王芳林

（山西忻州神达栖凤煤业有限公司， 山西 忻州 036000）

引言

在地下采矿中，岩石支撑和加固的主要目的是保持挖掘物在预定寿命内的安全与开放。目前，在我国各种地质条件下的煤矿中，普遍使用锚杆支护，其有很多优点，但也存在一些缺点。为了保证采矿作业的强度，应该对现有的锚杆支护技术进行改进，以减少矿井工作面的工程集中度，以在不违反安全规则的情况下，使矿井工作面的主要锚杆设置更加合理。

1 锚杆支护

在巷道进行正式开挖的过程中，围岩原本的力学静态平衡会受到破坏。为了避免由此而引发的围岩破坏，需要采取合理的支护，从而保护围岩的稳定形态，避免产生过度破裂。在巷道支护的诸多形式中，锚杆支护是较为良好的形式之一，其可以对围岩的力学状态进行改变，一定程度上提高围岩的强度，对巷道的稳定性起到了重要影响。

2 矿井回采巷道破坏类型和机理

2.1 局部落石破坏

局部落石破坏的形式通常是岩块从弱面拉断或滑移、落石产生坍落等。在实际工作过程中，局部落石的情况很难被完全控制，因为其影响因素太多，包括地质原因、施工原因等。例如，在施工方面，可能因为爆破松动作用等而产生局部落石破坏；在地质方面，可能因为结构面的风化潮解等而形成局部落石破坏。即使在围岩状态很稳定的情况下，也有可能发生局部落石破坏的情况。围岩本身的自重就是局部落石破坏产生的主要受力原因，其次是围岩应力。

2.2 拉断破坏

在强度相对较低、破碎的岩体中，可能会发生拉断破坏，这是一种因受拉出现的破坏形式，主要包括拉裂破坏和折断破坏。在层状岩体中通常会出现折断破坏，在结构面发生的拉断破坏通常是拉裂破坏[1]。

2.3 重剪破坏

重剪破坏也是矿井回采巷道破坏的主要类型之一，其主要发生在弱面，因为剪应力还没有超过岩石抗剪强度，只是弱面中的剪应力超过了弱面抗剪强度，在岩性坚硬和弱面发育的岩体中较容易产生这种破坏形式[2]。如果在工作中发生这种破坏形式，其往往比局部落石破坏更严重，因为其受多种因素影响，范围相对更大。

2.4 剪切破坏和复合破坏

在弱岩围岩中，剪切破坏是最为常见的形式，同时，如果在坚硬的岩体上受到高应力作用时，也可能出现此种破坏形式。在这种破坏形式发生时，会出现片帮、冒顶的情况，最终发展至顶部。如果进而出现了打断破坏或新的剪切破坏，则属于复合破坏。复合破坏与岩性有很大的关系，如果破坏形式表现出片帮、冒顶，则是脆性岩体，如果围岩从四周巷道蠕动则是流变性岩体。

2.5 岩爆破坏

在实际作业中，有时会出现因岩体内储存的弹性能被突然释放而产生的围岩岩体突然抛落的情况，这就是岩爆破坏。这种情况常出现在脆性岩体中，相对而言是较特殊的一种形式。岩爆破坏其实是一种脆性断裂，因为岩体的应力超过强度，同时，其在受力后将能量积聚成了应变能，从而突然猛烈释放，产生了岩爆破坏。

2.6 潮解膨胀破坏

如果岩体发生了软化崩解、强烈膨胀等现象时，往往是发生了潮解膨胀破坏，这主要是因为围岩遇水而导致的。潮解膨胀岩层中有很多活动型矿物蒙脱石，所以遇水会产生反应，吸水后会导致体积扩大。这种情况会使围岩的强度受到极大的破坏，如果发生这种情况，应及时进行支护，封闭围岩。

3 矿井回采巷道锚杆支护参数优化方法

3.1 工程类比法

这是一种在很大程度上依靠工作人员专业性的方法，相对应用也较广泛。在实际应用中，其主要是依据多年来国内外积累下来的成功工程经验，将当前的工程与之进行工程类比，从而直接得出相应的支护参数。这对于工作人员的专业性要求极高，同时也需要工作人员具备较为丰富的工作经验。在实际工作中，这种方法需要将岩体进行正确分类，从而可以从其他工程中选择相应条件的经验进行工程类比，进而得出合适的设计方案。在采用这种方法时，必须严格保障工作人员的专业能力水平，避免因工作人员专业性不足而导致的失误。

3.2 理论计算法

理论计算法是相关研究人员希望通过理论公式完美设计出支护结构的尝试，但实际的工程情况较为复杂，目前尚未有绝对完美的方法。在实际的理论计算法中，主要分为悬吊理论、组合梁理论、组合拱理论和松动圈支护理论四种。这种方法的一些假设和真正工作中的实际情况具有一定程度的差异，这使得其计算结果往往只能作为一种参考。

3.3 数值模拟法

这种方法主要是依靠计算机数值模拟计算的，需要构建数学模型，利用计算机的专用软件进行求解，从而得出相应的锚杆支护参数。这种方法严格保证了计算过程的精确性，但也存在一定的不足，因为其涉及条件较多，相关人员如果了解不充分或输入失误，很可能使结果与实际情况相差过大，从而无法应用于工程中。在实际工作中，相关人员需要非常了解计算机软件，同时，还需要对介质类型、边界条件等明确掌握，保障计算的准确性。

3.4 专家系统法

专家系统法主要是指由研究机构、公司等开发的用于锚杆支护决策的系统，也是一种借助计算机技术和人工智能技术的方法。这种方法具有较高的权威性，根据相关领域内多名专家提供的相关知识和经验进行合理的推理判断，整个过程类似于人类专家的分析推理和决策过程。虽然这种方法一方面整合了人类专家的知识和经验，另一方面利用了最先进的技术手段，但也存在很大的局限性。因为不同专家系统中的指标权值分配等受到很大的人为因素影响，而且数据库的信息具有一定的局限性。在实际工作中，应根据实际的工程情况，确定是否选用专家系统，以及选用何种专家系统。

3.5 系统设计法

这种方法相对较复杂，需要对工程现场的地质力学进行评估，进行相应的数值模拟，同时要进行相应的理论分析，进而设计初始方案，进行施工和监测，再依据监测所得到的信息对原有设计进行完善。此种方法相对较完善，也是实践证明较科学的方法。但是，其也具有很大的局限性，例如，对于地应力测试需要应用较为先进的设备，这使得工作的难度加大，而且很多施工现场很难具备要求的条件。在实际工作中，应根据工程的实际情况进行判断，如果施工现场的条件或设备要求难以满足，则不可应用此种方法，避免造成误判。

4 结语

通过对矿井回采巷道破坏类型和机理的了解，合理选择并运用矿井回采巷道锚杆支护参数优化的方法，可以更好地优化锚杆支护参数，从而促进工程的顺利完成。随着科学技术和研究理论的不断推进，相关领域在未来必将得到更完善的发展。