煤矿巷道在开挖以及工作面推进的过程中，一直伴随着巷道的变形，本文在已有理论以及数据的支持上，对喷射混凝土支护情况下围岩与支护理论进行了分析，同时建立了支护的力学模型，在模型建立的基础上，对混凝土支护情况下混凝土的力学特性进行了研究，得到了满意的效果，本文中力学模型以及试验数据为实际工程提供重要的依据。
1 围岩 - 支护相互作用研究
在巷道掘进时期，必然伴随着着围岩的变形，在工作面的推进过程中，对于巷道围岩稳定性的控制直接影响到生产的顺利推进，通过支护控制围岩的稳定性是矿井采用的有效措施，支护的效果不仅仅取决于支护材料、支护方式、支护强度上，也受围岩岩层性质、巷道断面等因素的影响。目前，许多矿井采用喷射混凝土对巷道围岩进行支护，该过程中，必须考虑巷道掘进初期时间以及空间效应对于巷道变形的影响。
在巷道掘进初期，围岩在弹性破坏以及塑性破坏共同作用下，应力不能得到及时释放，随着和工作面距离的增加，应力才会逐渐释放，也就是说，巷道的变形量与工作面距离存在空间效应，图 1 为巷道掘进时期开挖面的空间效应(R 0 为支护巷道的半径，P 0 巷道所处的原岩应力)，在进行喷射混凝土支护时，如果在开挖面以及 C 点之间进行支护，因为围岩中还有部分应力存在，在应力的作用下，混凝土会出现脱落等现象，支护效果差 ;如果选择在 C 点之后进行支护，因为混凝土没有受力，围岩与支护不能相互作用，起不到控制围岩变形的目的。根据经验值，进行喷射混凝土支护时在距离工作面 2R 的距离是最合适的，其中 R 为巷道的半径，这时可以充分发挥围压与支护的相互作用，两者会发生协同变形，在共同作用下达到围岩的稳定性。
2 混凝土支护受力特征分析
在进行喷射混凝土支护时，除了了解混凝土围岩巷道相互作用外，混凝土的受力特征是保证支护强度的重要参数。如图 3 所示为混凝土的受力特征图，巷道开挖后，混凝土受到径向以及切向两个力的共同作用，我们取单元体进行受力分析，受不等力的作用下，巷道围岩径向应力 σ θ> 切向应力 σ r，当巷道变形量增大时，支护反应 P 1 也会随即增大，混凝土所受的径向以及切向应力也会增大，当混凝土所受的压力大于其本身的抗压强度时，支护整体就会失稳，因此，研究受压状态下混凝土的强度是了解支护稳定性的关键。为此，我们在距离工作面巷道半径两倍的距离处进行了喷射混凝土试验，得到了如图 4 所示的混凝土与巷道围岩变形关系图，从图中可以看出，不同类型的混凝土对于控制巷道变形的效果不同，但是整体控制巷道变形量上相差最大 0.25%，且混凝土本身的强度并不是保证支护稳定的关键，在支护的过程中，应该充分考虑混凝土以及巷道之间的相互作用关系，这一点在图中也有显示，图中标号越大的混凝土代表其强度越大，但是从支护效果上看，并非强度越大巷道变形就越小，所以在支护效果上，除了考虑混凝土本身的弹性模量、抗压强度，屈服应力等力学参数外，还应考虑混凝土支护为巷道之间的相互作用关系，从而选择合适强度的混凝土进行喷射支护作业。
3 结语
(1)研究了巷道掘进时期开挖面的空间效应，给出了在距离工作面 2R 处进行支护可以充分发挥混凝土与巷道的相互作用力，支护效果好，同时建立了巷道掘进支护不同时期的力学模型。(2)进行喷射混凝土支护可以有效的降低巷道的变形量，根据数据得知在本实验中混凝土支护降低了巷道 18% 的变形量。(3)进行喷射混凝土支护时，应该充分考虑混凝土本身与巷道围岩的相互作用关系，不能单独考虑混凝土本身的强度。
《煤矿巷道混凝土支护与围岩相互作用研究》来源：《矿业装备》，作者：赵 瑞。
