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摘要：本文介绍了“锚网索+U型棚”联合支护机理以及锚网索支护的基本准则和方法等，对锚网索+U型棚”联合支护方案进行了研究，为以后类似的工程实践提供了借鉴。
关键词：“锚网索+U型棚”联合支护；分级分区域；机理
1、“锚网索+U型棚”联合支护机理
当遇到围岩岩性条件差，单纯采用U型棚支护和锚杆支护将不能有效控制巷道变形，对于深井巷道应采取联合支护方式，即锚网索+U型棚支护。
高应力软岩巷道变形是非线性的，巷道掘进后，其深部围岩的变形移动可分为3个阶段：变形剧烈阶段；变形平缓阶段；相对稳定阶段。基于以上的变形特征，一次支护方式采用锚网索支护，通过合理支护参数设计，可以实现：①强度耦合，即在不破坏围岩承载强度的基础上，充分释放围岩变形能；②刚度耦合，即通过锚杆对围岩施加高预紧力，避免不连续变形产生，提高锚固体围岩刚度，一方面锚杆具有一定的延伸性，允许巷道围岩具有足够的变形，避免巷道围岩由于变形引起的能量积聚；另一方面，锚杆支护可将围岩控制在其允许变形范围之内，避免因过度变形而破坏围岩本身的承载能力，实现变形协调及荷载均匀化。③对于围岩结构面产生的不连续变形，通过锚索对该部位进行加强耦合支护，限制其不连续变形，防止个别部位的破坏引起整个支护体的失稳，达到成功支护目的。
尽管锚网索支护可提高围岩强度，但在深井高地应力区复杂困难条件下，无法限制围岩整体位移，为避免过大位移，应在一次支护充分让压并提高围岩承载能力的基础上，二次支护采用U型可缩性支架，由于锚杆支护作用，而使围岩变形均匀，这样使荷载均匀的作用在U型钢支架上，利用支架的抗压作用，限制围岩过大整体位移，这样锚固体与支架共同作用维持巷道稳定。
2、锚网索支护的基本准则和方法
锚网索支护参数设计与前面采用的基本相同。但在支护参数设计中基于围岩条件差，应在支护参数选择中，注意以下几点：
1） 采用高强度锚杆
采用左旋螺纹钢为材料的φ18～22 mm 的高强、超高强锚杆。对锚杆尾端螺纹部分热处理的高强锚杆，极限载荷137～216 kN；对整根锚杆强化热处理的超高强锚杆，极限载荷206～307 kN。锚杆延伸率均在17 %以上。
2） 施加高预紧力
使用大扭矩预紧扳手或扭矩倍增器，安装时施加预紧力不小于60kN，这样能有效提高锚固围岩的刚度。
3）全长锚固方式
由于锚杆支护系统刚度增大，顶板变形量显著减小，同等条件下全长锚固时围岩变形量仅为端头锚固时的1/10～1/2 。同时全长锚固锚杆受力后中部轴力最大，两端最小，因而有利于保持顶板的完整性。
4） 加钢带和金属网或塑料网
加钢带和金属网或塑料网，能有效实现锚杆施加预应力的有效扩散，使锚杆形成整体，保持顶板的完整，防止局部围岩冒落。
5）锚索补强支护
研究表明巷道两侧拱顶为应力集中区，所以该部位为支护关键部位，利用锚索对该部位进行补强支护，这样可以充分调动深部围岩。
3、联合支护参数
以某工作面轨道顺槽为支护设计依据，巷道断面为半圆拱形，如图1所示，某风巷设计支护参数如下图所示：锚杆规格螺纹钢等强预拉力锚杆，规格为M24—φ22×2400mm，拱顶锚杆间排距为1500×1000mm，顶板锚杆安装时预紧力不小于6t，顶板铺设8#钢丝编制的金属菱形网，金属网宽：1000mm，长： 6400mm；两帮采用π2型钢带，钢带长1600mm，每根钢带2根锚杆，锚杆间、排距1500×1000 mm，锚杆规格φ22×2200 mm，两帮铺设防静电PVC塑料网，塑料网宽为1000mm，长度视具体情况而定；所有锚杆均为无纵筋左旋螺纹高性能等强预应力锚杆，每根锚杆配1支K2360和1支Z2380；锚索补强支护，每排两根锚索，分别距巷中1400mm位置处，排距2000mm，锚索规格：φ18×6500 mm，每根锚索1支K2360和3支Z2380树脂药卷。
在滞后锚网索支护一段距离后，架U形棚支护。支护采用29#U型棚支护，棚距为500mm。采用两节棚梁，搭接长度为400mm，卡缆间距为200mm，螺母拧紧力矩为350mm，U型棚采用12#铁丝编织的3000×750mm金属网和800mm长塘柴棍进行腰帮背顶，金属网搭接100mm，采用16#铁丝按200mm间距进行联网，塘柴棍按200mm间距进行布置，用16#扎丝系在金属网上，金属网后用矸石充填，严禁空帮空顶。
4、分级分区域超前加强支护方案
根据矿压观测研究，表明该工作面超前支承压力分布规律为：
（1）超前支承压力的峰值在工作面前方8～9m区域，显著影响范围在22m～52m范围内，采动影响范围在62m～76m。
（2）最大应力集中系数从1.59～3.5，应力集中系数较大。
为有效控制巷道稳定，基于超前支承压力分区特征，即分为超前支承压力剧烈影响区、超前支承压力显著影响区和采动影响区，建议根据支承压力影响程度不同，采用分级分区支护措施：
（1）为适应超前支承压力大及超前压力分布范围广的特点，根据数值模拟和理论分析，确定超前支护距离和强度，在采动影响区，62m～76m采用加单体点柱加强支护，采用单排点柱加强支护，支柱用DZ35/100型单体液压支柱在原“U”型棚棚梁中间打点柱，一棚一柱。
（2）在支承压力显著影响区（0～52m）采用一排两柱加强支护，其中20～52m进行套棚管理，首先在原“U”型棚档内进行套棚，梁用直径180mm，长2800mm的圆木，柱用DW35/100型单体支柱，一梁两柱，柱距梁端400mm。
（3）在支承压力剧烈影响区0～20m进行抹帽管理，采用DZ35/100外注式单体液压支柱配合HDJA-1000金属限位梁四梁四柱走向架设，中定位。
5、结语
（1）深井开采时，工作面顶板在高应力作用下变得较为破碎，这将导致采场出现漏垮冒顶事故，因此在实际生产中，深井工作面应进行合理的支架选架，选择端面距不太大且又能及时支护的支架，同时支架工在生产中要及时拉架护顶，并保证支架有中够的初撑力。
（2）对于深井巷道支护在围岩条件允许时，建议优先选择锚带网支护，从被动支护向主动支护转变，当遇到围岩岩性条件差，深井巷道应采取联合支护方式，即锚网索+U型棚支护。
（3）为有效控制巷道稳定，基于超前支承压力分区特征即支承压力剧烈影响区、支承压力影响区和采动影响区，根据支承压力影响程度不同，提出分级分区域超前加强支护措施，对于采动影响区采用一般支护，对于超前支承压力影响区采用加强支护，对于显著影响区采用超加强支护。
参考文献：
[1]司荣军，汪华君，岳强. 采场围岩控制理论与实践综述及展望[M]. 矿业工程，2006，8
[2]蒋金泉. 采场围岩应力与运动[M]. 煤炭工业出版社，1993.12
[3]翟新献，李化敏. 巷道围岩变形量与开采深度的关系[J]. 焦作矿业学院学报，1995，14（6）；51-55
[4]李德忠，夏新川，涂敏等. 深部矿井开采技术[M]. 中国礦业大学出版社，2005.10
[5]曲华，张殿振. 深井难采煤层上行开采的数值模拟[J]. 矿山压力与顶板管理，2003，22（5）；471～476
作者简介：杨和平，1981年07月出生，助理工程师，山西省翼城县人， 2010年01月毕业于太原理工大学，现任职于五星煤业生产科科长。
关键词：“锚网索+U型棚”联合支护；分级分区域；机理
1、“锚网索+U型棚”联合支护机理
当遇到围岩岩性条件差，单纯采用U型棚支护和锚杆支护将不能有效控制巷道变形，对于深井巷道应采取联合支护方式，即锚网索+U型棚支护。
高应力软岩巷道变形是非线性的，巷道掘进后，其深部围岩的变形移动可分为3个阶段：变形剧烈阶段；变形平缓阶段；相对稳定阶段。基于以上的变形特征，一次支护方式采用锚网索支护，通过合理支护参数设计，可以实现：①强度耦合，即在不破坏围岩承载强度的基础上，充分释放围岩变形能；②刚度耦合，即通过锚杆对围岩施加高预紧力，避免不连续变形产生，提高锚固体围岩刚度，一方面锚杆具有一定的延伸性，允许巷道围岩具有足够的变形，避免巷道围岩由于变形引起的能量积聚；另一方面，锚杆支护可将围岩控制在其允许变形范围之内，避免因过度变形而破坏围岩本身的承载能力，实现变形协调及荷载均匀化。③对于围岩结构面产生的不连续变形，通过锚索对该部位进行加强耦合支护，限制其不连续变形，防止个别部位的破坏引起整个支护体的失稳，达到成功支护目的。
尽管锚网索支护可提高围岩强度，但在深井高地应力区复杂困难条件下，无法限制围岩整体位移，为避免过大位移，应在一次支护充分让压并提高围岩承载能力的基础上，二次支护采用U型可缩性支架，由于锚杆支护作用，而使围岩变形均匀，这样使荷载均匀的作用在U型钢支架上，利用支架的抗压作用，限制围岩过大整体位移，这样锚固体与支架共同作用维持巷道稳定。
2、锚网索支护的基本准则和方法
锚网索支护参数设计与前面采用的基本相同。但在支护参数设计中基于围岩条件差，应在支护参数选择中，注意以下几点：
1） 采用高强度锚杆
采用左旋螺纹钢为材料的φ18～22 mm 的高强、超高强锚杆。对锚杆尾端螺纹部分热处理的高强锚杆，极限载荷137～216 kN；对整根锚杆强化热处理的超高强锚杆，极限载荷206～307 kN。锚杆延伸率均在17 %以上。
2） 施加高预紧力
使用大扭矩预紧扳手或扭矩倍增器，安装时施加预紧力不小于60kN，这样能有效提高锚固围岩的刚度。
3）全长锚固方式
由于锚杆支护系统刚度增大，顶板变形量显著减小，同等条件下全长锚固时围岩变形量仅为端头锚固时的1/10～1/2 。同时全长锚固锚杆受力后中部轴力最大，两端最小，因而有利于保持顶板的完整性。
4） 加钢带和金属网或塑料网
加钢带和金属网或塑料网，能有效实现锚杆施加预应力的有效扩散，使锚杆形成整体，保持顶板的完整，防止局部围岩冒落。
5）锚索补强支护
研究表明巷道两侧拱顶为应力集中区，所以该部位为支护关键部位，利用锚索对该部位进行补强支护，这样可以充分调动深部围岩。
3、联合支护参数
以某工作面轨道顺槽为支护设计依据，巷道断面为半圆拱形，如图1所示，某风巷设计支护参数如下图所示：锚杆规格螺纹钢等强预拉力锚杆，规格为M24—φ22×2400mm，拱顶锚杆间排距为1500×1000mm，顶板锚杆安装时预紧力不小于6t，顶板铺设8#钢丝编制的金属菱形网，金属网宽：1000mm，长： 6400mm；两帮采用π2型钢带，钢带长1600mm，每根钢带2根锚杆，锚杆间、排距1500×1000 mm，锚杆规格φ22×2200 mm，两帮铺设防静电PVC塑料网，塑料网宽为1000mm，长度视具体情况而定；所有锚杆均为无纵筋左旋螺纹高性能等强预应力锚杆，每根锚杆配1支K2360和1支Z2380；锚索补强支护，每排两根锚索，分别距巷中1400mm位置处，排距2000mm，锚索规格：φ18×6500 mm，每根锚索1支K2360和3支Z2380树脂药卷。
在滞后锚网索支护一段距离后，架U形棚支护。支护采用29#U型棚支护，棚距为500mm。采用两节棚梁，搭接长度为400mm，卡缆间距为200mm，螺母拧紧力矩为350mm，U型棚采用12#铁丝编织的3000×750mm金属网和800mm长塘柴棍进行腰帮背顶，金属网搭接100mm，采用16#铁丝按200mm间距进行联网，塘柴棍按200mm间距进行布置，用16#扎丝系在金属网上，金属网后用矸石充填，严禁空帮空顶。
4、分级分区域超前加强支护方案
根据矿压观测研究，表明该工作面超前支承压力分布规律为：
（1）超前支承压力的峰值在工作面前方8～9m区域，显著影响范围在22m～52m范围内，采动影响范围在62m～76m。
（2）最大应力集中系数从1.59～3.5，应力集中系数较大。
为有效控制巷道稳定，基于超前支承压力分区特征，即分为超前支承压力剧烈影响区、超前支承压力显著影响区和采动影响区，建议根据支承压力影响程度不同，采用分级分区支护措施：
（1）为适应超前支承压力大及超前压力分布范围广的特点，根据数值模拟和理论分析，确定超前支护距离和强度，在采动影响区，62m～76m采用加单体点柱加强支护，采用单排点柱加强支护，支柱用DZ35/100型单体液压支柱在原“U”型棚棚梁中间打点柱，一棚一柱。
（2）在支承压力显著影响区（0～52m）采用一排两柱加强支护，其中20～52m进行套棚管理，首先在原“U”型棚档内进行套棚，梁用直径180mm，长2800mm的圆木，柱用DW35/100型单体支柱，一梁两柱，柱距梁端400mm。
（3）在支承压力剧烈影响区0～20m进行抹帽管理，采用DZ35/100外注式单体液压支柱配合HDJA-1000金属限位梁四梁四柱走向架设，中定位。
5、结语
（1）深井开采时，工作面顶板在高应力作用下变得较为破碎，这将导致采场出现漏垮冒顶事故，因此在实际生产中，深井工作面应进行合理的支架选架，选择端面距不太大且又能及时支护的支架，同时支架工在生产中要及时拉架护顶，并保证支架有中够的初撑力。
（2）对于深井巷道支护在围岩条件允许时，建议优先选择锚带网支护，从被动支护向主动支护转变，当遇到围岩岩性条件差，深井巷道应采取联合支护方式，即锚网索+U型棚支护。
（3）为有效控制巷道稳定，基于超前支承压力分区特征即支承压力剧烈影响区、支承压力影响区和采动影响区，根据支承压力影响程度不同，提出分级分区域超前加强支护措施，对于采动影响区采用一般支护，对于超前支承压力影响区采用加强支护，对于显著影响区采用超加强支护。
参考文献：
[1]司荣军，汪华君，岳强. 采场围岩控制理论与实践综述及展望[M]. 矿业工程，2006，8
[2]蒋金泉. 采场围岩应力与运动[M]. 煤炭工业出版社，1993.12
[3]翟新献，李化敏. 巷道围岩变形量与开采深度的关系[J]. 焦作矿业学院学报，1995，14（6）；51-55
[4]李德忠，夏新川，涂敏等. 深部矿井开采技术[M]. 中国礦业大学出版社，2005.10
[5]曲华，张殿振. 深井难采煤层上行开采的数值模拟[J]. 矿山压力与顶板管理，2003，22（5）；471～476
作者简介：杨和平，1981年07月出生，助理工程师，山西省翼城县人， 2010年01月毕业于太原理工大学，现任职于五星煤业生产科科长。