李杰LI Jie

（冀中能源峰峰集团孙庄采矿公司，邯郸 056200）

（Jizhong Energy Fengfeng Group Sunzhuang Mining Company，Handan 056200，China）

1 工程条件概述

本区煤层结构复杂，含有1～2 层夹矸，夹矸厚度0.1m～0.8m，平均0.5m，该层夹矸将煤层分为两层，夹矸以上的煤层为顶大煤，厚度0～1.0m，平均0.7m，夹矸以下的煤层为底大煤，厚度1.7m～3.2m，平均2.3m，煤层走向随向斜轴变化而变化，走向由NE 转SE，形态为半圆弧型。倾角最大30°，最小15°，平均21°。煤层顶板为3.6m 黑灰色砂页岩，老顶为6.2m 左右灰白色粗粒砂岩；底板为0.8m炭质泥岩，再往下为1.4m 铝土质泥岩和7.0m 左右的砂页岩互层。

2 支护设计和支护工艺

2.1 支护设计 当顶板发生破碎状况之时，使用9.8m225 型U 钢支护，下净宽4.2 米，巷道中净高2.4 米，煤巷棚距0.8 米，岩巷棚距1.0 米，顶铺塑网、板皮裱背严实，连网绳距0.2 米，板皮背距0.3 米。如图1 所示，是9.8m225 型U 钢断面图。

图1 9.8m225 型U 钢断面图

当顶板完好之时则使用锚网索支护。具体的支护方式是：在巷道中线位置每排打设两根锚索，其中锚索之间的距离和每排之间的距离都保持为1.6 米。并且在锚索两侧相距一米处分别打设一根2.4 米的金属锚杆，配合梯子梁金属网对顶板进行联合支护。锚杆每排只需要六根，并且每排之间保持800mm×1600mm 的距离。

当工广煤柱运输巷和回风眼在经过断层之时，则使用25 型7.79m2U钢支护，净宽3.6 米，中净高2.4 米，煤巷棚距0.8米，岩巷棚距1.0 米，顶帮铺设板皮塑料网裱褙，板皮背距0.3，连网绳距0.2 米，卡缆间距0.4 米。如图2 所示就是25 型7.79m2U 钢支护断面图。

图2 25 型7.79m2U 钢支护断面图

2.2 支护工艺

2.2.1 确定锚杆支护参数 对锚杆长度的计算可以根据公式：LD=b1+LD1+LD2

其中bl 表示巷道顶板潜在冒落拱的高度，取值1.58米，LD1 表示杆体锚固长度，取值0.3 米，LD2 表示杆尾外露的长度，在这里取值0.1 米。则得出的锚杆长度是1.98米。再根据《煤巷树脂锚杆支护设计规范》当中的内容，并且结合实际工程情况和长期的支护经验，最终锚杆长度选择2.4 米。

针对顶板锚杆每排之间的距离可以依据以下公式进行计算：SD=π Z[Z(a+b1)/ab1]1/2

以上式子当中Z 表示锚杆埋入的深度，取值一厘米。那么最后得出的排距是0.8 米。

计算每一排锚杆的数量，先假设数量为N，那么：

N=n.Q.SD/PD

其中PD 表示的是排距，取值0.8 米，Q 表示顶板岩层的压力，取值156.7kN/m，n 表示安全系数，取值2.5，最终得出需要的锚杆数量是五根。再结合工程实际情况和经验借鉴，最终确定排距和间距均取值800 毫米。

2.2.2 帮锚杆的参数确定 其中顶锚杆使用直径达到200 毫米的左旋螺纹钢，长度为2400 毫米。每排之间的距离和锚杆之间的距离均选择800 毫米，并且在安装之时注意倾斜度，上下角锚杆均需要向顶底板方向取值十五度的倾斜角，而且上角锚杆和顶板之间的距离最好低于250 毫米。锚固剂选用K2335 和Z2335 型树脂药卷各一个，以提高施工速度和质量。

2.2.3 锚索支护参数的确定 使用锚索长度计算公式可以得出锚索的长度取值3.38 米，结合实际情况改用6 米的锚索。在安装锚索之时，根据煤巷的具体情况，在顶端每排需要两根锚索，每排之间的距离保持为1.6 米，锚索之间距离1.2 米。并且每根锚索还需要配置300×300×14mm 的钢托板，所有的锚索依据中线的位置呈对称分布状态。

3 松软顶底板煤巷围岩锚固支护机理

3.1 锚杆的支护作用 ①锚杆的使用能够起到增强岩层的强度的作用，尤其是对于强度较低的煤体能够起到极大巩固作用。由于煤顶底板岩层较为松软，在掘进开始之后巷道会因为各种因素而使得塑性变形。因此必须使用锚杆对这种容易产生塑性变形，以及破碎煤岩力学性质加以改变，最终增强强度，达到掘进要求。②在拉应力和剪应力的作用之下，两帮的煤体会受到一定的破坏，锚杆可以在一定程度改变应力状态。保障在两个作用力的条件之下，岩层的抗力能力得到提高。③通过锚杆的使用能够有效的提高不连续面的抗剪强度，使松软的岩层整体的应力状态有所改善，提高其强度、完整性以及稳定性。减少由于岩层的变形而造成的破坏情况。④锚索和锚杆共同作用，将锚杆支护形成的次生承载层和围岩的主承载层相连，充分调动围岩深部的承载力，从而提高整体支护的牢固性和稳定性。

3.2 顶帮锚杆的支护作用 使用Flac3D软件针对煤巷的锚杆支护、锚索支护、巷道无支护，三种不同的支护条件之下分析围岩锚固支护机理。通过分析，如图3 可以得出结论：当使用锚杆作为支护之时，受到锚杆影响较大的区域下沉位移量很小，反之则随着时间的推移渐渐恢复成为没有支护之下的状态。而当使用锚网索进行支护之时，有效的转变了只单独使用锚杆支护之时的状况，顶板整体的下沉量都得到控制。并且和锚杆之间形成作用叠加的状态，形成一个拱形支护结构。

图3 无支护、锚杆支护、锚索支护图

通过三种支护条件下的主应力分布特征可以得出，使用了锚杆或者锚索的条件之下，其所夹持的区域应力集中现象明显加强，这个夹持作用让原本可能发生离层状况的顶板分层形成一个整体。如果将所有锚杆周围的夹持体连为一个整体，则可以看做将顶板分层的厚度整体增加，相应的提高刚度，保障了支护的有效性。而且锚索的作用能够充分调动巷道深部围岩强度，使得支护效果得以提高。由此可见在锚杆、锚索、金属网共同作用之下，支护效果最佳。

3.3 底角锚杆支护作用 使用两种支护方式，第一种是顶板锚杆和两帮锚杆的支护方式，第二种是将第一种方式再添加底角锚杆支护的方式。通过模拟对比可以得出结论，使用第一种方式之时，下沉量、底鼓量和两帮的位移情况都比较严重。而使用第二种方式，虽然在下沉量和位移情况两者之上的转变细微，但有效的控制了底鼓量状况。由此可知，使用第二种方式能够更加有效的达到支护效果。

4 结束语

综上所述，因为大变形软岩对煤巷的掘进活动影响颇大，所以必须注意支护问题。以上采用了锚网索联合的技术以达到支护效果，通过对比得知选择使用锚杆和锚网索共同作用效果最佳。而且在设计支护参数之时必须严格按照相关规范进行，并且结合实际情况和成功经验的借鉴，以便于达到最佳的支护效果。

[1]秦广鹏,蒋金泉,孙森,夏均民.大变形软岩顶底板煤巷锚网索联合支护研究[J].采矿与安全工程学报,2012,02:209-214.

[2]田勇.大断面软岩煤巷的支护与分析[D].内蒙古科技大学,2012.

[3]王博.大变形巷道锚网索支护研究与应用[D].西安科技大学,2010.

[4]董健涛.回采巷道锚网索支护解除的力学机理与应用研究[D].中国矿业大学,2009.

[5]李利峰.梁北煤矿特软煤巷锚固支护技术研究[D].河南理工大学,2010.