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[摘要]针对铁法矿区复杂的地质条件，结合锚杆支护理论及支护技术特点，用具有代表性的实例论证了煤巷锚杆支护在铁法矿区的应用与创新。并说明了这一技术要在实践中根据不同的地质条件进行不断的改革与创新，才能充分发挥锚杆的支护作用，达到理想的支护效果。
[关键词]锚杆 支护 创新
中图分类号：TD1 文献标识码：A 文章编号：1671－7597(2008)0520108－02
一、前言
锚杆支护，其基本原理就是尽量发挥巷道围岩这一天然承载结构的作用，是一种主动的支护方式。煤矿巷支护经历了从棚式支护到锚杆支护的发展过程。锚杆支护具有明显的优越性：可显著提高支护效果，降低成本，减轻工人劳动强度，改善作业环境，保证安全生产，有利于采煤工作面快速推进[1]。
二、锚杆支护形式和参数的选择原则
（一）一次支护原则
锚杆支护应尽量一次支护就能有效控制围岩变形，避免二次或多次支护。
（二）高预应力和预应力扩散原则
预应力是锚杆支护的关键因素，是区别锚杆支护是被动支护还是主动支护的参数，只有高预应力的锚杆支护才是真正的主动支护。一方面，要采取有效措施给锚杆施加较大的预应力；另一方面，通过托板、钢带等构件实现锚杆预应力的扩散，提高锚固体的整体刚度与完整性。
（三）“三高一低”原则[2]，即高强度、高刚度、高可靠性与低支护密度原则
在提高锚杆强度与刚度，保证支护系统可靠性的条件下，降低支护密度，减少单位面积上锚杆数量，提高掘进速度。
（四）临界支护刚度与强度原则
锚杆支护系统存在临界支护刚度与强度，如果支护强度与刚度低于临界值，巷道将长期处于不稳定状态，围岩变形与破坏得不到有效控制。
（五）相互匹配原则
锚杆各构件，包括托板、螺母、钢带等的参数与力学性能应相互匹配，锚杆与锚索的参数与力学性能相互匹配，以最大限度地发挥锚杆支护的整体支护作用。
（六）可操作原则
提供的锚杆支护设计应具有可操作性，有利于井下施工管理和掘进速度的提高。
（七）综合成本
在保证巷道支护效果和安全程度，技术上可行、施工上可操作的条件下，做到经济合理，有利于降低巷道支护综合成本。
三、晓南矿W3-403工作面支护实例
（一）地质概况
该工作面回顺一侧为W3-402采空区，煤柱宽度为4.0m，属无煤柱，沿空送巷。底板，伪底为泥岩，一般在0～0.25m之间，平均0.13m，直接底为粉砂岩，厚度为5.7～24.1m，如图1所示。煤层顶底板岩性以砂岩及砂页岩为主，伪顶为砂页岩或砂质泥岩，易冒落，遇水泥化、膨胀，有底鼓现象，巷道压力大。巷道稳定性属Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类。
（二）支护参数设计
该工作面巷道的顶板采用锚杆+钢筋梯支护。锚杆采用热轧螺纹钢锚杆。垂直布置的锚杆直径16mm、长1800mm，两拐角处倾斜布置的锚杆直径16mm、长2000mm。锚杆间排距为800×800(mm)。锚杆用1卷Z2350型树脂锚固剂卷锚固，设计锚固力为120KN。锚杆托盘采用120×120(mm)球冠托盘。钢筋梯规格为3300×90(mm)。两帮锚杆也采用热轧螺纹钢锚杆，直径14mm、长1600mm，间排距亦为800×800(mm)。锚杆用1卷Z2335型树脂锚固剂卷锚固，所用托盘与顶板锚杆所用相同。巷道支护断面见图2。
（三）锚杆（锚索）类型的选择[3]
铁煤集团自1996年大面积推广锚杆支护，使锚杆支护率由当时的7.68%，到2007年末达到98%以上。这期间由使用Q235螺丝钢锚杆，到1998年公司研制出高强全螺纹等强锚杆，并全面应用，支护效果大大提高，同样锚索也由最初的φ15.24、φ17.8，到2006年引进试用φ22.0锚索，其长度也由原来的5300mm，增加到8300mm。并用于巷宽7.5米，巷高3.5米，顶板较破碎，煤层厚度在7.5米的煤巷中。锚杆锚索联合支护获得成功。（主要使用的锚杆、锚索情况见下表）
（四）支护效果分析
①支护理论的验证[4]：锚杆支护实质是各种理论综合作用的结果，某一种理论可能占主导作用，这可以用比较先进的监测手段来得以证明。图3、图4中的每图各测点曲线在同一时间突然跃升，这一现象说明，其原因是由于锚杆杆端的直接顶与直接顶可能离层，或者是直接顶与老顶离层而造成的。那么这一现象也验证了悬吊理论和组合梁理论的主导作用，未离层前悬吊理论为主，顶板发生较大的位移后，组合梁起了主导作用。
②支护效果：位移时间曲线，由缓陡缓，最终达到新的平衡，另外顶底板的移近量、两帮的移近量，尤其是回顺侧的移近量，虽然较大，但都在平衡范围之内，锚杆支护，以及支护参数的计算、选择是比较合理的，较好的支护效果[5]。
四、结论
通过我公司大量的II、III及类巷道的锚杆支护实践证明，锚杆支护理论及锚杆支护完全适于铁法煤田的巷道支护，尤其是上述典型例证，充分证明了，无论是III类巷道的沿空送巷（煤柱小于4米），还是Ⅳ类巷道的大断面施工，也是可行的，是成功的，并得到了生产实践的检验。
锚杆支护的关键，是要在实践中根据不同的地质条件进行不断的改革与创新，包括开发新的高强的锚杆与锚索，选择新的支护参数等等，只有这样才能充分发挥锚杆的支护作用，达到理想的支护效果。铁煤集团公司经过这十几年的实践与应用，现已将组合锚杆支护技术推广到各种地质条件下的采掘巷道中。锚杆及锚索的设计正向着高强度、高可靠性方向发展。锚固方式也由原来的端锚发展到全长锚固。所有这些改进都大大减小了巷道变形量，有效控制了顶板离层现象。使巷道支护状况发生本质性变化，围岩完整性与稳定性大幅提高，降低了顶板事故的机率，提高巷道掘进速度和工效。
参考文献：
[1]张荣立等. 采矿工程设计手册[M]. 北京：煤炭工业出版社，2003.
[2]何满潮等. 中国煤矿软岩巷道工程支护设计与施工指南[M]. 北京：科学出版社，2004.
[3]薛顺潮，聂光国等. 软岩巷道支护技术指南[M]. 北京：煤炭工业出版社，2002.
[4]孔祥义等. 岩土测试技术[M]. 吉林：吉林教育出版社，2003.
[5]朱维申，何满潮. 复杂条件下围岩稳定性与岩体动态施工力学[M]. 北京:科学出版社， 1995.
作者简介：
王德民，男，辽宁凌源人，1987年毕业于阜新矿业学院矿井建设专业，高级工程师，现为铁煤集团大兴矿总工程师。
[关键词]锚杆 支护 创新
中图分类号：TD1 文献标识码：A 文章编号：1671－7597(2008)0520108－02
一、前言
锚杆支护，其基本原理就是尽量发挥巷道围岩这一天然承载结构的作用，是一种主动的支护方式。煤矿巷支护经历了从棚式支护到锚杆支护的发展过程。锚杆支护具有明显的优越性：可显著提高支护效果，降低成本，减轻工人劳动强度，改善作业环境，保证安全生产，有利于采煤工作面快速推进[1]。
二、锚杆支护形式和参数的选择原则
（一）一次支护原则
锚杆支护应尽量一次支护就能有效控制围岩变形，避免二次或多次支护。
（二）高预应力和预应力扩散原则
预应力是锚杆支护的关键因素，是区别锚杆支护是被动支护还是主动支护的参数，只有高预应力的锚杆支护才是真正的主动支护。一方面，要采取有效措施给锚杆施加较大的预应力；另一方面，通过托板、钢带等构件实现锚杆预应力的扩散，提高锚固体的整体刚度与完整性。
（三）“三高一低”原则[2]，即高强度、高刚度、高可靠性与低支护密度原则
在提高锚杆强度与刚度，保证支护系统可靠性的条件下，降低支护密度，减少单位面积上锚杆数量，提高掘进速度。
（四）临界支护刚度与强度原则
锚杆支护系统存在临界支护刚度与强度，如果支护强度与刚度低于临界值，巷道将长期处于不稳定状态，围岩变形与破坏得不到有效控制。
（五）相互匹配原则
锚杆各构件，包括托板、螺母、钢带等的参数与力学性能应相互匹配，锚杆与锚索的参数与力学性能相互匹配，以最大限度地发挥锚杆支护的整体支护作用。
（六）可操作原则
提供的锚杆支护设计应具有可操作性，有利于井下施工管理和掘进速度的提高。
（七）综合成本
在保证巷道支护效果和安全程度，技术上可行、施工上可操作的条件下，做到经济合理，有利于降低巷道支护综合成本。
三、晓南矿W3-403工作面支护实例
（一）地质概况
该工作面回顺一侧为W3-402采空区，煤柱宽度为4.0m，属无煤柱，沿空送巷。底板，伪底为泥岩，一般在0～0.25m之间，平均0.13m，直接底为粉砂岩，厚度为5.7～24.1m，如图1所示。煤层顶底板岩性以砂岩及砂页岩为主，伪顶为砂页岩或砂质泥岩，易冒落，遇水泥化、膨胀，有底鼓现象，巷道压力大。巷道稳定性属Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类。
（二）支护参数设计
该工作面巷道的顶板采用锚杆+钢筋梯支护。锚杆采用热轧螺纹钢锚杆。垂直布置的锚杆直径16mm、长1800mm，两拐角处倾斜布置的锚杆直径16mm、长2000mm。锚杆间排距为800×800(mm)。锚杆用1卷Z2350型树脂锚固剂卷锚固，设计锚固力为120KN。锚杆托盘采用120×120(mm)球冠托盘。钢筋梯规格为3300×90(mm)。两帮锚杆也采用热轧螺纹钢锚杆，直径14mm、长1600mm，间排距亦为800×800(mm)。锚杆用1卷Z2335型树脂锚固剂卷锚固，所用托盘与顶板锚杆所用相同。巷道支护断面见图2。
（三）锚杆（锚索）类型的选择[3]
铁煤集团自1996年大面积推广锚杆支护，使锚杆支护率由当时的7.68%，到2007年末达到98%以上。这期间由使用Q235螺丝钢锚杆，到1998年公司研制出高强全螺纹等强锚杆，并全面应用，支护效果大大提高，同样锚索也由最初的φ15.24、φ17.8，到2006年引进试用φ22.0锚索，其长度也由原来的5300mm，增加到8300mm。并用于巷宽7.5米，巷高3.5米，顶板较破碎，煤层厚度在7.5米的煤巷中。锚杆锚索联合支护获得成功。（主要使用的锚杆、锚索情况见下表）
（四）支护效果分析
①支护理论的验证[4]：锚杆支护实质是各种理论综合作用的结果，某一种理论可能占主导作用，这可以用比较先进的监测手段来得以证明。图3、图4中的每图各测点曲线在同一时间突然跃升，这一现象说明，其原因是由于锚杆杆端的直接顶与直接顶可能离层，或者是直接顶与老顶离层而造成的。那么这一现象也验证了悬吊理论和组合梁理论的主导作用，未离层前悬吊理论为主，顶板发生较大的位移后，组合梁起了主导作用。
②支护效果：位移时间曲线，由缓陡缓，最终达到新的平衡，另外顶底板的移近量、两帮的移近量，尤其是回顺侧的移近量，虽然较大，但都在平衡范围之内，锚杆支护，以及支护参数的计算、选择是比较合理的，较好的支护效果[5]。
四、结论
通过我公司大量的II、III及类巷道的锚杆支护实践证明，锚杆支护理论及锚杆支护完全适于铁法煤田的巷道支护，尤其是上述典型例证，充分证明了，无论是III类巷道的沿空送巷（煤柱小于4米），还是Ⅳ类巷道的大断面施工，也是可行的，是成功的，并得到了生产实践的检验。
锚杆支护的关键，是要在实践中根据不同的地质条件进行不断的改革与创新，包括开发新的高强的锚杆与锚索，选择新的支护参数等等，只有这样才能充分发挥锚杆的支护作用，达到理想的支护效果。铁煤集团公司经过这十几年的实践与应用，现已将组合锚杆支护技术推广到各种地质条件下的采掘巷道中。锚杆及锚索的设计正向着高强度、高可靠性方向发展。锚固方式也由原来的端锚发展到全长锚固。所有这些改进都大大减小了巷道变形量，有效控制了顶板离层现象。使巷道支护状况发生本质性变化，围岩完整性与稳定性大幅提高，降低了顶板事故的机率，提高巷道掘进速度和工效。
参考文献：
[1]张荣立等. 采矿工程设计手册[M]. 北京：煤炭工业出版社，2003.
[2]何满潮等. 中国煤矿软岩巷道工程支护设计与施工指南[M]. 北京：科学出版社，2004.
[3]薛顺潮，聂光国等. 软岩巷道支护技术指南[M]. 北京：煤炭工业出版社，2002.
[4]孔祥义等. 岩土测试技术[M]. 吉林：吉林教育出版社，2003.
[5]朱维申，何满潮. 复杂条件下围岩稳定性与岩体动态施工力学[M]. 北京:科学出版社， 1995.
作者简介：
王德民，男，辽宁凌源人，1987年毕业于阜新矿业学院矿井建设专业，高级工程师，现为铁煤集团大兴矿总工程师。