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摘 要：南屯煤矿深部开采地应力大，矿井煤巷原有传统的支护方式不能满足安全生产需要。利用锚网梯索联合支护能主动、有效的强化围岩强度和保持围岩稳定。经过现场研究应用此方法可行、有效。可在其它矿井相同或相近条件下推广应用。
关键词：矿井深部；煤巷；锚网梯索联合支护；矿压；离层
1概况
南屯煤矿深部开采地应力大，矿井煤巷原有传统的支护方式不能满足安全生产需要。在煤巷支护技术方面，现已逐步发展并形成了各种支护系列技术；特别是近年来锚索技术的发展十分迅速，已经成为矿井深部松软岩（煤）巷道支护的重要技术，其独特优点是把深部围岩强度调动起来，和浅部支护岩体共同作用，控制巷道稳定性；利用锚网梯索联合支护能主动、有效强化围岩强度和保持围岩稳定，有施工简单、成本较低、安全可靠、改善作业环境等优点，但是，长期以来，锚网梯索支护参数一直以其他煤矿的经验为主，没有针对本矿的具体地质条件和开采条件进行科学合理的锚网梯索支护设计。因此，带有较大的盲目性，导致支护设计参数缺乏科学依据，给矿井的安全生产带来隐患。经过本文论述煤巷锚网梯索支护的研究与应用，有依据说明南屯煤矿深部煤巷采用锚网梯索联合支护技术是可行、有效的。
2 煤巷锚网梯索支护 参数选择
2.1 试验巷道地质概况
该巷道为9308下顺槽，该区内赋存一个可采煤层（3上煤层），煤层最大厚度 5.2m，最小厚度3.58m，平均厚度4.39m；煤层老顶为中砂岩（硅质胶结），均厚12.0m， 坚硬。直接顶为中砂岩（泥质胶结），均厚2.2m；煤层直接底为粉砂岩，均厚0.6m，老底为粉砂岩，均厚2.8m。煤层倾角16°。
2.2 支护方案依据
在借鉴其它煤矿经验的基础上，结合我矿的具体情况，以地应力现场实测值为基础，总结研究出“地质力学评估-初始设计-现场监测-信息反馈-修改设计”的动态设计方案，使锚杆参数设计科学合理，方便操作。
煤巷锚杆支护与传统的岩巷锚网喷支护体系有着本质的区别，煤巷锚杆支护技术的主要特点是全長锚固的大杆径、高强度组合式锚杆支护体系。由表1可知超高强度的直径22mm锚杆杆体的破断强度极限可达306kN。
表1高强度锚杆实测力学性能指标
使用左旋无纵筋螺纹钢锚杆杆体，配合不同凝胶时间的系列化树脂锚固剂，（见表2）可以实现锚杆杆体的全长锚固或加强锚固，使锚杆的锚固强度达到或超过锚杆杆体的极限强度，提高对巷道围岩的加固效果。
表2常见树脂锚固剂技术特征
煤巷锚杆支护技术的另一特点是采用锚索、钢带、金属网等组合形式，把单一的锚杆组合成整体结构，形成空间力系，对围岩起到有效的整体加固作用。
2.3 支护方案选择
因观测巷道为矿井深部，根据锚网梯索联合支护原理和该巷道具体条件，决定采用锚杆+锚索+钢带+金属网联合支护方式(见图1)。
2.3.1锚杆：顶部采用Ф22×2500mm左旋无纵筋超高强螺纹钢锚杆，帮部使用Ф20×2200mm左旋无纵筋螺纹钢超高强锚杆。钻孔：Ф28mm、Ф32mm。顶部锚杆孔深度：2450mm，帮锚杆孔深度：2150mm。顶、帮部锚杆间排距分别为840mm ×800mm（±100mm）； 900mm ×800mm（±100mm）。顶、帮部锚杆分别布置6根、 4根。
2.3.2托盘：采用工字钢或厚度为10mm的Q335钢板加工的托盘，规格：150×150×10mm。
2.3.3钢筋梯：Ф10mm钢筋全焊工艺制成，使用3600×70mm五孔均分钢筋梯。
2.3.4金属网：顶、帮部分别使用机织10＃铁丝3700×1000mm、 3000×1000mm菱形网。
2.3.5锚固剂：顶部金属锚杆配CK25100型树脂锚固剂， 1支/孔；帮部金属锚杆配CK2880型树脂锚固剂，1支/孔。
2.3.6锚索：设计锚索长度要求确保锚固到稳定岩层中的长度不小于1.0m。根据顶板岩性及工程类比法，确定锚索选用Φ18×5500mm高强度低松弛预应力钢绞线及配套锁具，托盘由Q235A钢板制作，规格为300×300×20mm。锚索设计预应力不小于80kN，设计锚固力不小于180 kN。孔径：Ф28mm。孔深：5250±100mm。顶部锚索配CK25100型树脂锚固剂， 2支/孔。锚索间距2000mm排距2000mm每排两根，呈正方形布置。
图1巷道断面支护简图（单位：mm）
支护参数设计是巷道支护设计实现定量决策的关键所在。当支护型式确定以后，参数设计正确与否，直接影响到支护效果和经济效益。当支护参数所提供的支护强度不够，即使支护型式是合理的，也可能控制不住巷道围岩的严重变形和破坏，最终导致巷道维修，影响正常生产和经济效益；当支护参数设计得过于保守，虽然能保证巷道在服务期间的稳定状况，但支护成本必然偏高。因此，科学地寻找支护参数设计在安全和经济这两方面之间的最佳结合点，对安全生产和经济效益的意义也是显而易见的。
2.4 试验巷道矿压观测及结果分析
通过对在该巷道内所设置的巷道顶板离层监测仪、表面位移量、锚杆、锚索受力动态监测等矿压观测仪器，研究分析该观测结果，以检测锚网梯索在该围岩条件下适应性，检测本试验方案支护参数设计是否合理，为该矿区的支护设计优化提供技术参考和技术参数。
2.4.1矿压观测结果
（1）表面位移量观测。Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ测点顶板和两帮变形与时间关系曲线参见图2。
图2 巷道变形与时间曲线 a.顶板变形；b.两帮变形
（2）锚杆受力观测。顶部和帮部锚杆受力与时间关系曲线参见图3。
图3 锚杆受力与时间曲线 a．顶锚杆； b.帮锚杆
（3）锚索受力观测。锚索受力与时间关系曲线如图4所示。
图4 锚索受力与时间关系曲线
2.4.2观测结果分析 （1）锚网梯支护效果。对表面位移观测的结果为Ⅱ测点因受采动影响，所以变形量较大，其中顶板下沉175mm，两帮移近218mm和102mm，在巷道掘完后约16d，基本趋于稳定，说明此种支护基本合理．从观测到的锚杆受力情况看，都发挥了积极作用，以人工设置改善提高了围岩整体性能，促使围岩形成组合梁、加固拱，以围岩自身的稳定性去承受地压。这是一种积极主动的方式，与架棚有根本区别，从效果看，也优于架棚。随着采面的推进，对架棚段的Ⅰ号测点进行了观测，顶板下沉量达到362mm，两帮移近451mm，部分架棚段已发生顶板冒落，棚梁压弯，棚腿变形，片帮加剧，采用锚网梯支护，即使在经受采动压力和侧向支承压力煤柱压力联合作用下，顶、帮仍具有较高的强度抵抗外力，保持自稳，当受采动影响时，顶锚杆承受了100kN左右的力，帮锚杆承受了80kN左右的力。有效阻止了锚杆锚固范围的顶板离层和煤壁片帮。通过测力锚杆，还分别获得了锚杆所承受的径向力和轴向力，锚杆提供的轴向力增加了頂板各岩层间的摩擦力，阻止了层间的离层锚动，锚杆径向力表明锚杆本身有一定抗剪切能力，提高了顶板抵抗外力维持稳定的能力。
（2）锚索支护效果锚索在整个支护体系中，发挥了及其重要作用。Ⅱ测点的锚索力最大达到150kN，这表明锚索已承担来自上覆岩层的载荷。锚索附近的离层指示仪读数为17mm，已进入警戒范围。说明锚杆锚固范围的岩层已同上部稳定岩层发生离层，这种离层下沉若不能有效控制，必须会发展成冒落，锚索的作用正是在离层岩层与上部老顶间建立联系，阻止直接顶下沉，维护上覆岩层的整体结构。在本次试验之前，也曾在此条巷道中进行过锚网支护试验，随着时间的延长和采面的推进，其顶板下沉量最大达297mm以上，为确保安全，又对其部分地段进行架棚，即使如此，顶板仍不断下沉。本次试验，采取锚索支护做为补强措施，Ⅲ、Ⅳ测站的锚索受力稳定，只在很小的幅度内波动；顶板离层值亦不大，都控制在安全范围内．说明锚索作为一种主动支护，能平衡潜在垮落范围内岩层所受载荷，阻止其垮落，进一步增加了围岩的承载能力。
2.4.3 实验结论
该巷道采用锚网梯索联合支护后，围岩最终变形为：顶板下沉量175mm，两帮相对移近量197mm，巷道完好，只是在巷道帮部局部出现轻微破坏。因此，实验数据显示：本次试验在支护参数设计上做到了安全和经济两方面的最佳结合点，对安全生产和经济效益的意义也是举足轻重的。这充分说明在南屯煤矿深部煤巷中采用锚网梯索联合支护技术是可行、有效的。
3 结论
南屯煤矿深部煤巷锚网梯索支护属于“主动”支护方式，有利于加固和提高围岩强度，保持巷道围岩的长期稳定。与传统棚式支架相比，锚网梯索支护可以节约大量钢材，降低生产成本，减少运输和装卸支架的大量工作量，特别是减少了工人的劳动强度，改善了作业环境，为实现南屯煤矿高产高效创造了有利条件。
关键词：矿井深部；煤巷；锚网梯索联合支护；矿压；离层
1概况
南屯煤矿深部开采地应力大，矿井煤巷原有传统的支护方式不能满足安全生产需要。在煤巷支护技术方面，现已逐步发展并形成了各种支护系列技术；特别是近年来锚索技术的发展十分迅速，已经成为矿井深部松软岩（煤）巷道支护的重要技术，其独特优点是把深部围岩强度调动起来，和浅部支护岩体共同作用，控制巷道稳定性；利用锚网梯索联合支护能主动、有效强化围岩强度和保持围岩稳定，有施工简单、成本较低、安全可靠、改善作业环境等优点，但是，长期以来，锚网梯索支护参数一直以其他煤矿的经验为主，没有针对本矿的具体地质条件和开采条件进行科学合理的锚网梯索支护设计。因此，带有较大的盲目性，导致支护设计参数缺乏科学依据，给矿井的安全生产带来隐患。经过本文论述煤巷锚网梯索支护的研究与应用，有依据说明南屯煤矿深部煤巷采用锚网梯索联合支护技术是可行、有效的。
2 煤巷锚网梯索支护 参数选择
2.1 试验巷道地质概况
该巷道为9308下顺槽，该区内赋存一个可采煤层（3上煤层），煤层最大厚度 5.2m，最小厚度3.58m，平均厚度4.39m；煤层老顶为中砂岩（硅质胶结），均厚12.0m， 坚硬。直接顶为中砂岩（泥质胶结），均厚2.2m；煤层直接底为粉砂岩，均厚0.6m，老底为粉砂岩，均厚2.8m。煤层倾角16°。
2.2 支护方案依据
在借鉴其它煤矿经验的基础上，结合我矿的具体情况，以地应力现场实测值为基础，总结研究出“地质力学评估-初始设计-现场监测-信息反馈-修改设计”的动态设计方案，使锚杆参数设计科学合理，方便操作。
煤巷锚杆支护与传统的岩巷锚网喷支护体系有着本质的区别，煤巷锚杆支护技术的主要特点是全長锚固的大杆径、高强度组合式锚杆支护体系。由表1可知超高强度的直径22mm锚杆杆体的破断强度极限可达306kN。
表1高强度锚杆实测力学性能指标
使用左旋无纵筋螺纹钢锚杆杆体，配合不同凝胶时间的系列化树脂锚固剂，（见表2）可以实现锚杆杆体的全长锚固或加强锚固，使锚杆的锚固强度达到或超过锚杆杆体的极限强度，提高对巷道围岩的加固效果。
表2常见树脂锚固剂技术特征
煤巷锚杆支护技术的另一特点是采用锚索、钢带、金属网等组合形式，把单一的锚杆组合成整体结构，形成空间力系，对围岩起到有效的整体加固作用。
2.3 支护方案选择
因观测巷道为矿井深部，根据锚网梯索联合支护原理和该巷道具体条件，决定采用锚杆+锚索+钢带+金属网联合支护方式(见图1)。
2.3.1锚杆：顶部采用Ф22×2500mm左旋无纵筋超高强螺纹钢锚杆，帮部使用Ф20×2200mm左旋无纵筋螺纹钢超高强锚杆。钻孔：Ф28mm、Ф32mm。顶部锚杆孔深度：2450mm，帮锚杆孔深度：2150mm。顶、帮部锚杆间排距分别为840mm ×800mm（±100mm）； 900mm ×800mm（±100mm）。顶、帮部锚杆分别布置6根、 4根。
2.3.2托盘：采用工字钢或厚度为10mm的Q335钢板加工的托盘，规格：150×150×10mm。
2.3.3钢筋梯：Ф10mm钢筋全焊工艺制成，使用3600×70mm五孔均分钢筋梯。
2.3.4金属网：顶、帮部分别使用机织10＃铁丝3700×1000mm、 3000×1000mm菱形网。
2.3.5锚固剂：顶部金属锚杆配CK25100型树脂锚固剂， 1支/孔；帮部金属锚杆配CK2880型树脂锚固剂，1支/孔。
2.3.6锚索：设计锚索长度要求确保锚固到稳定岩层中的长度不小于1.0m。根据顶板岩性及工程类比法，确定锚索选用Φ18×5500mm高强度低松弛预应力钢绞线及配套锁具，托盘由Q235A钢板制作，规格为300×300×20mm。锚索设计预应力不小于80kN，设计锚固力不小于180 kN。孔径：Ф28mm。孔深：5250±100mm。顶部锚索配CK25100型树脂锚固剂， 2支/孔。锚索间距2000mm排距2000mm每排两根，呈正方形布置。
图1巷道断面支护简图（单位：mm）
支护参数设计是巷道支护设计实现定量决策的关键所在。当支护型式确定以后，参数设计正确与否，直接影响到支护效果和经济效益。当支护参数所提供的支护强度不够，即使支护型式是合理的，也可能控制不住巷道围岩的严重变形和破坏，最终导致巷道维修，影响正常生产和经济效益；当支护参数设计得过于保守，虽然能保证巷道在服务期间的稳定状况，但支护成本必然偏高。因此，科学地寻找支护参数设计在安全和经济这两方面之间的最佳结合点，对安全生产和经济效益的意义也是显而易见的。
2.4 试验巷道矿压观测及结果分析
通过对在该巷道内所设置的巷道顶板离层监测仪、表面位移量、锚杆、锚索受力动态监测等矿压观测仪器，研究分析该观测结果，以检测锚网梯索在该围岩条件下适应性，检测本试验方案支护参数设计是否合理，为该矿区的支护设计优化提供技术参考和技术参数。
2.4.1矿压观测结果
（1）表面位移量观测。Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ测点顶板和两帮变形与时间关系曲线参见图2。
图2 巷道变形与时间曲线 a.顶板变形；b.两帮变形
（2）锚杆受力观测。顶部和帮部锚杆受力与时间关系曲线参见图3。
图3 锚杆受力与时间曲线 a．顶锚杆； b.帮锚杆
（3）锚索受力观测。锚索受力与时间关系曲线如图4所示。
图4 锚索受力与时间关系曲线
2.4.2观测结果分析 （1）锚网梯支护效果。对表面位移观测的结果为Ⅱ测点因受采动影响，所以变形量较大，其中顶板下沉175mm，两帮移近218mm和102mm，在巷道掘完后约16d，基本趋于稳定，说明此种支护基本合理．从观测到的锚杆受力情况看，都发挥了积极作用，以人工设置改善提高了围岩整体性能，促使围岩形成组合梁、加固拱，以围岩自身的稳定性去承受地压。这是一种积极主动的方式，与架棚有根本区别，从效果看，也优于架棚。随着采面的推进，对架棚段的Ⅰ号测点进行了观测，顶板下沉量达到362mm，两帮移近451mm，部分架棚段已发生顶板冒落，棚梁压弯，棚腿变形，片帮加剧，采用锚网梯支护，即使在经受采动压力和侧向支承压力煤柱压力联合作用下，顶、帮仍具有较高的强度抵抗外力，保持自稳，当受采动影响时，顶锚杆承受了100kN左右的力，帮锚杆承受了80kN左右的力。有效阻止了锚杆锚固范围的顶板离层和煤壁片帮。通过测力锚杆，还分别获得了锚杆所承受的径向力和轴向力，锚杆提供的轴向力增加了頂板各岩层间的摩擦力，阻止了层间的离层锚动，锚杆径向力表明锚杆本身有一定抗剪切能力，提高了顶板抵抗外力维持稳定的能力。
（2）锚索支护效果锚索在整个支护体系中，发挥了及其重要作用。Ⅱ测点的锚索力最大达到150kN，这表明锚索已承担来自上覆岩层的载荷。锚索附近的离层指示仪读数为17mm，已进入警戒范围。说明锚杆锚固范围的岩层已同上部稳定岩层发生离层，这种离层下沉若不能有效控制，必须会发展成冒落，锚索的作用正是在离层岩层与上部老顶间建立联系，阻止直接顶下沉，维护上覆岩层的整体结构。在本次试验之前，也曾在此条巷道中进行过锚网支护试验，随着时间的延长和采面的推进，其顶板下沉量最大达297mm以上，为确保安全，又对其部分地段进行架棚，即使如此，顶板仍不断下沉。本次试验，采取锚索支护做为补强措施，Ⅲ、Ⅳ测站的锚索受力稳定，只在很小的幅度内波动；顶板离层值亦不大，都控制在安全范围内．说明锚索作为一种主动支护，能平衡潜在垮落范围内岩层所受载荷，阻止其垮落，进一步增加了围岩的承载能力。
2.4.3 实验结论
该巷道采用锚网梯索联合支护后，围岩最终变形为：顶板下沉量175mm，两帮相对移近量197mm，巷道完好，只是在巷道帮部局部出现轻微破坏。因此，实验数据显示：本次试验在支护参数设计上做到了安全和经济两方面的最佳结合点，对安全生产和经济效益的意义也是举足轻重的。这充分说明在南屯煤矿深部煤巷中采用锚网梯索联合支护技术是可行、有效的。
3 结论
南屯煤矿深部煤巷锚网梯索支护属于“主动”支护方式，有利于加固和提高围岩强度，保持巷道围岩的长期稳定。与传统棚式支架相比，锚网梯索支护可以节约大量钢材，降低生产成本，减少运输和装卸支架的大量工作量，特别是减少了工人的劳动强度，改善了作业环境，为实现南屯煤矿高产高效创造了有利条件。