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[摘 要]测定矿井深部高地应力煤巷地应力状况，并根据围岩的变形与破坏规律进行分类，研究巷道支护断面与支护参数设计等问题，寻求深部条件下的不同围岩巷道的支护解决途径，旨在为解决深井高地应力煤巷支护问题提供试验、理论分析与计算依据。
[关键词]深井 锚杆支护 技术研究
中图分类号：P283 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）07-0386-01
一、锚杆支护理论
锚岩支护体理论认为锚杆能加固巷道的围岩，形成一个组合体，即锚岩支护体，它不但具有自承能力，而且能承受因巷道开挖或采动影响而产生的矿山压力。理论和实践证明，提高锚杆的预紧力有利于巷道锚岩支护体的形成，并提高其强度，以产生较大的承载能力。如图1所示，锚岩支护体中，每一根锚杆的粘着段和托盘之间都形成一个双锥形的应力区。这个锥体的开角与岩层的摩擦角有关，也和穿过的裂隙层理有关。在锚岩支护体中，由锚杆所造成的应力沿粘着段和沿托盘的边缘最大，在锥体的底部应力的强度最小。因此只有使锚杆所形成的双锥体彼此相切，同时还必须对锚杆施加较高的预紧力，才能进一步提高锚岩支护体的承载能力，也就是说，锚杆支护区的厚度及锚杆的预拉力对锚岩支护体的承载能力具有决定性的影响。
二、高预紧力锚杆支护技术
锚杆可改善锚固体力学参数，提高锚固体的强度，使岩体强度特别是峰后强度和残余强度得到强化，形成共同承载结构，充分发挥围岩自承能力，锚固体强度随锚杆支护强度σt 的提高而得到强化，达到一定程度就可保持围岩稳定。
现有的锚杆、锚索支护系统在浅部能适用，用到深部就不能有效控制围岩变形，甚至失效，必须要求新的技术和突破。
①发展锚杆支护技术的要点是足够的锚杆支护强度和初锚力，适当加大锚杆长度，及时锚固，特别应加强帮、角的控制。
支护强度：改善材质。发展合格的高强、超高强锚杆；加大锚杆直径。
初锚力：在现有风动条件下，改善结构，完善施工工艺，实现15～20 kN。
锚杆长度：加长后控制大塑性区和破碎区。
及时锚固：除注意顶板外，还应注意两帮。
②发展高（超高）强度锚杆的理论依据
三、巷道围岩支护技术的发展
目前，学者们更多地认识到在深部大流变围岩巷道支护中，支护结构与围岩共同承载的匹配与偶合作用的重要性。錨杆、锚索及刚性金属支架等支护材料与巷道围岩相比，从材料刚度、强度、变形特性、结构特性等方面都存在明显差异，因此要实现支护材料与围岩在刚度匹配、强度匹配、变形匹配、结构匹配并非容易，因此在深井高地应力煤巷的支护中，如果出现刚度、强度、结构变形中某一方面的不匹配与不偶合，就不可避免会出现支护结构的强度失稳、变形失稳和结构失稳等。同时软岩巷道的流变时效性对支护结构提出了时间过程匹配的要求。
经过长期不懈的努力，我们对于难维护围岩巷道的支护问题形成了一套综合支护体系，概括为“综合治理、联合支护、长期监控、因地制宜”的指导方针。
三、深井高地应力煤巷支护的改进措施
1、巷道断面形状采用圆弧形放顶掘进
在顶板无支护状态下，冒落后为自然平衡拱形，因此拱形巷道受力较均匀，承压能力最强。圆弧形断面是将煤层以上顶板最易冒落或弯曲下沉部分岩石人为放掉，使巷道具有较好的承压效果。
上顺槽：开采时需要巷道下帮为煤体，因此巷道断面设计为切圆拱形断面，下帮及上帮为全煤，顶板中部放顶500mm左右。
下顺槽：开采时需要巷道上帮为煤体，下帮无要求，因此巷道断面设计为两肩等高的圆弧拱形断面，下帮为全岩或底部留有小部分煤层，上帮为全煤。
此种支护下帮为岩石，增加了围岩的自承能力，降低了煤帮支护时带来的大量变形。
同时采用圆弧形顶后，锚杆与围岩尽可能垂直，减小了锚杆所受弯剪应力，降低了锚杆的拉断现象。
2、采用高预应力锚杆
（1）高预应力锚杆支护要求
随着开采深度的增加，地应力的增大，围岩松动圈也随之增加，巷道支护所使用的锚杆规格也要加长并向预应力高强锚杆发展。锚杆的锚固作用主要是改善围岩受力状态，将其由二向应力状态转化为三向应力状态，约束剪胀变形，提高其自身强度，从而起到加固围岩提高其自承能力，所以严格地讲锚杆支护是一种围岩加固手段。因此只有在围岩裸露后就及时安装锚杆并施加足够大的预拉力，才能有效约束围岩的剪胀变形，避免其强度的迅速衰减，提高锚杆围岩支护体系的整体承载能力。
（2）支护参数确定的原则
①高可靠性和安全性，尽可能在巷道服务期间减少维修次数或只进行局部维修；
②支护参数和支护材料规格具有较好的适应性和施工可行性。由于井下巷道围岩条件变化很大，从支护合理性考虑，可能出现多种支护参数和支护材料规格，但这将不利于巷道施工和管理。所以，尽可能采用统一的支护材料和材料规格。
③在满足前两项原则的前提下，做到经济合理。
（3）支护方案
锚杆支护初始设计采用有限差分数值计算程序FLAC3.3，进行多方案比较，最后得出合理的锚杆支护初始设计。巷道采用树脂加长锚固高预紧力锚杆锚索组合支护系统。
锚杆形式和规格：杆体选用25#左旋无纵筋锚杆，长度2.4m，杆尾细螺纹为M27，采用滚压加工工艺成型。极限破断力400KN，屈服极限294KN，延伸率17%。采用气扳机紧固螺母，拧紧力矩可达到800N.M。
锚固方式：树脂加长锚固，采用两支锚固剂，一支为K2835，另一支为Z2860，钻孔直径32mm，锚固长度1440mm。
钢带规格：采用W钢带护顶帮，钢带规格：厚度5mm，宽280mm，长度3.8m、3.5m和1.8m。
锚杆配件：采用高强锚杆螺母M27×3，配合高强托盘调心球垫和尼龙垫圈，托盘采用拱型高强度托盘，承载能力不小于40吨。
网片规格：采用金属经纬网护顶护帮，网片规格分别为4.5×0.9m、3.6×0.9m和1.9×0.9m，网孔为50×50mm，材料为10#铁丝。
锚杆布置：锚杆排距0.8m，每排12根锚杆，顶板锚杆间距900mm，上帮锚杆间距1100mm，下帮锚杆间距为800mm。
（4）高预紧力锚杆支护特点
①高预紧力锚杆预紧力大，加大了锚杆对围岩的主动约束力，从而控制围岩的变形，与预紧力低的全螺纹钢锚杆相比，可降低支护密度；②高预紧力锚杆不易松动，受放炮震动影响比其他类型的锚杆小，如全螺纹钢锚杆距迎头10m范围内松动较为严重；③高预紧力锚杆杆体采用左悬螺纹，而全螺纹钢锚杆为右悬螺纹，目前安装紧固螺母的工具为右悬，采用左悬螺纹右悬安装方式有利于锚固剂的搅拌，能够提高锚固段的密实度，锚固效果好；④高预紧力锚杆使用机械安装，安装可靠性高，避免了人工操作的随意性，保证了安装质量，而全螺纹钢锚杆使用扳手人工紧固，随意性强，难以保证足够的预紧力。
参考文献
[1] 2012年《中国煤炭》第6期 李伟 《深井支护材料的技术研究》
[关键词]深井 锚杆支护 技术研究
中图分类号：P283 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）07-0386-01
一、锚杆支护理论
锚岩支护体理论认为锚杆能加固巷道的围岩，形成一个组合体，即锚岩支护体，它不但具有自承能力，而且能承受因巷道开挖或采动影响而产生的矿山压力。理论和实践证明，提高锚杆的预紧力有利于巷道锚岩支护体的形成，并提高其强度，以产生较大的承载能力。如图1所示，锚岩支护体中，每一根锚杆的粘着段和托盘之间都形成一个双锥形的应力区。这个锥体的开角与岩层的摩擦角有关，也和穿过的裂隙层理有关。在锚岩支护体中，由锚杆所造成的应力沿粘着段和沿托盘的边缘最大，在锥体的底部应力的强度最小。因此只有使锚杆所形成的双锥体彼此相切，同时还必须对锚杆施加较高的预紧力，才能进一步提高锚岩支护体的承载能力，也就是说，锚杆支护区的厚度及锚杆的预拉力对锚岩支护体的承载能力具有决定性的影响。
二、高预紧力锚杆支护技术
锚杆可改善锚固体力学参数，提高锚固体的强度，使岩体强度特别是峰后强度和残余强度得到强化，形成共同承载结构，充分发挥围岩自承能力，锚固体强度随锚杆支护强度σt 的提高而得到强化，达到一定程度就可保持围岩稳定。
现有的锚杆、锚索支护系统在浅部能适用，用到深部就不能有效控制围岩变形，甚至失效，必须要求新的技术和突破。
①发展锚杆支护技术的要点是足够的锚杆支护强度和初锚力，适当加大锚杆长度，及时锚固，特别应加强帮、角的控制。
支护强度：改善材质。发展合格的高强、超高强锚杆；加大锚杆直径。
初锚力：在现有风动条件下，改善结构，完善施工工艺，实现15～20 kN。
锚杆长度：加长后控制大塑性区和破碎区。
及时锚固：除注意顶板外，还应注意两帮。
②发展高（超高）强度锚杆的理论依据
三、巷道围岩支护技术的发展
目前，学者们更多地认识到在深部大流变围岩巷道支护中，支护结构与围岩共同承载的匹配与偶合作用的重要性。錨杆、锚索及刚性金属支架等支护材料与巷道围岩相比，从材料刚度、强度、变形特性、结构特性等方面都存在明显差异，因此要实现支护材料与围岩在刚度匹配、强度匹配、变形匹配、结构匹配并非容易，因此在深井高地应力煤巷的支护中，如果出现刚度、强度、结构变形中某一方面的不匹配与不偶合，就不可避免会出现支护结构的强度失稳、变形失稳和结构失稳等。同时软岩巷道的流变时效性对支护结构提出了时间过程匹配的要求。
经过长期不懈的努力，我们对于难维护围岩巷道的支护问题形成了一套综合支护体系，概括为“综合治理、联合支护、长期监控、因地制宜”的指导方针。
三、深井高地应力煤巷支护的改进措施
1、巷道断面形状采用圆弧形放顶掘进
在顶板无支护状态下，冒落后为自然平衡拱形，因此拱形巷道受力较均匀，承压能力最强。圆弧形断面是将煤层以上顶板最易冒落或弯曲下沉部分岩石人为放掉，使巷道具有较好的承压效果。
上顺槽：开采时需要巷道下帮为煤体，因此巷道断面设计为切圆拱形断面，下帮及上帮为全煤，顶板中部放顶500mm左右。
下顺槽：开采时需要巷道上帮为煤体，下帮无要求，因此巷道断面设计为两肩等高的圆弧拱形断面，下帮为全岩或底部留有小部分煤层，上帮为全煤。
此种支护下帮为岩石，增加了围岩的自承能力，降低了煤帮支护时带来的大量变形。
同时采用圆弧形顶后，锚杆与围岩尽可能垂直，减小了锚杆所受弯剪应力，降低了锚杆的拉断现象。
2、采用高预应力锚杆
（1）高预应力锚杆支护要求
随着开采深度的增加，地应力的增大，围岩松动圈也随之增加，巷道支护所使用的锚杆规格也要加长并向预应力高强锚杆发展。锚杆的锚固作用主要是改善围岩受力状态，将其由二向应力状态转化为三向应力状态，约束剪胀变形，提高其自身强度，从而起到加固围岩提高其自承能力，所以严格地讲锚杆支护是一种围岩加固手段。因此只有在围岩裸露后就及时安装锚杆并施加足够大的预拉力，才能有效约束围岩的剪胀变形，避免其强度的迅速衰减，提高锚杆围岩支护体系的整体承载能力。
（2）支护参数确定的原则
①高可靠性和安全性，尽可能在巷道服务期间减少维修次数或只进行局部维修；
②支护参数和支护材料规格具有较好的适应性和施工可行性。由于井下巷道围岩条件变化很大，从支护合理性考虑，可能出现多种支护参数和支护材料规格，但这将不利于巷道施工和管理。所以，尽可能采用统一的支护材料和材料规格。
③在满足前两项原则的前提下，做到经济合理。
（3）支护方案
锚杆支护初始设计采用有限差分数值计算程序FLAC3.3，进行多方案比较，最后得出合理的锚杆支护初始设计。巷道采用树脂加长锚固高预紧力锚杆锚索组合支护系统。
锚杆形式和规格：杆体选用25#左旋无纵筋锚杆，长度2.4m，杆尾细螺纹为M27，采用滚压加工工艺成型。极限破断力400KN，屈服极限294KN，延伸率17%。采用气扳机紧固螺母，拧紧力矩可达到800N.M。
锚固方式：树脂加长锚固，采用两支锚固剂，一支为K2835，另一支为Z2860，钻孔直径32mm，锚固长度1440mm。
钢带规格：采用W钢带护顶帮，钢带规格：厚度5mm，宽280mm，长度3.8m、3.5m和1.8m。
锚杆配件：采用高强锚杆螺母M27×3，配合高强托盘调心球垫和尼龙垫圈，托盘采用拱型高强度托盘，承载能力不小于40吨。
网片规格：采用金属经纬网护顶护帮，网片规格分别为4.5×0.9m、3.6×0.9m和1.9×0.9m，网孔为50×50mm，材料为10#铁丝。
锚杆布置：锚杆排距0.8m，每排12根锚杆，顶板锚杆间距900mm，上帮锚杆间距1100mm，下帮锚杆间距为800mm。
（4）高预紧力锚杆支护特点
①高预紧力锚杆预紧力大，加大了锚杆对围岩的主动约束力，从而控制围岩的变形，与预紧力低的全螺纹钢锚杆相比，可降低支护密度；②高预紧力锚杆不易松动，受放炮震动影响比其他类型的锚杆小，如全螺纹钢锚杆距迎头10m范围内松动较为严重；③高预紧力锚杆杆体采用左悬螺纹，而全螺纹钢锚杆为右悬螺纹，目前安装紧固螺母的工具为右悬，采用左悬螺纹右悬安装方式有利于锚固剂的搅拌，能够提高锚固段的密实度，锚固效果好；④高预紧力锚杆使用机械安装，安装可靠性高，避免了人工操作的随意性，保证了安装质量，而全螺纹钢锚杆使用扳手人工紧固，随意性强，难以保证足够的预紧力。
参考文献
[1] 2012年《中国煤炭》第6期 李伟 《深井支护材料的技术研究》