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[摘要]梅花井煤矿为达产12.00Mt/a工作面，不断加大开采强度和高度，巷道断面逐渐加大，致使煤柱片帮与巷道冒顶现象时有发生，既增加了巷道维护费用，又影响了安全开采。采用预应锚索力锚索桁架联合支护技术，能有效地防治大断面巷道失稳，并在实践中优化锚索桁架及复式锚索桁架支护技术参数，为安全、高效、经济开采提供保障。
[关键词]复试锚索桁架 支护 实践
中图分类号：TD82 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）06-0032-01
1、锚索桁架支护作用机理
锚索桁架支护是将处于受压状态的巷道两肩窝深部岩体作为锚固点和承载结构的基础，采用高预拉力对拉并锁紧两根钢绞线，直接作用于顶板浅部的围岩，提供水平预应力改善顶板的应力状态，强化低位岩体的力学性能。
对于破碎顶板，桁架系统提供的水平压力增大了沿巷轴向裂隙的摩擦系数，提高了裂隙梁的完整性，有利于顶板梁的成拱作用。锚索桁架由钢绞线、专用连接器及锁具和锚固剂组成，利用锚索张紧器对锚索桁架施加预紧力。
复式锚索桁架是建立在单个锚索桁架基础之上的，由两个锚索桁架叠加而成的支护形式，通过压缩应力区的叠加，可以有效缩短巷道的支护跨度。在大断面巷道中间及多向交岔点中部，形成一种很高的张应力，复式锚索桁架可产生一种压缩力来抵消在这些地方所产生的较为集中的顶板张应力。在顶板已明显冒落的区域，桁架能够稳定新暴露顶板拱，保障顶板稳定性。
单个锚索桁架支护一般适用于巷道跨度小于6m的巷道，当巷道跨度大于6m时，倾向于使用复式锚索桁架，尤其在顶板破碎的大断面巷道和悬顶面积大的巷道交岔点，应用锚索桁架及复式锚索桁架支护技术，具有良好的应用价值。
2、工程概况
预应锚索力锚索桁架联合支护技术在灵新煤矿初仅用于巷道的维护，后来逐步应用到综采综放上、下顺槽、巷道交岔点及大断面开切眼的顶板支护，同时在支护形式上也由单个锚索桁架向复式锚索桁架方向发展，支护范围进一步扩大。锚索桁架支护技术在梅花井煤矿应用3g来，该技术不断成熟，既在解决大断面煤巷支护难题是一种有效的尝试，而且在客观上还为巷道快速掘进创造了有利的条件，具有可靠支护效果和明显技术经济效益。
2.1 工程地质条件
梅花井煤矿2 2煤层顶底板特征顶板：厚度0.73～19.77m，平均厚度4.20m；除个别钻孔为老顶外，大部分为直接顶，煤层顶板岩性北部以粉砂岩、细粒砂岩为主，少量的中粒砂岩；中部以中粒砂岩、细粒砂岩为主，少量的粉砂岩；南部以粉砂岩为主，伪顶不发育，零星分布有炭质泥岩、泥岩。2煤顶采比Km一0.83。顶板颗粒密度2.65 g/cm3，孔隙率14.10%，单向饱和抗压强度Rc7.17MPa，天然状态抗压强度Rnl8.24MPa，天然状态抗拉强度1.56MPa，变形模量1.08×104MPa，弹性模量1.20×104MPa，泊松比0.19。易风化，抗水浸能力中等，强度中等，为不稳定岩体；属易冒落的二类有周期来压顶板。自开始该矿井建矿以来发生冒（漏）顶事故10余次，严重制约掘进工作面速度的提高和回采工作面的顺利推进，威胁着梅花井煤矿顺利健康发展。
2.2 工程应用实例
2010年3月，梅花井煤矿一分区在施1112202综采开切眼时，导硐施工已经完成，开始由上向下扩帮，由于切眼上部机窝位N：2#煤顶板揭露为泥岩，5.5m的锚索不能有效锚入稳定岩层内，致使6月17日发现该段顶板明显下沉，且下沉速度较大，日下沉量为70mm，次日顶板下沉量为120ram，累计下沉量达500ram，同时在距离上口10～25m导硐侧与扩帮侧相接处出现裂缝，裂缝宽度5～100mm，在导硐老塘侧切顶（约20m），并且在扩帮肩窝处有六根锚杆在螺纹根部被拉断，三根钢带横筋拉断，三根锚索槽钢严重变形，顶板出现较大的断裂声响。
为及时有效地控制顶板下沉，技术人员现场施工锚索桁架，两根锚索以与水平角90°方向垂直向顶板施工，两根锚索间距为2.0m，中间用长度为2.4m的14#槽钢制作成的托板相连接，并用锚具闭锁。锚索析架以两侧煤帮作为承载主体，通过析架拉
杆施加水平压力以提高顶板的抗拉强度和受力l陛能，从而改善顶板拉应力增加的不利局面。
锚索析架施工完成后，顶板下沉控制效果十分明显。施Z后日顶板下沉量由120mm控制到60mm。同时，导铜侧与扩帮处中间相接处裂缝变化明显减小。在随后25天的顶板下沉量观测期间，前5天顶板日均下沉量在1～2mm，后20天顶板日下沉量均小于lmmld，从而保证了112202综采工作面的顺利安装。
随后，预应锚索力锚索析架联合支护技术在宁煤周边矿井得到了迅速推广。从而取代了机窝段单体支柱辅助支护，获得了成功，为后续综采、综放设备的安装创造了非常便利的条件。该技术还主要应用于运输顺槽及开拓巷道交点处的顶板维护施工中，均取得了满意的支护效果。
2.3 4.2m大采高工作面开切眼工程应用实例
4.2rn综采大采高首采工作面布置在116101综采工作面，其走向长度4331m，倾斜长度302m，巷道沿煤层底板布置。开切眼断面为矩形断面，高4.0m，宽为8.0～10.0m。
复式锚索桁架系统施工方法：在巷道顶部布置两个锚索析架，析架托梁采用14#槽钢加工而成，槽钢采用10mm厚钢板加工，长度2400mm，端部开孔直径为20mm。锚索材料为1x7股直径为15.25mm的高强度低松弛预应力钢绞线加工而成，锚索长度为5500mm，锚索钻孔要求.孔深5.2m，孔径为28mm。每根锚索都使用3.5节中23x700mm树脂药卷锚固，锚固长度为2450mm。锚索桁架排距为3.0m，采用配套连接器和锁具连接，并用锚索张紧器安装，张紧力在100kN，所用铁托板规格为80x80mm。按锚索钢绞线与水平夹角70°计算，初始水平预紧力F=100×Sin30°=50KN。并且随着顶板的变形，水平预紧力与顶板压力成正比关系。
综采设备安装期间，顶板最大下沉量为20mm，为神华宁煤集2.2～5.5m大采高设备的安装创造了更为安全方便的有利条件。预应锚索力锚索桁架联合支护技术在116101大采高工作面开切眼成功应用，能有效控制巷道顶板岩层的离层与破坏，确保了大采高综采设备的安装，为煤矿的安全生产，实现矿井的高產高效具有相当重要的意义。
4、结论
（1）锚索桁架系统中的高预应力使围岩变形处于受控制状态，给围岩一定的预压力，不仅提高了抗拉能力，而且大大提高了锚固体的抗剪能力。复式锚索桁架支护技术解决了复合破碎顶板和悬顶面积大的交岔点等条件下的“补强支护”这一支护难题，确保直接顶不大面积冒落，弥补了锚索支护的不足。
（2）采用预应锚索力锚索桁架联合支护更有利于实现在破碎围岩环境下的快速掘进，从而提高了矿井的综合效益。在锚索桁架及复式锚素桁架支护技术的保障下，梅花井煤矿综掘三队28天掘进进尺660111。
（3）对于直接顶厚度在3m以上的破碎易冒落顶板，采用锚索桁架支护，有效的防治了破碎岩层结构组合劣化造成的冒顶失稳，一定程度上控制了巷道顶板岩层的离层与破坏。
[关键词]复试锚索桁架 支护 实践
中图分类号：TD82 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）06-0032-01
1、锚索桁架支护作用机理
锚索桁架支护是将处于受压状态的巷道两肩窝深部岩体作为锚固点和承载结构的基础，采用高预拉力对拉并锁紧两根钢绞线，直接作用于顶板浅部的围岩，提供水平预应力改善顶板的应力状态，强化低位岩体的力学性能。
对于破碎顶板，桁架系统提供的水平压力增大了沿巷轴向裂隙的摩擦系数，提高了裂隙梁的完整性，有利于顶板梁的成拱作用。锚索桁架由钢绞线、专用连接器及锁具和锚固剂组成，利用锚索张紧器对锚索桁架施加预紧力。
复式锚索桁架是建立在单个锚索桁架基础之上的，由两个锚索桁架叠加而成的支护形式，通过压缩应力区的叠加，可以有效缩短巷道的支护跨度。在大断面巷道中间及多向交岔点中部，形成一种很高的张应力，复式锚索桁架可产生一种压缩力来抵消在这些地方所产生的较为集中的顶板张应力。在顶板已明显冒落的区域，桁架能够稳定新暴露顶板拱，保障顶板稳定性。
单个锚索桁架支护一般适用于巷道跨度小于6m的巷道，当巷道跨度大于6m时，倾向于使用复式锚索桁架，尤其在顶板破碎的大断面巷道和悬顶面积大的巷道交岔点，应用锚索桁架及复式锚索桁架支护技术，具有良好的应用价值。
2、工程概况
预应锚索力锚索桁架联合支护技术在灵新煤矿初仅用于巷道的维护，后来逐步应用到综采综放上、下顺槽、巷道交岔点及大断面开切眼的顶板支护，同时在支护形式上也由单个锚索桁架向复式锚索桁架方向发展，支护范围进一步扩大。锚索桁架支护技术在梅花井煤矿应用3g来，该技术不断成熟，既在解决大断面煤巷支护难题是一种有效的尝试，而且在客观上还为巷道快速掘进创造了有利的条件，具有可靠支护效果和明显技术经济效益。
2.1 工程地质条件
梅花井煤矿2 2煤层顶底板特征顶板：厚度0.73～19.77m，平均厚度4.20m；除个别钻孔为老顶外，大部分为直接顶，煤层顶板岩性北部以粉砂岩、细粒砂岩为主，少量的中粒砂岩；中部以中粒砂岩、细粒砂岩为主，少量的粉砂岩；南部以粉砂岩为主，伪顶不发育，零星分布有炭质泥岩、泥岩。2煤顶采比Km一0.83。顶板颗粒密度2.65 g/cm3，孔隙率14.10%，单向饱和抗压强度Rc7.17MPa，天然状态抗压强度Rnl8.24MPa，天然状态抗拉强度1.56MPa，变形模量1.08×104MPa，弹性模量1.20×104MPa，泊松比0.19。易风化，抗水浸能力中等，强度中等，为不稳定岩体；属易冒落的二类有周期来压顶板。自开始该矿井建矿以来发生冒（漏）顶事故10余次，严重制约掘进工作面速度的提高和回采工作面的顺利推进，威胁着梅花井煤矿顺利健康发展。
2.2 工程应用实例
2010年3月，梅花井煤矿一分区在施1112202综采开切眼时，导硐施工已经完成，开始由上向下扩帮，由于切眼上部机窝位N：2#煤顶板揭露为泥岩，5.5m的锚索不能有效锚入稳定岩层内，致使6月17日发现该段顶板明显下沉，且下沉速度较大，日下沉量为70mm，次日顶板下沉量为120ram，累计下沉量达500ram，同时在距离上口10～25m导硐侧与扩帮侧相接处出现裂缝，裂缝宽度5～100mm，在导硐老塘侧切顶（约20m），并且在扩帮肩窝处有六根锚杆在螺纹根部被拉断，三根钢带横筋拉断，三根锚索槽钢严重变形，顶板出现较大的断裂声响。
为及时有效地控制顶板下沉，技术人员现场施工锚索桁架，两根锚索以与水平角90°方向垂直向顶板施工，两根锚索间距为2.0m，中间用长度为2.4m的14#槽钢制作成的托板相连接，并用锚具闭锁。锚索析架以两侧煤帮作为承载主体，通过析架拉
杆施加水平压力以提高顶板的抗拉强度和受力l陛能，从而改善顶板拉应力增加的不利局面。
锚索析架施工完成后，顶板下沉控制效果十分明显。施Z后日顶板下沉量由120mm控制到60mm。同时，导铜侧与扩帮处中间相接处裂缝变化明显减小。在随后25天的顶板下沉量观测期间，前5天顶板日均下沉量在1～2mm，后20天顶板日下沉量均小于lmmld，从而保证了112202综采工作面的顺利安装。
随后，预应锚索力锚索析架联合支护技术在宁煤周边矿井得到了迅速推广。从而取代了机窝段单体支柱辅助支护，获得了成功，为后续综采、综放设备的安装创造了非常便利的条件。该技术还主要应用于运输顺槽及开拓巷道交点处的顶板维护施工中，均取得了满意的支护效果。
2.3 4.2m大采高工作面开切眼工程应用实例
4.2rn综采大采高首采工作面布置在116101综采工作面，其走向长度4331m，倾斜长度302m，巷道沿煤层底板布置。开切眼断面为矩形断面，高4.0m，宽为8.0～10.0m。
复式锚索桁架系统施工方法：在巷道顶部布置两个锚索析架，析架托梁采用14#槽钢加工而成，槽钢采用10mm厚钢板加工，长度2400mm，端部开孔直径为20mm。锚索材料为1x7股直径为15.25mm的高强度低松弛预应力钢绞线加工而成，锚索长度为5500mm，锚索钻孔要求.孔深5.2m，孔径为28mm。每根锚索都使用3.5节中23x700mm树脂药卷锚固，锚固长度为2450mm。锚索桁架排距为3.0m，采用配套连接器和锁具连接，并用锚索张紧器安装，张紧力在100kN，所用铁托板规格为80x80mm。按锚索钢绞线与水平夹角70°计算，初始水平预紧力F=100×Sin30°=50KN。并且随着顶板的变形，水平预紧力与顶板压力成正比关系。
综采设备安装期间，顶板最大下沉量为20mm，为神华宁煤集2.2～5.5m大采高设备的安装创造了更为安全方便的有利条件。预应锚索力锚索桁架联合支护技术在116101大采高工作面开切眼成功应用，能有效控制巷道顶板岩层的离层与破坏，确保了大采高综采设备的安装，为煤矿的安全生产，实现矿井的高產高效具有相当重要的意义。
4、结论
（1）锚索桁架系统中的高预应力使围岩变形处于受控制状态，给围岩一定的预压力，不仅提高了抗拉能力，而且大大提高了锚固体的抗剪能力。复式锚索桁架支护技术解决了复合破碎顶板和悬顶面积大的交岔点等条件下的“补强支护”这一支护难题，确保直接顶不大面积冒落，弥补了锚索支护的不足。
（2）采用预应锚索力锚索桁架联合支护更有利于实现在破碎围岩环境下的快速掘进，从而提高了矿井的综合效益。在锚索桁架及复式锚素桁架支护技术的保障下，梅花井煤矿综掘三队28天掘进进尺660111。
（3）对于直接顶厚度在3m以上的破碎易冒落顶板，采用锚索桁架支护，有效的防治了破碎岩层结构组合劣化造成的冒顶失稳，一定程度上控制了巷道顶板岩层的离层与破坏。