岩的稳定和增加安全性，它应在围岩已产生一定变形和能量得到一定释放以后进行；因此，一般要在一次支护以后经过相当时间（几个月）才能进行，但也不宜过迟。要探索和研究确定围岩进入危险变形和松动破坏的准则，对于适宜的二次支护时间，只能根据生产经验或借助于现场监测手段确定。一般来说，只要围岩没有明显的将要发生破坏的趋势，二次支护也可晚一些进行，二次支护的形式也不受限制。但它最好与一次支护不留间隙，以便更好地达到联合支护的效果。
进行二次支护以后能否有效地保持巷道的稳定性还要根据具体情况而定，对于某些采区巷道，在二次支护以后仍可能因受采动剧烈影响而严重变形和遭到破坏，必要时还应进行三次支护甚至多次支护。
（4）围岩性质、支护时间、支护结构特点和支护工艺程序都影响到支护效果。如采用与围岩密接的支护形式，支护背后充填等，有利于控制围岩的变形。一次支护和二次支护的形式、时间施工工艺可以是不同的，对不同类型的巷道要从实际出发，设计科学有效的具体方法。
5 结束语
围岩是一种具有天然承载力的结构，支护应利用围岩的自承力，利用围岩自承力的前提是保证安全。利用支护与围岩相互作用实现共同承载是合理利用围岩自承力的途径。根据支护与围岩共同承载规律采用二次支护方式，一次支护也不是临时支护，与二次支护共同受载，根据巷道围岩及采动影响的情况，必要时应进行三次甚至多次支护。支护的形式、时间、工艺要从实际出发采用科学有效的具体方法。
[关键词]巷道 围岩 支护 承载
中图分类号：TD353文献标识码：A文章编号：1009-914X（2013）21-0306-01
正文
煤矿巷道支护有架棚、料石砌碹、锚喷、锚杆（及联合锚索）等一系列支护形式。巷道支护的支承力在一定程度上能起到减少围岩移动的作用。巷道支护在于缓和及减少围岩的移动，防止巷道断面过度缩小及已散离和破坏的围岩冒落。但是，巷道支护的效果却不完全取决于支护本身的支承力，同时受到围岩、支护安设密度、安设时间、安设质量和与围岩的接触点面等因素的影响。因此，为了有效地进行巷道支护，不能只考虑支护支承力这一因素，而应采取诸方面措施，从总体上取得最佳支护效果。要在支护与围岩相互作用中充分利用围岩本身自承能力的作用。
1 围岩自承力分析
1.1 围岩具有天然承载力
向支护结构加载的围岩是一种特殊的天然结构。在开掘巷道以后形成的“支护-围岩”力学平衡系统中，围岩通常承受着大部分的岩层压力，而支护却只承担其中一小部分。而且，在支护和围岩分担岩层压力过程中，巷道支护所承担的载荷是多变的，围岩分担的比重愈多，支护分担的比重将愈少。
1.2 支护应利用围岩的自承力
围岩是一种承载结构，而且其承受荷载能力是天然的、无代价的。在巷道支护过程中尽可能地充分利用围岩的自承力，这是一种非常经济合理的巷道支护方式。
1.3 利用围岩自承力的前提是保证安全
利用围岩的自承力，要允许围巖产生某些变形，这种变形会使围岩中的能量得到一定释放，从而起到适当的“卸载作用”，这有利于减轻支护受载。然而，从安全观点来看，这种变形又是应当有限制的，防止它发展到危害安全的程度。
1.4 利用支护与围岩相互作用、共同承载
综上所述，巷道支护可起到调节与控制围岩变形的作用。但它应在围岩发生松动和破坏以前安设，以便使支护在围岩尚保持有自承力的情况下与围岩共同起承载作用；而不是等围岩已发生松散、破坏，丧失自承力的情况下再用支护去承担已冒落岩块的重量。应使支护与围岩在相互作用和相互依赖的条件下实现共同承载，进行巷道支护，可起到简便、经济和安全的支护效果。
2 围岩自承力与支护的对应关系
围岩松动圈理论是在研究巷道周围岩石介质物理力学状态属性的过程中发展起来的。按照围岩松动圈理论来分析，当巷道开挖后，打破了围岩原有的三向应力平衡状态，围岩中应力重新分布。一方面径向应力下降为零，围岩强度明显下降；另一方面环向应力集中，当应力集中超过围岩强度后，巷道周边岩石首先破坏，并逐渐向深部扩展，直至在一定深度达到新的三向应力平衡状态为止，此时，围岩中出现了一个破裂区———围岩松动圈。
该理论是以松动破裂发展中的岩石碎胀变形或碎胀力为支护对象的，适应于巷道顶板、底板和巷帮围岩的支护设计。
依松动圈大小将围岩松动圈分为小松动圈（Lp≤40 cm）、中松动圈（40 cm
第二类：中松动圈围岩：中松动条件下，围岩碎胀变形相应增大，单一喷层将破裂或破坏，必须再增加支护来控制围岩变形，以便尽可能地维持围岩的自承力。
第三类：大松动圈围岩：大松动圈围岩属软岩范畴。巷道开挖后，围岩的自承力迅速下降为接近于零，但仍有部分残余自承力，此时，可利用高强度的支护来给予松动圈内破裂围岩以约束力，恢复其原有的部分承载效果，在破裂围岩中形成一个具有相当强度和可缩性的组合拱结构体。
3 巷道锚杆支护机理
岩体经锚固后其峰值强度和残余强度均得到提高。但随锚杆密度的增加，锚杆对岩体残余强度的强化程度大于对峰值的强化程度。安装锚杆可有效地提高岩体的参数。在峰值前，锚固体内聚力提高较小，而内摩擦力增加较大；在峰值后，恰恰相反。而且锚杆的重要作用是改变岩石的支护结构，在困难条件下，顶板锚杆的主要作用是成拱作用。根据复合材料力学观点，从材料力学的复合行为出发，锚杆支护可增强顶板的韧性、强度、抗疲劳。提出了“压缩墙”的新观点，解释了膨胀锚杆支护的作用机理。在锚杆膨胀应力作用下，整个锚杆得以挤压加固，表面裂隙闭合，结力、内摩擦角提高，由摩尔应力圆可知，围岩抵抗破坏的能力提高，也即提高了围岩的强度。由于这种锚杆是全长式锚固方式，使锚固范围内的围岩形成一个强度高于普通岩体的压缩墙，该范围内的岩体整体抵抗外部围岩的应力。同时，由于两帮的围岩强度、黏结力、内摩擦角的提高使围岩由不稳定边墙转为稳定边墙，顶部冒落拱的跨度基本与巷道一致，巷道趋于稳定。对于顶板离层现象，研究的文献很多，提出了很多力学模型，但是，适用范围有限。
4 支护与围岩共同承载的支护方式
（1）为了充分利用围岩的自承力，在开掘巷道后应使安设支护的时间尽量推迟一些，这样，才能达到通过变形释放能量的效果和有利于减轻支护受载。但是为了保证安全，支护时间又不宜过晚。要到既允许围岩产生一定变形又不致造成围岩破坏的时间支护，就是在开巷以后分先后二次对巷道进行支护，这就是“二次支护”方式。
（2）一次支护的主要作用是及时限制和减少围岩变形，防止个别围岩掉落产生事故，而不是使“支护-围岩”系统达到力学平衡。相反地，一次支护以后仍允许围岩有限地产生一定变形，以便继续释放一些能量。因此，对一次支护的要求是及时支护，而且必须采用支护以后仍允许围岩有一定变形的所谓“柔性支护”。所谓“及时”的要求也是随围岩条件不同而不同，如对松软围岩应尽可能及时，而对中稳以上围岩也可稍晚一些。应当强调，一次支护并不是临时支护，因为它以后不再拆除，而是保留下来与二次支护共同受载，以免围岩受到额外的扰动和破坏。
（3）二次支护的作用是进一步促进围岩的稳定和增加安全性，它应在围岩已产生一定变形和能量得到一定释放以后进行；因此，一般要在一次支护以后经过相当时间（几个月）才能进行，但也不宜过迟。要探索和研究确定围岩进入危险变形和松动破坏的准则，对于适宜的二次支护时间，只能根据生产经验或借助于现场监测手段确定。一般来说，只要围岩没有明显的将要发生破坏的趋势，二次支护也可晚一些进行，二次支护的形式也不受限制。但它最好与一次支护不留间隙，以便更好地达到联合支护的效果。
进行二次支护以后能否有效地保持巷道的稳定性还要根据具体情况而定，对于某些采区巷道，在二次支护以后仍可能因受采动剧烈影响而严重变形和遭到破坏，必要时还应进行三次支护甚至多次支护。
（4）围岩性质、支护时间、支护结构特点和支护工艺程序都影响到支护效果。如采用与围岩密接的支护形式，支护背后充填等，有利于控制围岩的变形。一次支护和二次支护的形式、时间施工工艺可以是不同的，对不同类型的巷道要从实际出发，设计科学有效的具体方法。
5 结束语
围岩是一种具有天然承载力的结构，支护应利用围岩的自承力，利用围岩自承力的前提是保证安全。利用支护与围岩相互作用实现共同承载是合理利用围岩自承力的途径。根据支护与围岩共同承载规律采用二次支护方式，一次支护也不是临时支护，与二次支护共同受载，根据巷道围岩及采动影响的情况，必要时应进行三次甚至多次支护。支护的形式、时间、工艺要从实际出发采用科学有效的具体方法。