我国是煤炭资源大国，煤层赋存条件、地质构造复杂，绝大多数矿井采用井工开采。巷道作为服务于地下煤矿开采的生命线，保持其畅通、稳定的状态，对改善矿井的生产作业条件和提高煤炭产能以及防止巷道顶板冒落事故，保证矿井高产高效的安全生产具有重要意义。

 

　　锚杆支护作为世界各国矿井巷道的一种主要支护形式，在提高巷道支护效果和维护矿井安全上具有显著效果，同时还可以节约大量的支护和维修费用。锚杆支护在矿井建设效能上减轻了矿工的劳动强度，在改善井下开采环境同时提高了产能，为建设高产高效矿井创造了条件。

 

　　1.深部矿井回风平巷围岩的变形规律

 

　　随着能源需求和开采强度的不断加大，浅部煤炭资源越来越少，一大批矿区不得不转入深部开采[1，2]。深部复杂的地质条件和力学环境，致使煤层出现了高地压、大变形、难支护现象，如何控制巷道围岩稳定性已成为困扰煤矿安全生产建设的重要难题。我国大部分深部矿井的巷道围岩中，煤体微裂隙发育良好、连通性好、裂缝宽，并存在大量孔隙裂隙，这些孔隙裂隙在深部高应力条件和水的作用下会很容易扩展、连通，致使巷道发生较大范围的变形、甚至破坏。而未受采动的围岩体，在回风平巷开掘前通常处于弹性变形状态，岩体的原始铅直应力等于上覆岩层重量，当回风平巷在煤层中掘进，巷道开挖的初期阶段，由于原岩应力重新分布，掘巷产生的应力集中将引起巷道两帮变形，在巷道顶部冒漏顶现象严重，破碎区段巷道变形更为严重。

 

　　深部矿井回风平巷围岩变形量主要由掘进，回采引起的变形以及采掘影响趋于稳定后的围岩流变组成。当巷道处于掘进中，必然发生的围岩变形量大小取决于围岩的原始应力，岩性，巷道支护形式，支护强度和巷道尺寸。当巷道掘进趋于稳定时，围岩因流变性也将发生较小变形。回采工作面后因超前移动支承压力，巷道围岩应力再次重新分布，塑性变形区扩大同时围岩变形量也急剧增大，直至趋于稳定中巷道围岩变形速度将逐渐衰减。

 

 

　　锚杆支护是利用锚固在岩体内维护围岩稳定的杆体，改变围岩自身力学环境，把破碎的岩石限制在深部岩体上，提高围岩强度，从而形成稳固的锚杆支护系统，达到控制围岩整体失稳的目的。锚杆支护不但可以改善围岩受力状态，提高岩体的承载能力，而且节约了大量的坑木和钢材，降低支护成本，减小掘进断面，减少劳动强度，提高掘进速度，是一种施工工艺简单且高质量高效能的一次成巷支护技术。

 

　　2.1锚杆悬吊理论

 

　　利用锚杆将巷道顶板松软破碎的岩体锚固悬吊在围岩内部较坚硬，稳定的岩层中，以增强岩层的稳定性。悬吊理论对于回采巷道的直接顶下沉和离层有着较好的支护效果，但其只适用于顶板，当用于锚固巷道帮、底以及无法悬吊的坚硬稳定岩层或较厚顶板时，悬吊理论就不适用。

 

　　2.2锚杆组合梁理论

 

　　锚杆组合梁理论只适用于巷道顶板为较厚的层状岩层，对于巷道的帮、底不适用。当巷道顶板出现下沉和离层时，利用锚杆的锚固力增加各岩层间的摩擦力，增加岩层间的抗剪刚度，该摩擦力与抗剪力共同阻止岩层间产生相对滑动，从而将巷道顶板锚固范围内的几个薄岩层锁紧成一个较厚的岩层（组合梁）。

 

　　2.3锚杆组合拱理论

 

　　在拱形巷道围岩的破裂区中安装预应力锚杆时，在杆体两端将形成圆锥形分布的压应力，如果沿巷道周边布置锚杆群，只要锚杆间距足够小，各个锚杆形成的压应力圆锥体将相互交错，就能在岩体中形成一个均匀的压缩带，即承压拱(亦称组合拱或压缩拱)，这个承压拱可以承受其上部破碎岩石施加的径向载荷。在承压拱内的岩石径向及切向均受压，处于三向应力状态，在围岩中形成一个均匀压缩的连续承压区，其围岩强度得到提高，支撑能力也相应加大。因此，锚杆支护的关键在于获取较大的承压拱厚度和较高的强度，其厚度越大，越有利于围岩的稳定和支撑能力的提高。

 

　　三种锚杆支护作用机理的选择使用要依据不同地质条件下巷道顶板变形和围岩支护强度，无论单一的还是相互补充综合使用都要深入考虑围岩支护的作用。

 

　　3.深部矿井回风平巷锚杆支护方案设计

 

　　深部矿井回风平巷因复杂的地质条件，岩层压力大，巷道围岩变形量大，支架损坏严重，巷道维修困难。为了处理这些潜在的巷道片冒失稳等隐患，我们多采取锚杆支护的方式处理。回风平巷的支护方式不能是单一化的，也不是一次支护完成的，必须采用联合支护的方式解决巷道支护难的问题。

 

　　（1）若回风平巷服务期限长，岩层不稳定，破碎及风化非常严重，节理发育明显，伴有裂隙水，建议采取锚杆、金属网、可伸缩性支架、锚索四者联合的支护方式。

 

　　（2）若回风平巷服务期限较长，岩层稳定性较差，破碎及风化较严重，节理发育较明显，伴有裂隙水，建议采取锚杆、钢筋梯梁、金属网（或锚索）三者联合的支护方式。

 

　　（3）若回风平巷服务期限较长，岩层稳定性较差，破碎及风化较严重，节理发育较明显，伴有裂隙水，建议采取锚杆、钢筋梯梁、金属网（或锚索）三者联合的支护方式。

 

　　（4）若回风平巷服务期限短，岩层稳定性处于较好，无明显破碎，风化较弱，有小断层，建议采取锚杆、钢筋梯梁二者联合的支护方式，视岩层情况可增加金属网（或锚索）。

 

　　（5）若回风平巷刚刚服务不久，岩层稳定性好且坚硬完整，无破碎和风化现象，建议采取单体锚杆的支护方式，视岩层情况可增加金属网。

 

 

　　深部矿井回风平巷围岩的支护要充分考虑井下地质条件及生产条件，设计不同的锚杆支护方案。服务期限较长的巷道要及时封闭围岩，多采用锚网喷支护，对于以松碎为主的巷道多选用锚网索支护。通过采用以上完整的、符合要求的锚杆支护系统，深部矿井回风平巷顶板将稳定可靠，产生裂隙少，安全性高，应力集中少，为建设高产高效矿井提供安全保障同时也为资源开采回收利用提供了战略保障。