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摘 要：文章提出锚网索+注浆锚索复合型联合全封闭维修支护技术，解决新柏煤矿三采区回风下山软岩巷道围岩变形、巷道底鼓等支护技术难题，并对安新煤田软岩巷道的支护设计提供借鉴意义。
关键词：注浆锚索；复合型
中图分类号：TD353.6 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）6-0170-03
1 基本情况
三采区回风下山是三采区主回风巷道，全长852 m、倾角22 ？觷，沿煤5层底板布置于煤层中，煤层赋存稳定，普氏系数f=2～3，局部地段底板有少量渗水；煤层中含有夹矸，揭露后遇风易化跨落，煤5层底板以泥质砂岩和油页岩互层为主，层理及节理发育明显，岩石极其松软、遇水易膨胀。
因受顶底板软岩及周边回采工作面采动压力影响，巷道顶板下沉、帮部位移、底鼓严重，造成巷道断面缩小，通风行人困难，面对支护难题，曾先后多次采用锚网、锚网喷、钢支架等联合支护技术对巷道进行反复维修，但效果不明显；后采用锚网+U29型可缩性钢支架联合支护技术维修，经过一段时间后，巷道围岩仍无法趋于稳定，顶板下沉，出现“网兜”现象，两帮移近并鼓出，底板底鼓凸起，钢支架梁、腿出现变形、扭曲、折断现象，而且，锚杆、锚索时有被拉断或剪断现象发生，如图1和图2所示。
2 巷道围岩变形力学机理及破坏原因分析
2.1 地应力
由于三采区回风下山两侧已采空，位于煤柱中部的三采区回风下山处于垂直方向的应力集中区，作用在巷道围岩上的垂直应力将高于按自重载荷计算得出的垂直应力值。由于泊松效应，松软煤体受垂直应力集中作用时会产生侧向膨胀，形成较高的局部附加水平应力直接作用于巷道顶底板；另一方面，随着煤层采出和顶板跨落，原来由煤层及顶板岩层传递的水平应力向底板岩层中转移，形成水平应力集中，水平应力集中与局部附加水平应力的相叠加，当围岩应力大于局部围岩的塑性极限或强度极限后，导致围岩进入流变状态，围岩的变形加剧、产生破裂、变形、破坏等现象，地层的压力效应将更加明显。而地层的压力效应指的是地下工程开挖后产生的一种力学现象，主要由重新分布的围岩应力与围岩的变形及强度特性相互作用引起的。地层压力包括松动压力、形变压力、膨胀压力等。软岩巷道在地层压力下，导致围岩自身支护结构破坏，若支护不及时，巷道变形破坏进一步加剧，造成围岩失稳，引起底板岩层破坏，导致底臌，如图3所示。
2.2 岩性
岩性是影响围岩稳定性的基本因素。因岩体矿物成分、岩石结构构造的不同，致使不同岩石的物理力学性质差别很大。岩体本身的强度、结构、胶结程度及胶结物的性能，膨胀性矿物的含量等，这均是影响软岩巷道变形的内在因素。三采区回风下山巷道布置在煤5层底板岩层中，从三采区综合柱状图（如图4所示）可以看出，巷道顶底板围岩岩性主要为泥岩、油页岩、砂岩、砂质泥岩，软泥岩等，普氏系数f=2～3，不仅强度低、分层厚度小，巷道底板岩石遇水后黏性很强，表明含有膨胀性矿物成份。这些岩石粘结性极差且松软、破碎，遇水易膨胀，容易发生底鼓、两帮位移、顶板下沉。
2.3 原支护方式
传统的支护技术只对巷道顶帮扩刷后进行了支护，未对巷道底板进行任何支护处理，附加水平应力与原岩水平应力集中相叠加作用到底板岩层上（同样也会作用到巷道顶板岩层上）对其形成挤压作用，底板处于自由开放状态，引起底板岩层的剪切膨胀，导致巷道底臌。同时，含膨胀性矿物成份的底板岩层受局部段顶底板渗水、淋水的侵蚀，产生的膨胀压力加剧巷道底臌，而底臌对两帮的牵动效应直接加剧两帮松动垮落，两帮松动垮落后对顶板的支撑作用降低，最终导致巷道支护结构的全面失稳形成巷道围岩变形破坏，造成巷道失修，如图5所示。
由于软岩的流变性和触变性，每次维修都是对围岩的再次扰动，造成围岩松动圈范围的进一步扩大和松动程度的加剧，客观上也为水对更大范围围岩的持续性浸泡创造了条件。使用的U29型可缩性钢支架支护技术，只承载顶帮部压力，底板处于开放状态，底臌的牵动效应造成两帮部松动位移，支架收缩到一定程度后拒缩而无法适应围岩变形，钢支架出现扭曲变形、弯曲折断、卡缆螺栓崩断，导致支护失效。
3 参数确定
3.1 巷道顶部支护
锚杆规格：采用φ22让压锚杆，锚杆长度2 400 mm，尾端配套高强度托盘、M22螺母。
锚杆锚固方式：树脂药卷加长锚固，锚杆孔直径30 mm，锚固长度950 mm，采用一支为K2 335和一支Z2 360锚固剂端头锚固，每排拱顶部布置5根。
托板：采用150×150×10 mm高强度托板。
锚杆布置：矩形布置，锚杆间排距均为800 mm。锚杆与巷道轮廓线垂直布置。
金属网：采用10#铁丝编织、网孔50×50 mm、菱形金属网，网片尺寸为900×2 600 mm，用铁丝双排扣连接牢固，连接点间距不大于200 mm。
鸟窝锚索：规格φ17.8×7 300 mm，采用一支K2 335和两支Z2360树脂药卷端头锚固，锚索间排距为1 200×1 600 mm，外露≤250 mm，锚索必须垂直巷道顶板，锚索锚固力必须达到200 KN以上，托板为300×300 mm的蝶形托板。
3.2 巷道帮部支护
锚杆规格：采用φ22让压锚杆，锚杆长度2 400 mm，尾端配套高强度托盘、M22螺母。
锚固方式：树脂药卷加长锚固，锚杆孔直径30 mm，锚固长度950 mm，采用一支为K2335和一支Z2360锚固剂端头锚固，每排两帮部各布置3根。
托板：采用150×150×10 mm高强度托板。
锚杆布置：矩形布置，锚杆间排距均为800 mm。锚杆与巷帮垂直布置。
金属网：采用10#铁丝编织、网孔50×50 mm、菱形金属网，网片尺寸为900×2 600 mm，用铁丝双排扣连接牢固，连接点间距不大于200 mm。 鸟窝锚索：规格φ17.8×4 300 mm，采用一支K2 335和两支Z2 360树脂药卷端头锚固，锚索间排距为1 200×1 600 mm，外露≤250 mm，锚索必须垂直巷道顶板，锚索锚固力必须达到200 KN以上，托板为300×300 mm的蝶形托板。
4 中空注浆锚索支护
注浆锚索使用济南奥科矿山工程公司生产的新型产品。注浆锚索采用φ22×6 300 mm中空注浆锚索，钢材为82B型钢。破断载荷42 t。锚固长度1.3 m，间排距为：1 600×
1 600 mm，矩形布置，外露≤250 mm，底角锚索与水平线呈45 ？觷夹角（下俯），锚索距巷道底板100 mm，其余锚索垂直巷道顶帮部，一排鸟窝锚索一排注浆锚索相互交替打设，如图6所示。
5 效果分析
通过新柏煤矿三采区回风下山采用中空注浆锚索补强支护试验，由现场及矿压监测分析可知，巷道变形破坏程度大大降低，巷道顶底板下沉量减小40%，两帮位移量减小44%。而且锚杆等支护体受力良好，未发现锚杆、锚索断裂现象。利用中空注浆锚索注浆后，顶板岩块整体性加强，而且强度得到提高。原锚网索支护段曾一年需维修2次，而中空注浆锚索支护段15个月需维修1次。因此，软岩巷道利用中空注浆锚索支护加固围岩效果明显。
①原锚网索支护维修费用3 983 元/m，一年需维修两次，7 966 元/m；采用中空注浆锚索后巷道支护维修费用
5 112 元/m，15个月需维修一次，故一年可节省维修费用
2 854 元/m；改进支护参数前巷道失修率为65%，而采用注浆锚索支护技术后巷道失修率为15%。
②新柏煤矿随着开采深度的逐渐延伸，软岩巷道支护问题是该矿面临的一大挑战，因此，解决软岩巷道支护问题尤为重要。
通过中空注浆锚索在三采区回风下山软岩巷道维修支护的成功应用，将对该矿软岩巷道支护具有指导意义，既节约支护成本，减少巷道维修次数，保证矿井安全生产，实现可持续发展，具有较高的实用价值和推广应用前景。为安新煤田顶底板软岩破碎巷道合理优化支护设计提供了一定的技术参数和理论参考，为安新煤田软岩破碎巷道围岩控制提供了借鉴经验和参考依据。
参考文献：
[1] 王腾江.复合顶板锚杆支护方法研究[J].中州煤炭，2006，（6）.
[2] 杨双锁，康立勋.煤矿巷道锚杆支护研究的总结与展望[J].太原理工大学学报，2002，（4）.
[3] 郭志宏，张树良.煤巷锚杆支护理论与技术的研究[J].建井技术，1994，（Z1）.
[4] 李士岗，章定强.厚煤层矿井煤巷锚杆支护技术探讨与实践[A].世纪之交软岩工程技术现状与展望[C].1999.
关键词：注浆锚索；复合型
中图分类号：TD353.6 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）6-0170-03
1 基本情况
三采区回风下山是三采区主回风巷道，全长852 m、倾角22 ？觷，沿煤5层底板布置于煤层中，煤层赋存稳定，普氏系数f=2～3，局部地段底板有少量渗水；煤层中含有夹矸，揭露后遇风易化跨落，煤5层底板以泥质砂岩和油页岩互层为主，层理及节理发育明显，岩石极其松软、遇水易膨胀。
因受顶底板软岩及周边回采工作面采动压力影响，巷道顶板下沉、帮部位移、底鼓严重，造成巷道断面缩小，通风行人困难，面对支护难题，曾先后多次采用锚网、锚网喷、钢支架等联合支护技术对巷道进行反复维修，但效果不明显；后采用锚网+U29型可缩性钢支架联合支护技术维修，经过一段时间后，巷道围岩仍无法趋于稳定，顶板下沉，出现“网兜”现象，两帮移近并鼓出，底板底鼓凸起，钢支架梁、腿出现变形、扭曲、折断现象，而且，锚杆、锚索时有被拉断或剪断现象发生，如图1和图2所示。
2 巷道围岩变形力学机理及破坏原因分析
2.1 地应力
由于三采区回风下山两侧已采空，位于煤柱中部的三采区回风下山处于垂直方向的应力集中区，作用在巷道围岩上的垂直应力将高于按自重载荷计算得出的垂直应力值。由于泊松效应，松软煤体受垂直应力集中作用时会产生侧向膨胀，形成较高的局部附加水平应力直接作用于巷道顶底板；另一方面，随着煤层采出和顶板跨落，原来由煤层及顶板岩层传递的水平应力向底板岩层中转移，形成水平应力集中，水平应力集中与局部附加水平应力的相叠加，当围岩应力大于局部围岩的塑性极限或强度极限后，导致围岩进入流变状态，围岩的变形加剧、产生破裂、变形、破坏等现象，地层的压力效应将更加明显。而地层的压力效应指的是地下工程开挖后产生的一种力学现象，主要由重新分布的围岩应力与围岩的变形及强度特性相互作用引起的。地层压力包括松动压力、形变压力、膨胀压力等。软岩巷道在地层压力下，导致围岩自身支护结构破坏，若支护不及时，巷道变形破坏进一步加剧，造成围岩失稳，引起底板岩层破坏，导致底臌，如图3所示。
2.2 岩性
岩性是影响围岩稳定性的基本因素。因岩体矿物成分、岩石结构构造的不同，致使不同岩石的物理力学性质差别很大。岩体本身的强度、结构、胶结程度及胶结物的性能，膨胀性矿物的含量等，这均是影响软岩巷道变形的内在因素。三采区回风下山巷道布置在煤5层底板岩层中，从三采区综合柱状图（如图4所示）可以看出，巷道顶底板围岩岩性主要为泥岩、油页岩、砂岩、砂质泥岩，软泥岩等，普氏系数f=2～3，不仅强度低、分层厚度小，巷道底板岩石遇水后黏性很强，表明含有膨胀性矿物成份。这些岩石粘结性极差且松软、破碎，遇水易膨胀，容易发生底鼓、两帮位移、顶板下沉。
2.3 原支护方式
传统的支护技术只对巷道顶帮扩刷后进行了支护，未对巷道底板进行任何支护处理，附加水平应力与原岩水平应力集中相叠加作用到底板岩层上（同样也会作用到巷道顶板岩层上）对其形成挤压作用，底板处于自由开放状态，引起底板岩层的剪切膨胀，导致巷道底臌。同时，含膨胀性矿物成份的底板岩层受局部段顶底板渗水、淋水的侵蚀，产生的膨胀压力加剧巷道底臌，而底臌对两帮的牵动效应直接加剧两帮松动垮落，两帮松动垮落后对顶板的支撑作用降低，最终导致巷道支护结构的全面失稳形成巷道围岩变形破坏，造成巷道失修，如图5所示。
由于软岩的流变性和触变性，每次维修都是对围岩的再次扰动，造成围岩松动圈范围的进一步扩大和松动程度的加剧，客观上也为水对更大范围围岩的持续性浸泡创造了条件。使用的U29型可缩性钢支架支护技术，只承载顶帮部压力，底板处于开放状态，底臌的牵动效应造成两帮部松动位移，支架收缩到一定程度后拒缩而无法适应围岩变形，钢支架出现扭曲变形、弯曲折断、卡缆螺栓崩断，导致支护失效。
3 参数确定
3.1 巷道顶部支护
锚杆规格：采用φ22让压锚杆，锚杆长度2 400 mm，尾端配套高强度托盘、M22螺母。
锚杆锚固方式：树脂药卷加长锚固，锚杆孔直径30 mm，锚固长度950 mm，采用一支为K2 335和一支Z2 360锚固剂端头锚固，每排拱顶部布置5根。
托板：采用150×150×10 mm高强度托板。
锚杆布置：矩形布置，锚杆间排距均为800 mm。锚杆与巷道轮廓线垂直布置。
金属网：采用10#铁丝编织、网孔50×50 mm、菱形金属网，网片尺寸为900×2 600 mm，用铁丝双排扣连接牢固，连接点间距不大于200 mm。
鸟窝锚索：规格φ17.8×7 300 mm，采用一支K2 335和两支Z2360树脂药卷端头锚固，锚索间排距为1 200×1 600 mm，外露≤250 mm，锚索必须垂直巷道顶板，锚索锚固力必须达到200 KN以上，托板为300×300 mm的蝶形托板。
3.2 巷道帮部支护
锚杆规格：采用φ22让压锚杆，锚杆长度2 400 mm，尾端配套高强度托盘、M22螺母。
锚固方式：树脂药卷加长锚固，锚杆孔直径30 mm，锚固长度950 mm，采用一支为K2335和一支Z2360锚固剂端头锚固，每排两帮部各布置3根。
托板：采用150×150×10 mm高强度托板。
锚杆布置：矩形布置，锚杆间排距均为800 mm。锚杆与巷帮垂直布置。
金属网：采用10#铁丝编织、网孔50×50 mm、菱形金属网，网片尺寸为900×2 600 mm，用铁丝双排扣连接牢固，连接点间距不大于200 mm。 鸟窝锚索：规格φ17.8×4 300 mm，采用一支K2 335和两支Z2 360树脂药卷端头锚固，锚索间排距为1 200×1 600 mm，外露≤250 mm，锚索必须垂直巷道顶板，锚索锚固力必须达到200 KN以上，托板为300×300 mm的蝶形托板。
4 中空注浆锚索支护
注浆锚索使用济南奥科矿山工程公司生产的新型产品。注浆锚索采用φ22×6 300 mm中空注浆锚索，钢材为82B型钢。破断载荷42 t。锚固长度1.3 m，间排距为：1 600×
1 600 mm，矩形布置，外露≤250 mm，底角锚索与水平线呈45 ？觷夹角（下俯），锚索距巷道底板100 mm，其余锚索垂直巷道顶帮部，一排鸟窝锚索一排注浆锚索相互交替打设，如图6所示。
5 效果分析
通过新柏煤矿三采区回风下山采用中空注浆锚索补强支护试验，由现场及矿压监测分析可知，巷道变形破坏程度大大降低，巷道顶底板下沉量减小40%，两帮位移量减小44%。而且锚杆等支护体受力良好，未发现锚杆、锚索断裂现象。利用中空注浆锚索注浆后，顶板岩块整体性加强，而且强度得到提高。原锚网索支护段曾一年需维修2次，而中空注浆锚索支护段15个月需维修1次。因此，软岩巷道利用中空注浆锚索支护加固围岩效果明显。
①原锚网索支护维修费用3 983 元/m，一年需维修两次，7 966 元/m；采用中空注浆锚索后巷道支护维修费用
5 112 元/m，15个月需维修一次，故一年可节省维修费用
2 854 元/m；改进支护参数前巷道失修率为65%，而采用注浆锚索支护技术后巷道失修率为15%。
②新柏煤矿随着开采深度的逐渐延伸，软岩巷道支护问题是该矿面临的一大挑战，因此，解决软岩巷道支护问题尤为重要。
通过中空注浆锚索在三采区回风下山软岩巷道维修支护的成功应用，将对该矿软岩巷道支护具有指导意义，既节约支护成本，减少巷道维修次数，保证矿井安全生产，实现可持续发展，具有较高的实用价值和推广应用前景。为安新煤田顶底板软岩破碎巷道合理优化支护设计提供了一定的技术参数和理论参考，为安新煤田软岩破碎巷道围岩控制提供了借鉴经验和参考依据。
参考文献：
[1] 王腾江.复合顶板锚杆支护方法研究[J].中州煤炭，2006，（6）.
[2] 杨双锁，康立勋.煤矿巷道锚杆支护研究的总结与展望[J].太原理工大学学报，2002，（4）.
[3] 郭志宏，张树良.煤巷锚杆支护理论与技术的研究[J].建井技术，1994，（Z1）.
[4] 李士岗，章定强.厚煤层矿井煤巷锚杆支护技术探讨与实践[A].世纪之交软岩工程技术现状与展望[C].1999.