张代军（唐山开滦林西矿业有限公司，唐山063104）
摘要：简要介绍了开滦林西矿业公司目前采准巷道所应用的支护形式，并对各种支护形式的支护机理、施工方式及适用条件进行了分析总结，还附以施工实例，为类似围岩条件下巷道选择支护形式提供了经验借鉴。
关键词：深部；采准巷道；综合支护；技术
中图分类号：TD353文献标识码：A文章编号：1006-4311（2010）08-0195-02
0前言
开滦林西矿业公司矿井始建于1879年，1902年正式投产，是一座生产100余年的老矿井，现已开采至深部十一水平（－850m水平），埋藏深度达880m。随着矿井开采深度的不断增加，及在原保护煤柱和边角余煤进行储量挖潜，地压逐渐加大，巷道变形速度明显加快，支架损坏率增高，巷道维修量增大，复杂困难条件下的巷道支护问题已影响到矿井的正常生产和经济效益。为解决大采深、高应力、强底鼓等复杂困难条件下巷道支护这一难题，经不同区域不同巷道不同支护类型的试验，总结出一套煤巷综合支护技术，取得良好的经济和社会效益。
1预拉力锚梁网－锚索组合支护
1.1支护机理巷道开挖后，围岩中的应力状态由原来的三向应力转变为二向应力状态或低围压下的三向应力状态，此时顶板中垂直应力大为减小，水平应力急骤增大，这种应力分布状态，使巷道顶板稳定性大大降低。通过在顶板中镶入锚杆并对顶板施加一定的预紧力，使顶板岩层受水平应力作用时处于横向压缩状态，形成压力自撑结构，从而阻止顶板围岩体的破坏，消除离层，减缓两帮围岩的应力集中，达到维护围岩稳定的目的。锚索除具有锚杆的悬吊作用、组合梁作用外，还可以对顶板进行深部锚固而产生强力悬吊作用，并沿巷道纵轴线形成连续强支撑点，以大预紧力减缓顶板失稳岩体的扩容，把已组合的顶板和潜在冒落范围内的岩层同其周围稳定岩层区域联结起来，使相邻的锚杆、锚索作用力相互叠加，组合成一道岩梁。这个新的岩梁厚度成倍的增加，使顶板对煤帮的压力扩散到煤体深部，控制住片帮，维护顶板的稳定。
1.2支护材料。
1.3预拉力锚杆施工质量对支护作用的影响锚杆的预拉力与锚固力是两个完全不同的概念。锚杆的锚固力反映的是锚杆固结围岩的能力，实质是锚杆通过树脂锚固剂与孔壁围岩的粘结强度。锚杆的预拉力指的是锚杆对围岩的主动加载能力。预拉力锚杆支护的关键是通过锚杆及附属构件对围岩施加外力，使锚固范围内的顶板受水平应力作用处于横向压缩状态，形成自撑结构，在维护自身稳定的同时能承受上部载荷，维护岩体的连续、稳定。锚杆预拉力的大小对顶板的稳定性具有重要作用，当预拉力大到一定程度时，锚固范围内及锚固长度以外的围岩不存在离层破坏。
目前锚杆支护普遍使用树脂锚固剂锚固，要想使锚杆有较大的预拉力，锚杆施工质量要得到保证。施工过程中，如果托盘不能与岩面贴紧，将降低或没有预拉力；如果锚杆杆体与岩面不垂直，因为产生分力的原因，会降低预拉力。树脂锚固剂的搅拌时间对其性能影响较大，搅拌时间不足或过长，会使锚固剂的固化剂与催化剂反应不充分或已凝固后又遭破坏，使锚杆预拉力很小或没有预拉力，不能及时控制巷道变形。
根据以上分析，为了达到预拉力锚杆支护的最佳效果，必须从抓施工入手，保证锚杆支护质量。
1.4工程监测锚杆支护是一项隐蔽工程，为了能直观的显示巷道支护及变化情况，必须对其进行工程监测。监测的主要内容有顶板离层及巷道表面移近量。顶板离层是指巷道服务期内顶板岩层中一点与其正上方一定深度岩层中某点的相对位移量，一般将离层划分为锚杆锚固范围内顶板离层和锚固范围外顶板离层。目前普遍使用双高度顶板离层指示仪对顶板锚固范围内及锚固范围外离层情况进行观测，以便及早发现顶板失稳的征兆，便于及时采取加固措施。
实际使用中存在如何界定顶板离层界限的问题。顶板离层界限是指锚杆支护巷道在正常使用情况下所允许的顶板离层范围。超过这一范围意味着顶板将处于非稳定状态，应及时采取相应的补强措施。否则，顶板离层将进一步加剧，最终导致巷道的失稳破坏。
通过对我公司矿井多年的观测数据进行统计分析，得到了各煤层的临界离层值，并已用于现场指导。
1.5提高锚杆支护安全可靠性的措施从现场来看，锚杆支护巷道的破坏通常是由于顶板变形时不能及时有效的采取补强措施，使局部围岩破坏造成锚杆失效，从而引起更大范围的破坏。因此提高锚杆支护安全可靠性需解决好以下几个问题：①采用科学合理的动态设计方法。实际工作中，理论计算作为支护设计的主要参考依据，辅以工程类比、巷道动态监测，并根据监测信息及时优化支护参数，使巷道支护最大限度的接近顶板支护的实际要求。②保证锚杆施工质量，提高锚杆预拉力。通过提高工人的操作水平、加强施工现场管理、组织不定期抽检的方式，促进锚杆安装质量，充分发挥预拉力锚杆在支护体系中的作用。③加强煤巷锚杆支护工程监测。充分发挥监测作用，以监测数据分析结果作为判断巷道安全可靠性和采取补强支护的依据。
1.6应用林西矿业公司在9东及10东区域各个工作面，如9192－1、9192－2、9192－3、9192－4、0093中、0192中、0091下等工作面，以及二次抽条开采工作面，如9194中面、9192中面等，均使用了锚梁网—锚索组合支护技术，取得良好的支护和经济效果。
2锚梁网－拱型支架联合支护
2.1支护原理锚梁网－拱型支架联合支护是在锚梁网支护的基础上，辅以金属可缩性拱型支架补强支护，是将锚杆的主动支护与拱型支架的支撑式支护相结合的一种支护工艺，目的是应用拱型支架支撑式支护的特点，对顶板采取预防性的支护，并通过棚腿控制两帮煤体移近和防止煤帮松动后大面积片冒对顶板造成影响，避免巷道的稳定性降低或失稳破坏。
2.2施工方式随巷道掘进首先安设锚杆，及早起到防止围岩失稳的作用，然后根据顶板稳定性确定拱型支架的架设时间。如果顶板稳定性较差，在安设锚杆后随即在两排锚杆之间架好支架；如顶板比较稳定，则可滞后一定距离再架设支架。
2.3应用联合支护的条件①过上覆煤层煤柱应力集中区域时；②过地质构造、高应力区域时；③煤体两帮侧压和移近量较大时；④煤巷顶板为复合顶板或复杂结构顶板时；⑤锚杆巷道顶板离层值达到临界值时。
2.4该支护方式的优越性①利用锚梁网支护使顶板形成组合梁，形成自撑结构，并在维护自身稳定的同时承受上部载荷。②利用拱型支架补强支护，防止顶板离层破坏后突然坍塌冒顶，同时起到控制两帮移近量和防止煤帮片冒的作用。
2.5支护实例1081上面风道局部处于7煤层煤柱集中应力区内，预计压力较大。为有效维护巷道的稳定，设计采用锚梁网—拱型支架联合支护方式。
顶部采用5根?准22×2200mm右旋等强锚杆支护，间排距800mm，用2卷CK2335树脂锚固剂锚固，并配合?准18mm建筑螺纹钢钢筋梁。煤帮采用?准21×2200mm管式锚杆配合?准12mm圆钢钢筋梁支护，上帮4根，下帮3根，每根帮锚杆采用2卷CK2335树脂锚固剂锚固。支架采用10.4m2拱型支架，棚距0.8m。
通过工程实践，很好的解决了煤柱集中应力区域内的支护难题，保证了巷道的有效断面，减缓了巷道的变形，达到预期目的。
3拱型支架背网加帮锚杆支护
3.1支护方式的由来在巷道掘进实践中，采用锚梁网－拱型支架联合支护时，由于锚网巷道断面一般呈斜顶梯形（平巷）或平顶矩形（上山），而拱型支架顶部为拱形，所以在巷道顶部两种支护方式不能很好的配合进行承载，通常是锚梁网支护方式先承担大部分载荷，而拱型支架由于被动支护的特点只承担小部分载荷。锚梁网支护的顶板岩层在大载荷的压力下出现下沉，进而顶板压力直接作用于支架，而支架拱形部分与顶板呈点接触状态，故容易被压变形，甚至支架被损坏。为解决这个问题，通过现场实践，取消锚网支护中的顶锚杆，保留帮锚杆，取得较好的支护效果，从而形成拱型支架背网加帮锚杆的支护形式。
3.2支护形式及应用根据背板的材质分为两种支护形式：①普通支护形式：顶部插背松木背板，两帮依靠帮锚杆支护不再插背。主要应用于采准巷道。②全铁支护形式：顶部插背铁背板，两帮依靠帮锚杆支护不再插背。主要应用于半永久巷道和永久巷道。
3.3该支护的优越性①依靠帮锚杆有效控制两帮侧压和移近量，保证巷道断面。②减除背板的刚性支护，利用帮锚杆护帮起到让压支护的作用。③依靠帮锚杆的抗剪能力切断或减弱由两帮向底板传递的高应力，有效的防止巷道底鼓。④控制煤帮，防止松动圈继续扩大，保证煤帮的整体性和有效承载能力。⑤利用U型钢拱型支架顶部为拱形，其抗压能力和抗扭能力较强的特点来支护巷道顶板。
3.4支护实例1920皮带巷为一条半永久运输巷道，服务年限较长。巷道采用10.4m2拱型支架支护，棚距0.8m。全断面背金属网，网规格1.0×4.5m（网格45×45mm）。上帮打4根，下帮打3根帮锚杆，间排距800mm。采用?准21×2200mm的管式锚杆配合?准12mm圆钢钢筋梁支护，用2卷CK2335树脂锚固剂锚固。顶部插背铁背板（1.0×0.2m），两帮依靠帮锚杆支护，不再插背。自施工结束后已使用8个月，根据观察，巷道变形量很小，支护效果良好。
4大断面交岔点支护
4.1支护方式大断面巷道交岔点范围大，顶板暴露面积大，支护困难，如果支护不力，很容易造成顶板事故，因此，巷道交岔点是巷道支护中的关键部位，而且由于顶板暴露面积大，在架设拱型支架插梁式抬棚过程中存在较大的安全隐患。为了快且安全的对大断面巷道交岔点进行有效、可靠的支护，通过现场实践找到了一种支护大断面交岔点的方法：锚梁网－拱型支架插梁式抬棚联合支护。
4.2施工方法第一步：先采用锚梁网－拱型支架联合支护掘进通过交岔点范围，必要时可加打锚索加强支护顶板；原为拱型支架支护的巷道则可以在支架间补打顶锚杆加强支护。第二步：在交岔点架设拱型支架插梁式抬棚，与锚梁网一起对大交岔点顶板形成联合支护。
4.3优点①通过锚梁网支护可有效控制住大断面交岔点处的顶板，保证架设拱型支架插梁式抬棚时的安全。②锚梁网与拱型支架插梁式抬棚联合支护可有效控制大断面交岔点范围内的顶板，减小该范围的变形。③为以后维修或套修拱型支架插梁式抬棚创造了有利条件。
4.4施工实例1123中运为1123中面运输平巷，该巷道直接顶岩性为炭质泥岩，节理、裂隙发育，酥脆易碎，单向抗压强度为20MPa，并且开门位置处于煤柱集中应力影响范围。在架设中运开门抬棚时，先在抬棚范围内的棚档顶板加打锚杆，每排打5根，采用?准22×2200mm右旋等强锚杆，间排距800mm，并配合?准18mm建筑螺纹钢钢筋梁加强支护，然后再架设10.4m2拱型支架插梁式抬棚。
从施工和使用情况看，该支护方式既保证了施工过程中顶部的安全稳定，又实现了大断面巷道交岔点顶板的补强支护，达到了维护大断面巷道交岔点稳定的目的。
5结束语
开滦林西矿业公司通过推广应用巷道综合支护技术，有效的解决了深部巷道支护困难、破坏严重、维修量大的难题，保证了巷道的安全稳定，减少了巷道维修和套修量，降低了巷道综合支护成本，取得良好的经济和社会效益，具有较高的应用和推广价值。