煤礦巷道在開挖以及工作面推進的過程中，一直伴隨著巷道的變形，本文在已有理論以及數據的支持上，對噴射混凝土支護情況下圍巖與支護理論進行了分析，同時建立了支護的力學模型，在模型建立的基礎上，對混凝土支護情況下混凝土的力學特性進行了研究，得到了滿意的效果，本文中力學模型以及試驗數據為實際工程提供重要的依據。

　　1 圍巖 - 支護相互作用研究

　　在巷道掘進時期，必然伴隨著著圍巖的變形，在工作面的推進過程中，對于巷道圍巖穩定性的控制直接影響到生產的順利推進，通過支護控制圍巖的穩定性是礦井采用的有效措施，支護的效果不僅僅取決于支護材料、支護方式、支護強度上，也受圍巖巖層性質、巷道斷面等因素的影響。目前，許多礦井采用噴射混凝土對巷道圍巖進行支護，該過程中，必須考慮巷道掘進初期時間以及空間效應對于巷道變形的影響。

　　在巷道掘進初期，圍巖在彈性破壞以及塑性破壞共同作用下，應力不能得到及時釋放，隨著和工作面距離的增加，應力才會逐漸釋放，也就是說，巷道的變形量與工作面距離存在空間效應，圖 1 為巷道掘進時期開挖面的空間效應(R 0 為支護巷道的半徑，P 0 巷道所處的原巖應力)，在進行噴射混凝土支護時，如果在開挖面以及 C 點之間進行支護，因為圍巖中還有部分應力存在，在應力的作用下，混凝土會出現脫落等現象，支護效果差 ;如果選擇在 C 點之后進行支護，因為混凝土沒有受力，圍巖與支護不能相互作用，起不到控制圍巖變形的目的。根據經驗值，進行噴射混凝土支護時在距離工作面 2R 的距離是最合適的，其中 R 為巷道的半徑，這時可以充分發揮圍壓與支護的相互作用，兩者會發生協同變形，在共同作用下達到圍巖的穩定性。

　　2 混凝土支護受力特征分析

　　在進行噴射混凝土支護時，除了了解混凝土圍巖巷道相互作用外，混凝土的受力特征是保證支護強度的重要參數。如圖 3 所示為混凝土的受力特征圖，巷道開挖后，混凝土受到徑向以及切向兩個力的共同作用，我們取單元體進行受力分析，受不等力的作用下，巷道圍巖徑向應力 σ θ> 切向應力 σ r，當巷道變形量增大時，支護反應 P 1 也會隨即增大，混凝土所受的徑向以及切向應力也會增大，當混凝土所受的壓力大于其本身的抗壓強度時，支護整體就會失穩，因此，研究受壓狀態下混凝土的強度是了解支護穩定性的關鍵。為此，我們在距離工作面巷道半徑兩倍的距離處進行了噴射混凝土試驗，得到了如圖 4 所示的混凝土與巷道圍巖變形關系圖，從圖中可以看出，不同類型的混凝土對于控制巷道變形的效果不同，但是整體控制巷道變形量上相差最大 0.25%，且混凝土本身的強度并不是保證支護穩定的關鍵，在支護的過程中，應該充分考慮混凝土以及巷道之間的相互作用關系，這一點在圖中也有顯示，圖中標號越大的混凝土代表其強度越大，但是從支護效果上看，并非強度越大巷道變形就越小，所以在支護效果上，除了考慮混凝土本身的彈性模量、抗壓強度，屈服應力等力學參數外，還應考慮混凝土支護為巷道之間的相互作用關系，從而選擇合適強度的混凝土進行噴射支護作業。

　　3 結語

　　(1)研究了巷道掘進時期開挖面的空間效應，給出了在距離工作面 2R 處進行支護可以充分發揮混凝土與巷道的相互作用力，支護效果好，同時建立了巷道掘進支護不同時期的力學模型。(2)進行噴射混凝土支護可以有效的降低巷道的變形量，根據數據得知在本實驗中混凝土支護降低了巷道 18% 的變形量。(3)進行噴射混凝土支護時，應該充分考慮混凝土本身與巷道圍巖的相互作用關系，不能單獨考慮混凝土本身的強度。

　　《煤礦巷道混凝土支護與圍巖相互作用研究》來源：《礦業裝備》，作者：趙 瑞。