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[摘 要]本文着重论述了在松软特厚煤层底板巷中采用锚杆、钢筋、29U拱形可缩型铁棚、喷碹联合支护的可行性
[关键词]煤层底板巷 锚杆 钢筋网 U型可缩支架 喷碹
中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）04-0121-01
前言
随着我国煤炭资源的开采，煤层深度在不断加深，致使所掘巷道的压力逐渐加大，松软煤（岩）层日渐增多。为确保煤炭稳步发展，选择合理的支护方式，提高松软煤（岩）巷的质量和服务年限，显得尤其重要。
1 概述
振兴煤矿位于矿区中部，1990年成立，设计生产能力60万吨/年，现实际生产能力达60万吨/年，井田南北走向1.3公里，倾斜3.14公里，面积4.0686平方公里，截止2011年底，全矿煤炭资源地质储量2419.29万吨，可采储量为1119.3万吨；煤系地层含可采煤层13层，总厚度55.8米，开拓方式为斜井多水平分区布置。
现开采深度已达530米，进入深部开采后地质条件复杂，地压增大，围岩条件差，支护越来越困难；另一方面，随着采掘机械化的提高，矿井的生产能力逐渐上升，因此，为确保矿井生产接续，实现矿井的安全、稳产，提高煤（岩）巷的掘进质量显得尤其重要。自2010年以来，在松软特厚煤层底板巷掘进中推广锚杆、钢筋网、架拱形铁棚、喷碹联合支护技术，取得了较好的效果。使用原来金属网、架拱形棚、喷碹支护巷道时，在走向200米长的区域内，从开采到收尾，工作面上、下道巷道压力大，需要恢复3到4次；现采用锚杆、钢筋网、架拱形铁棚、喷碹联合支护技术，工作面到开采完上、下两巷不用维护，这充分说明了选择合理的支护方式，可提高松软煤（岩）巷的质量，减少巷道的维护量。
2 锚、网、架棚、喷联合支护的原理分析
锚、钢筋网、架拱形铁硼、喷碹联合支护是在松软煤（岩）顶板暴露后及时安设锚杆、钢筋网、架棚，再喷碹的工艺来锚固周围破碎围岩组成一个支护圈，借助围岩来支护围岩，起到很好的加固作用。
2.1 锚、网的作用
高强度预应力锚杆在预应力的作用下，对围岩挤压加固，在内部形成一个厚度均匀连续的压缩带，使顶板围岩形成一个组合平衡拱（钢性梁），改变变形区内围岩的力学性质；钢筋网则使锚杆之间相互作用形成一个统一的支护结构，增强锚杆之间的整体支护能力，使顶板载荷均匀分布，使巷道围岩成为一个整体；钢筋网具有较大的强度和韧性，能阻止破碎岩石冒落，对提高锚杆的支护起到很强的作用。
2.2 锚杆本身不承载，它只起组合作用
组合平衡拱对上覆岩体起支承作用，围岩对该组合梁又有反作用，而且巷壁在爆破过程中产生裂隙，在受锚杆预应力的作用下，锚杆间的煤（岩）块特别是破碎岩体将会脱落而导致锚杆失效，从而破坏组合梁作用；钢筋网不仅可以保证组合平衡拱的完整性，而且可以使组合梁及其下方不受锚杆组合作用而易脱落的煤（岩）体连成整体，从而加大了支护体系，提高了支护强度。
2.3 采用锚网、架棚支护新工艺
固定组合梁吊在巷道顶板上部稳定煤（岩）层中，由于使用29U型钢拱形支护，可使支护形成自然平衡拱的同时，又增加支护强度，从而使上边的作用力转移到巷道两帮，进一步强化锚杆、钢筋网、架棚对围岩的支护作用。
2.4 喷碹的作用
1）封闭作用。及时封闭围岩，防止煤（岩）进一步风化变形，减少了发火隐患。
2）柔性支护作用。喷层能与围岩粘在一起，具有一定的柔性和强度，能和可缩性U型钢铁棚围岩一起位移，并在位移过程中对围岩变形产生支护反力。
3）组合拱作用。以高速喷出的混凝土射入围岩的节理、裂隙，起到将破碎岩块联成整体，固结围岩的作用。
喷碹将围岩的双向受力状态改变为三向受力状态，提高了围岩的强度，可以消除因（煤）岩面不平引起的应力集中现象，避免过大的集中应力所造成的围岩破坏，使巷道支护连成一体，提高支护效果。
振兴煤矿三水平中部区18层溜子道和回风道（煤巷），总长度710米，该区设计为滑移支架放顶煤开采，工作面上、下道抓煤层底板施工，煤层平均厚度12米，最厚地点达到15米厚，并且底板层煤体松软。设计施工该区时，由原来的锚网架棚喷联合支护修改为采用锚杆、钢筋网、架U型拱形棚、喷碹联合支护。
松软煤（岩）层的特征：a.围岩易潮解风化，自承能力低，自稳时间短，开掘2小时后，围岩风化，顶帮爆裂爆落。b.遇水膨胀并具有渗透性。c. 围煤（岩）抗干扰性弱，放炮震动可加大围岩裂隙。
1）锚杆选用Φ20mm左旋无纵筋螺纹钢锚杆，长度由原来的1.6米增加至1.8米，因为通过试验得知：增加锚杆的长度，对围岩的控制效果会更好，但并不是越长越好，而是存在一个最佳的范围，即超过最佳值时，支护效果的改变就变得不明显了。（见图1）
2）锚杆的间排距1.0米，锚杆间排距增大顶板的下沉量会增大，导致锚杆受力不均，出现失效锚杆，破坏了平衡拱，不利于巷道支护（见图2）。
3）锚固剂选择高效树脂锚固剂，采用端头锚固，锚固长度0.7米。
4）钢筋网使用Φ6.5，网格为15cm×15cm，钢筋网必须安装顺直，紧贴煤壁表面，钢筋网成形后，网与网搭接20cm， 钢筋网表面保护层厚度不小于2cm，不允许将锚杆、钢筋头外露。
U型可缩支架是具有结构简单、用钢量少、受力结构条件好、加工制造方便、架设工艺简单等优点：
①按设计位置安设，打锚杆挂网后进行。对局部欠挖部位应予凿除，以保证U型可缩支架施工位置和结构尺寸的正确性；
②U型可缩支架应垂直于巷道中心。上下、左右偏差应小于±5cm，钢架迎山角度应在3°-5°。
③U型可缩支架之间必须按设计要求进行纵向联接。以保证棚与棚之间处于良好的联合受力状态，一次使用U型可缩支架的数量不应少于0.5m/架。
④U型可缩支架应与钢筋网紧密接触，必要时可用木楔紧牢，锚杆布置与断面方向均应与U型可缩支架的安设相适用。并应留有不小于20cm的锚杆头部與U型可缩支架联接。局部位置与锚杆错开时采用增加纵向钢筋或调整纵向钢筋位置进行间接联接，确保该范内的每根锚杆发挥其作用。
⑤、U型可缩支架喷碹保护层厚度不小于10cm。
3 存在问题及建议
1）在松软煤（岩）层中使用锚、钢筋网、架棚、喷碹支护证实了挤压加固平衡拱理论的正确性，因此，提高认识、改变传统的支护观念，大胆采用支护新技术，应用到各种复杂的巷道施工中。
2）积极开展巷道支护监测，尤其对已采用的支护参数，对巷道的支护效果如何，有待进一步观察和总结。
3）锚杆的锚固力（预紧力）要达到要求，加强施工监察和管理及工人培训，提高安装质量，保证不出现失效的锚杆。
4）加强顶板观测先进仪器的推广使用，采用科学手段鉴定围岩的力学性质，使支护选择更加合理可靠。
5）加强对预应力锚杆的研究，合理解决锚杆、强度、锚固力、密度布置等问题。
6）根据地质条件变化，合理及时调整支护设计，发现支护薄弱环节应及时采取补救措施。
7）对于及易冒落的松软煤（岩）层，没有足够的支护时间，应采取超前支护（超前打设前探锚杆）或进行预防性灌浆等针对性措施，以保证锚、钢筋网、架棚、喷支护的顺利进行。
8）要严格执行光面爆破，光面爆破是一种控制爆破，是松软煤（岩）层中执行锚、钢筋网、架棚、喷支护的关键，它可控制围岩的松动范围，增加围岩本身承载能力，改善支护状态。
4 结论
本文通过对锚、钢筋网、架棚、喷联合支护的分析，提出了在松软煤（岩）层中，采用锚杆、钢筋网、架棚、喷联合支护方式，能够提高所施工巷道的支护强度和巷道质量，减少采煤工作面上、下两道在开采过程中维护费用，节省了资金带来了可观的经济效益，对于存在的问题和不足，应在今后的实践中有待进一步的解决和完善。
作者简介
1988年8月毕业于辽源煤校采煤专业，2012年8月毕业于鹤岗职工大学采矿工程专业、大专，工程师，现任振兴煤矿生产科科长.
[关键词]煤层底板巷 锚杆 钢筋网 U型可缩支架 喷碹
中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）04-0121-01
前言
随着我国煤炭资源的开采，煤层深度在不断加深，致使所掘巷道的压力逐渐加大，松软煤（岩）层日渐增多。为确保煤炭稳步发展，选择合理的支护方式，提高松软煤（岩）巷的质量和服务年限，显得尤其重要。
1 概述
振兴煤矿位于矿区中部，1990年成立，设计生产能力60万吨/年，现实际生产能力达60万吨/年，井田南北走向1.3公里，倾斜3.14公里，面积4.0686平方公里，截止2011年底，全矿煤炭资源地质储量2419.29万吨，可采储量为1119.3万吨；煤系地层含可采煤层13层，总厚度55.8米，开拓方式为斜井多水平分区布置。
现开采深度已达530米，进入深部开采后地质条件复杂，地压增大，围岩条件差，支护越来越困难；另一方面，随着采掘机械化的提高，矿井的生产能力逐渐上升，因此，为确保矿井生产接续，实现矿井的安全、稳产，提高煤（岩）巷的掘进质量显得尤其重要。自2010年以来，在松软特厚煤层底板巷掘进中推广锚杆、钢筋网、架拱形铁棚、喷碹联合支护技术，取得了较好的效果。使用原来金属网、架拱形棚、喷碹支护巷道时，在走向200米长的区域内，从开采到收尾，工作面上、下道巷道压力大，需要恢复3到4次；现采用锚杆、钢筋网、架拱形铁棚、喷碹联合支护技术，工作面到开采完上、下两巷不用维护，这充分说明了选择合理的支护方式，可提高松软煤（岩）巷的质量，减少巷道的维护量。
2 锚、网、架棚、喷联合支护的原理分析
锚、钢筋网、架拱形铁硼、喷碹联合支护是在松软煤（岩）顶板暴露后及时安设锚杆、钢筋网、架棚，再喷碹的工艺来锚固周围破碎围岩组成一个支护圈，借助围岩来支护围岩，起到很好的加固作用。
2.1 锚、网的作用
高强度预应力锚杆在预应力的作用下，对围岩挤压加固，在内部形成一个厚度均匀连续的压缩带，使顶板围岩形成一个组合平衡拱（钢性梁），改变变形区内围岩的力学性质；钢筋网则使锚杆之间相互作用形成一个统一的支护结构，增强锚杆之间的整体支护能力，使顶板载荷均匀分布，使巷道围岩成为一个整体；钢筋网具有较大的强度和韧性，能阻止破碎岩石冒落，对提高锚杆的支护起到很强的作用。
2.2 锚杆本身不承载，它只起组合作用
组合平衡拱对上覆岩体起支承作用，围岩对该组合梁又有反作用，而且巷壁在爆破过程中产生裂隙，在受锚杆预应力的作用下，锚杆间的煤（岩）块特别是破碎岩体将会脱落而导致锚杆失效，从而破坏组合梁作用；钢筋网不仅可以保证组合平衡拱的完整性，而且可以使组合梁及其下方不受锚杆组合作用而易脱落的煤（岩）体连成整体，从而加大了支护体系，提高了支护强度。
2.3 采用锚网、架棚支护新工艺
固定组合梁吊在巷道顶板上部稳定煤（岩）层中，由于使用29U型钢拱形支护，可使支护形成自然平衡拱的同时，又增加支护强度，从而使上边的作用力转移到巷道两帮，进一步强化锚杆、钢筋网、架棚对围岩的支护作用。
2.4 喷碹的作用
1）封闭作用。及时封闭围岩，防止煤（岩）进一步风化变形，减少了发火隐患。
2）柔性支护作用。喷层能与围岩粘在一起，具有一定的柔性和强度，能和可缩性U型钢铁棚围岩一起位移，并在位移过程中对围岩变形产生支护反力。
3）组合拱作用。以高速喷出的混凝土射入围岩的节理、裂隙，起到将破碎岩块联成整体，固结围岩的作用。
喷碹将围岩的双向受力状态改变为三向受力状态，提高了围岩的强度，可以消除因（煤）岩面不平引起的应力集中现象，避免过大的集中应力所造成的围岩破坏，使巷道支护连成一体，提高支护效果。
振兴煤矿三水平中部区18层溜子道和回风道（煤巷），总长度710米，该区设计为滑移支架放顶煤开采，工作面上、下道抓煤层底板施工，煤层平均厚度12米，最厚地点达到15米厚，并且底板层煤体松软。设计施工该区时，由原来的锚网架棚喷联合支护修改为采用锚杆、钢筋网、架U型拱形棚、喷碹联合支护。
松软煤（岩）层的特征：a.围岩易潮解风化，自承能力低，自稳时间短，开掘2小时后，围岩风化，顶帮爆裂爆落。b.遇水膨胀并具有渗透性。c. 围煤（岩）抗干扰性弱，放炮震动可加大围岩裂隙。
1）锚杆选用Φ20mm左旋无纵筋螺纹钢锚杆，长度由原来的1.6米增加至1.8米，因为通过试验得知：增加锚杆的长度，对围岩的控制效果会更好，但并不是越长越好，而是存在一个最佳的范围，即超过最佳值时，支护效果的改变就变得不明显了。（见图1）
2）锚杆的间排距1.0米，锚杆间排距增大顶板的下沉量会增大，导致锚杆受力不均，出现失效锚杆，破坏了平衡拱，不利于巷道支护（见图2）。
3）锚固剂选择高效树脂锚固剂，采用端头锚固，锚固长度0.7米。
4）钢筋网使用Φ6.5，网格为15cm×15cm，钢筋网必须安装顺直，紧贴煤壁表面，钢筋网成形后，网与网搭接20cm， 钢筋网表面保护层厚度不小于2cm，不允许将锚杆、钢筋头外露。
U型可缩支架是具有结构简单、用钢量少、受力结构条件好、加工制造方便、架设工艺简单等优点：
①按设计位置安设，打锚杆挂网后进行。对局部欠挖部位应予凿除，以保证U型可缩支架施工位置和结构尺寸的正确性；
②U型可缩支架应垂直于巷道中心。上下、左右偏差应小于±5cm，钢架迎山角度应在3°-5°。
③U型可缩支架之间必须按设计要求进行纵向联接。以保证棚与棚之间处于良好的联合受力状态，一次使用U型可缩支架的数量不应少于0.5m/架。
④U型可缩支架应与钢筋网紧密接触，必要时可用木楔紧牢，锚杆布置与断面方向均应与U型可缩支架的安设相适用。并应留有不小于20cm的锚杆头部與U型可缩支架联接。局部位置与锚杆错开时采用增加纵向钢筋或调整纵向钢筋位置进行间接联接，确保该范内的每根锚杆发挥其作用。
⑤、U型可缩支架喷碹保护层厚度不小于10cm。
3 存在问题及建议
1）在松软煤（岩）层中使用锚、钢筋网、架棚、喷碹支护证实了挤压加固平衡拱理论的正确性，因此，提高认识、改变传统的支护观念，大胆采用支护新技术，应用到各种复杂的巷道施工中。
2）积极开展巷道支护监测，尤其对已采用的支护参数，对巷道的支护效果如何，有待进一步观察和总结。
3）锚杆的锚固力（预紧力）要达到要求，加强施工监察和管理及工人培训，提高安装质量，保证不出现失效的锚杆。
4）加强顶板观测先进仪器的推广使用，采用科学手段鉴定围岩的力学性质，使支护选择更加合理可靠。
5）加强对预应力锚杆的研究，合理解决锚杆、强度、锚固力、密度布置等问题。
6）根据地质条件变化，合理及时调整支护设计，发现支护薄弱环节应及时采取补救措施。
7）对于及易冒落的松软煤（岩）层，没有足够的支护时间，应采取超前支护（超前打设前探锚杆）或进行预防性灌浆等针对性措施，以保证锚、钢筋网、架棚、喷支护的顺利进行。
8）要严格执行光面爆破，光面爆破是一种控制爆破，是松软煤（岩）层中执行锚、钢筋网、架棚、喷支护的关键，它可控制围岩的松动范围，增加围岩本身承载能力，改善支护状态。
4 结论
本文通过对锚、钢筋网、架棚、喷联合支护的分析，提出了在松软煤（岩）层中，采用锚杆、钢筋网、架棚、喷联合支护方式，能够提高所施工巷道的支护强度和巷道质量，减少采煤工作面上、下两道在开采过程中维护费用，节省了资金带来了可观的经济效益，对于存在的问题和不足，应在今后的实践中有待进一步的解决和完善。
作者简介
1988年8月毕业于辽源煤校采煤专业，2012年8月毕业于鹤岗职工大学采矿工程专业、大专，工程师，现任振兴煤矿生产科科长.