前言

 

　　我国许多矿井的开采或开拓逐步向深部延伸，随着开采深度的增加，地质情况复杂恶化、地应力增大、破碎岩体增多、地温升高、水头压力和涌水量加大，使巷道近场围岩有效应力增大，发生破坏失稳。以某矿8100采区为例予以叙述。该矿8煤采区轨道上山依次穿过顶板砂岩、泥岩、煤层，顶板岩石裂隙发育，小的构造较多，顶板及帮部易掉易冒，是一种标准的低强度破碎软岩。8101与8102采煤面标高均为-600m以下，所对应的轨道顺槽和胶带顺槽地应力大、破碎岩体多，并受风化基岩及以下砂岩含水层、太原组三灰含水层、八灰及其底板砂岩含水层、九灰及其底板砂岩含水层、十灰+岩浆岩含水层的影响，巷道地质情况复杂，使其支护难度增大。

 

　　１．１优化巷道位置。在设计时应根据煤系地层的岩性，合理选择巷道位置，尽可能避开软弱岩层；在地质勘探时应掌握岩石物理力学性质、岩石物理化学性质以及岩石水理性质、主应力的大小及方向，合理选层、选位，尽可能避让高应力区。

 

　　１．２合理选择支护断面。由于8100采区回采时间较短，巷道服务年限为至采区报废为止，综合各方面因素8100采区轨道上山施工断面选择为矩形，掘进断面10.44m2，巷道掘进荒宽3600mm，净宽3400mm，掘进荒高2900mm，净高2600mm，设计方位跟8煤顶板掘进。预留巷道空间，提高支护体结构强度，减少巷道维修，保证巷道正常使用。

 

　　１．３提高围岩强度。应针对不同围岩选择合适的加固方式。锚杆和注浆是两种最有效的加固围岩方式，能促使形成围岩加固的承载圈，充分发挥围岩的自承能力，阻止围岩的塑性流动。

 

　　１．４提高锚杆支护的预紧力，实现主动支护。锚杆支护系统的刚度十分重要，特别是锚杆预应力起着决定性作用。较高的预应力要求锚杆具有较高的强度。单根锚杆预应力的作用范围有限，必须通过托板、钢带和金属网等构件将锚杆预应力扩散到锚杆周围更大范围的围岩中，形成支护结构。

 

　　１．５及时封闭围岩。巷道支护经验是：治帮先治底，治底先治水。因此，对水的处理是保证软弱围岩稳定的基础工作，尤其对于含有黏土类矿物的膨胀型软岩，应首先隔水。巷道开挖后要及时喷射混凝土封闭，防止其受水和空气的影响而崩解和软化。

 

　　２采区巷道支护形式及参数选择

 

　　8100采区轨道上山为半煤岩巷，是运输设备、材料等物品的主要巷道和构成区段通风系统的主要巷道，服务年限到采区报废。支护分为临时支护和永久支护两部分：

 

　　２．１临时支护

 

　　采用金属前探梁作为临时支护，前探梁为3根不少于4米长的4寸钢管或者用不少于15kg/m的钢轨，随着掘进，如果顶板地质条件发生变化较为破碎时，要短掘短支。

 

　　２．２永久支护

 

　　采用锚、网、梯索喷联合支护到迎头。顶板岩性完好时，最大空顶距不大于1600mm，岩性较差时最大空顶距不大于800mm，支护后迎头最大空顶距不大于300mm。

 

　　锚杆选用是支护关键因素，预拉力锚杆使用广泛，支护效果理想。高强杆体材料屈服强度大于500MP。杆体直径20-22m；锚杆破断荷载200-300kN以上。

 

　　在8100采区轨道上山所采用的联合支护中，锚索可以有效限制围岩松动变形，使其保障巷道的整体稳定性良好。小孔径高强预应力锚索比较常用，作用原理是由稳定岩层作为锚索悬吊生根点，起到悬吊作用、预应力主动限制围岩松动变形。

 

　　28mm小孔径锚索技术，单根钢铰线，孔径15.24mm、28mm；锚杆钻机钻装，最大长度12m；最大锚固力260kN，预紧力100kN。直径17.8mm，破断力350kN；直径f18.96mm，破断力400kN。最近开发直径22mm，破断力达到500kN，同时进一步提高了索体的延伸率。

 

　　采用锚杆锚索联合支护提高锚杆支护的整体支护效果，防止巷道顶板的漏冒和两帮煤体的片帮。通过托板将其所承担的载荷有效地传递到锚杆上，并能协调锚杆的受力，发挥锚杆的整体支护作用，有效的提高锚杆锚固范围内围岩的连续性，有利于提高锚杆支护体系的整体支护强度。

 

　　同时8煤各巷道在使用联合支护中，8100采区轨道上山及其胶带上山由于服务年限要到采区报废为止，所以为其避免岩石风化破碎需要挂钢筋网喷浆来及时封闭围岩，同时做好巷道成型稳固工作。

 

　　根据8100采区轨道上山的围岩地质情况，锚杆采用Φ20×2400mm高强锚杆，间排距900×900mm。锚索采用Φ17.8×6300mm，间排距1800×2700mm。钢筋网Φ6mm钢筋焊接，经纬格100×100mm，网幅1000×1400mm和900×1700mm两种规格。

 

　　在岩性较差时巷道顶部和帮部采用W型钢带加强支护。

 

 

　　在煤矿的建设中应根据矿井巷道的实际地质状况来确定巷道及硐室的支护形式。锚杆等支护形式的布置随围岩条件发生变化时，其支护参数也应做相应改变，特别在地质构造地带，可考虑增加锚杆、锚索数量或辅以其它支护方式，甚至更改支护方式。

 

　　巷道锚杆支护设计新方法：

 

　　３．１地质力学评估

 

　　３．１．１进行巷道围岩地应力测试，确定原始地应力大小和方向

 

　　３．１．２进行巷道松动圈测试，确定围岩松动范围和巷道自身稳定性

 

　　３．１．３巷道3倍宽度范围内围岩的矿物成分化验分析，确定其遇水膨胀性

 

　　３．１．４该范围内巷道围岩物理力学性质测定，确定围岩强度

 

　　３．１．５巷道受构造及采动影响的剧烈程度及范围

 

　　３．２初始设计方法

 

　　通过计算机模拟分析、实验室模型模拟、经验类比、理论计算等方法初步确定巷道锚杆（网、索联合）支护型式和支护参数。

 

　　３．３现场施工与监测

 

　　在试验巷道按照初步支护设计方案掘进与支护，同时进行矿压监测，对支护结构可靠性监测，矿压观测包括：巷道收敛变形、顶板下沉量、两帮位移量、底臌量、锚杆或锚索受力状态。

 

　　３．４优化设计

 

　　分析矿压监测数据，评价、优化初步支护设计方案和参数，从而确定适合该矿条件的、安全、高效、节约的巷道支护方案，进行全面推广应用。