煤矿巷道支护技术的研究与应用.pdf

第 3 5卷第 1 1 期 2 0 1 0年 1 1 月 煤 炭 学 报 J OUR NAL OF C HI NA C OAL S O C I E T Y Vo 1 ． 3 5 NO V ． No ．1 1 2 01 O 文章编号 0 2 5 3 - 9 9 9 3 2 0 1 0 1 l 一 1 8 0 9 0 6 煤矿巷道支护技术 的研究与应 用 康红普， 王金华， 林 健 煤炭科学研究总院 开采设计研究分院 ， 北京1 0 0 0 1 3 摘 要 介绍 了煤矿巷道支护类型， 分析 了巷道支护与围岩的相 互作用关 系， 对 目前主要 的巷道支 护理论进行 了评价。着重介绍了锚杆支护成套技术 ， 包括地质力学测试、 锚杆 支护设计、 支护材料、 施工机具与工艺、 工程质量检测及矿压监测、 特殊地质条件 支护技术等。通过极软岩巷道与深部沿 空留巷实例分析， 介绍 了锚杆 支护的应用效果。实践表 明 锚杆 支护 已经成 为我 国煤矿巷道 首选 的、 安全高效的主要支护方式 ， 显著提 高了巷道支护效果 ， 保证 了采煤工作面的安全、 快速推进 ， 促 进 了煤炭 产 量的 大幅度 增长 。 关键词 煤矿 ； 巷道支护 ； 锚杆支护 ； 成套技 术 中图分类号 T D 3 5 3 文献标 志码 A S t u dy a nd a pp l i c a t i o n s o f r o a dwa y s up po r t t e c hn i q ue s f o r c o a l m i ne s K ANG Ho n g p u， WANG J i n h u a ， L I N J i a n C o a l Mi n i n g a n d D e s i g n B r a n c h ， C h i n a C o a l R e s e a r c h I n s t i t u t e ， B e r i n g 1 0 0 0 1 3， C h i n a Ab s t r a c t T he r o a d wa y s u p p o r t f o r ms i n c o a l mi n e s we r e i n t r o d u c e d， t h e i n t e r a c t i o n b e t we e n s u p p o rts a n d r o c k s u r - r o un d i ng r o a d wa y s wa s a n a l y z e d， a n d t h e ma i n r o a d wa y s u pp o rt t h e o rie s we r e e v a l u a t e d． Th e c o mp l e t e r o c k b o l t i n g t e c h n i q u e wa s e mp h a t i c a l l y i n t r o d u c e d， i n c l u d i n g g e o me c ha ni c s me a s u r e me n t s， r o c k b o l t i n g d e s i g n， b o l t i n g ma t e ria l s， c o n s t r uc t i o n i mp l e me n t s a n d t e c hn o l o g i e s ， q u a l i t y c h e c k a n d mo n i t o r i ng， s u pp o r t t y p e s f o r s pe c i a l g e o l o g i c a l c o n d i t i o ns ． T he a p pl i c a t i o n e f f e c t s we r e d i s c us s e d o n t h e b a s i s o f t wo c a s e s t u di e s a r o a d wa y wi t h v e r y s o ft s u r r o u n d i n g r o c k， a n d a d e e p g o b s i d e e nt r y r e t a i n i n g ． Th e p r a c t i c e s po i n t e d o ut t ha t r o c k b o l t i n g b e c o me s t h e fir s t a n d p rima r y s u p p o r t t y p e wi t h h i g h s a f e t y a n d e ffic i e n c y f o r Ch i ne s e c o a l mi n e s ， whi c h o b v i o u s l y i mp r o v e s r o a d wa y s u p p o r t e f f e c t s， e n s u r e s s a f e a n d f a s t a d v a n c e o f c o a l f a c e s ， a n d b r i n g s a b o u t a g r e a t i n c r e a s e o f c o a l o u t p u t ． Ke y wor ds c o a l mi ne； r o a d wa y s u p po rt； r o c k b o l t i n g； c o mp l e t e t e c h n i q u e 我国煤矿主要是地下开采 ， 需要在井下开掘大量 巷道 ， 保持巷道畅通和围岩稳定对煤矿建设与生产具 有重要意义。随着开采深度、 广度及开采强度的不断 提高 ， 巷道埋深逐年增加 ， 地质条件 13趋复杂化 ， 高地 应力巷道、 强烈采动影 响巷道 、 松软破碎围岩巷道及 特大断面巷道和硐室等复杂困难条件 占的 比重越来 越大 ， 显著增加 了巷道支护难度。 煤矿巷道支护经历了木支护 、 砌碹支护 、 型钢支 护到锚杆支护的漫长过程。多年来 国内外的实践经 验表明 ， 锚杆支护是经济 、 有效 的支护技术 J 。与 棚式支架支护相比， 锚杆支护显著提高了巷道支护效 果， 降低了巷道支护成本， 减轻了工人劳动强度。更 重要 的是锚杆支护大大简化了采煤工作面端头支护 和超前支护工艺 ， 保证 了安全生产 ， 为采煤工作面 的 快速推进和煤炭产量的大幅度提高创造 了良好条件。 目前 ， 锚杆支护技术 已在 国内外得到普遍应用 ， 是煤 矿实现高产高效必不可少的关键技术之一。 1 煤矿巷道 支护形式 根据支护对围岩 的作用方式可将煤矿巷道支护 收稿 日期 2 0 1 0 0 6 2 1 责任编辑 柴海涛 基金项目 国家科技支撑计划项 目 2 0 0 8 B AB 3 6 B 0 7 作者简介 康红普 1 9 6 5 一 ， 男 ， 山西五台人 ， 博 士， 研究员 ， 博士生导师。T e l 0 1 0 - 8 4 2 6 3 1 2 5， E m a i l k a n g h p 1 6 3 ． e o m 1 8 1 0 煤 炭 学 报 2 0 1 0 年 第3 5 卷 分为 4类 ① 支护力作用在巷道围岩表 面的支护方 式 ， 如各种类型的支架 、 喷射混凝土 、 砌碹支护等 ； ② 支护力不但作用在围岩表面， 而且作用在围岩 内部的 支护方式 ， 如锚杆与锚索支护； ③ 改善巷道 围岩力学 性质 ， 提高围岩强度的加 固方法 ， 如各种注浆加固方 法 ； ④ 改善巷道 围岩应力状态 ， 使巷道处于应力降低 区 ， 如各种应力控制技术 。 1 砌碹支护。砌碹支护是应用很早 的支护方 式 ， 目前在一些矿井 的硐室、 大巷中仍然采用 。按砌 碹支护材料可分为 料石 、 混凝土砌块 、 现浇混凝土 、 现浇钢筋混凝土等。但是 ， 砌碹支护属于刚性被动支 护， 不仅支护成本高 、 施工速度慢 ， 劳动强度大， 而且 不能适应围岩大变形。除特殊巷道和硐室 ， 一般不宜 采用。 2 棚式支架。棚式 支护 曾经是煤矿巷道的主 要支护方式 ， 在 2 0世纪 9 0年代初 ， 这种支护所 占的 比重高达 8 0 ％ 以上。按支护材料可分为木支架 、 钢 筋混凝土支架及金属支架 ， 其中木支架与钢筋混凝土 支架已经逐步被淘汰。金属支架按工作原理分刚性 与可缩性支架 ； 按支架材料分为工字钢 、 u型钢及其 它； 按断面分为梯形、 拱形、 圆形 、 环形。但是 ， 棚式支 架也属于被动支护， 支架与巷道表面很难密切接触 ， 控制围岩早期变形的能力差 ， 在复杂困难条件下支护 效果差 、 成本高。棚式支架 的用量在逐年减少 ， 被锚 杆支护逐渐替代。 3 锚喷支护 。我国煤矿于 1 9 5 6年开始在岩巷 中使用锚喷支护 ， 至今 已有 5 0多年 的历史。喷射混 凝土可及时封闭巷道周边 ， 实施密贴支护 ， 减少水 、 风 对 围岩强度的影响。锚杆可及时支护围岩 ， 起到主动 加固作用 ， 充分发挥围岩 的自承能力。经过多年来连 续不断 的研究 、 试验与推广应用 ， 锚喷支护技术无论 在支护理论 、 支护设计 ， 还是支护材料、 施工机具与工 艺、 质量检测与矿压监测方面都取得了长足发展 。锚 喷支护不仅成为岩巷首选的 、 性能优越 的支护形式 ， 而且锚杆 支护也成 为煤巷 的主体支护方式 在第 3 节进行详细论述 。 4 注浆加 固。在破碎煤岩体 中开掘或维修 巷 道 ， 采用棚式支护或锚杆支护很难取得较好的支护效 果 ， 围岩注浆加固是一条有效途径 。注浆浆液可充填 围岩裂隙 ， 将破碎岩体固结 ， 改善围岩结构， 增加围岩 自身承载能力。目前注浆材料主要有两大类型 水泥 基材料和高分子材料 ， 可根据巷道地质与生产条件选 取 。 5 复合支护。复合支护是采用两种或两种以 上的支护方式联合支护巷道。如果能充分发挥每种 支护方式的支护性能 ， 做到优势互补 ， 复合支护会有 更好的支护效果和更 广泛 的适用范 围。复合支护虽 然适用范围广 ， 但支护费用高 ， 成巷速度慢 ， 支护形式 选择不匹配时 ， 往往造成各个击破的情况。应针对巷 道具体条件 ， 选择合理的复合支护形式 ， 才能达到预 期效果 。 6 应力控制技术 。将巷道布置在应力降低区 ， 或采取人工卸压措施 ， 使巷道周边的高应力 向深部转 移 ， 是巷道围岩变形控制的另一个途径。将巷道布置 在应力降低区是首选的方法。巷道布置方向优化 、 断 面形状与尺寸优化 ， 均可改善巷道受力状况 。人工应 力控制措施主要有切缝 、 钻卸压孔 、 爆破及掘卸压巷 等方式。由于人工应力控制方法施工 比较复杂 ， 目前 还 没有 大面 积推广 应用 。 2 煤矿巷道支护理论 我国学者在巷道支护理论方面做 了大量工作 ， 提 出多种支护理论 ， 并在生产实践中起到积极的指导作 用 。以下简单介绍几种理论。 1 新奥法支护理论 。结合煤炭行业 自身特点， 对新奥法支护理论进行了较好的完善和发展 ， 形成以 下支护原则 采用光 面爆破 ； 采用早强喷射混凝土及 时封闭巷道周边 ， 实施密贴支护； 采用锚喷支护 ， 主动 加 固围岩， 提高其 自承能力 ， 在 围岩内形成承载圈； 实 施二次支护 ； 对破碎围岩实施注浆加 固； 实施动态设 计和动态施工等。 2 联合支护理论。联合支护理论认为 对于复 杂 困难巷道 ， 只提高支护体刚度难以有效控制围岩变 形 ， 要先柔后刚 ， 先让后抗 ， 柔让适度 ， 稳定支护。联 合支护理论在困难巷道中得到比较广泛的应用 ， 但随 着 围岩条件越来越差 ， 该理论受到了挑战。有些巷道 采用联合支护并不理想 ， 需要多次维修和翻修 ， 围岩 变形一直不能稳定 。 3 松动圈支护理论。围岩松动圈支护理论 认为 巷道开挖后一般会 出现松动圈， 围岩最大变形 载荷是松动圈产生过程 中的碎胀变形， 围岩破裂过程 中岩石碎胀变形是支护对象。松动圈越大， 碎胀变形 越大 ， 围岩变形量越大 ， 巷道支护也越 困难 。根据松 动圈的大小进行了围岩分类 ， 并提出了相应的支护形 式 。 4 围岩强度强化理论 。侯朝炯等 提出巷道 锚杆支护围岩强度强化理论 ， 认为锚杆支护可提高锚 固体的力学参数 ， 改善被锚岩体的力学性能， 锚固区 域岩体 的峰值强度 、 峰后强度及残余强度均能得到强 化 ； 锚杆支护可改变围岩应力状态 ， 增加围压 ， 提高围 第 1 1 期 康红普等 煤矿巷道支护技术的研究与应用 岩承载能力。 此外 ， 我国学者采用弹塑性力学 、 流变力学 、 损伤 力学 、 大变形力学等理论对巷道围岩变形和破坏特征 进行 了分析， 从不 同角度研究了巷道矿压规律及 围岩 与支护体的相互作用。 3 煤矿巷道锚杆支护技 术的发展 与现 状 我 国煤矿锚杆支护技术经历了从低强度 、 高强度 到高预应力 、 强力支护的发展过程。早期采用的锚杆 支护 强 度 刚度 低 ， 支 护 原理 上 仍 属 于 被 动 支 护。 1 9 9 6 --1 9 9 7年我国引进 了澳大利亚锚 杆支护技术 ， 高强度锚杆支护技术得 到广泛认可 。2 0 0 5年 以来 ， 为解决深部高地应力 、 受强烈采动影 响、 沿空留巷等 复杂困难巷道支护难题 ， 又开发出高预应力 、 强力锚 杆与锚索支护技术 ， 真正实现 了锚杆 的主动 、 及时支 护 ， 大幅度减少 了巷道 围岩变形 与破坏 ， 支护状况发 生了本质改变。2 0 0 9年 ， 煤炭行业标准“ 煤巷锚杆支 护技术规范” MT ／ T 1 1 0 4 2 0 0 9 发布 ， 标志着煤巷锚 杆支护技术 已经逐渐成熟。 目前 ， 我 国很多矿区煤巷 锚杆支护率达到 6 0 ％ ， 有些矿区超过了9 0 ％， 甚至达 到 1 0 0 ％。我国煤矿已经形成 了有 中国特色 的煤巷 锚杆支护成套技术体系 ， 锚杆支护已经成为煤矿巷道 首选的、 安全高效的主要支护方式 。 3 ． 1 锚杆支护理论的发展 随着锚杆支护技术 的快速发展及大量应用 ， 对锚 杆支护的作用本质有了更深入 、 更全面的认识。目前 的锚杆支护理论归纳起来有 3种模式 ① 被动地悬 吊破坏或潜在破坏范围的煤岩体 ； ② 在锚 固区内形 成某种结构 梁 、 层 、 拱 、 壳等 ； ③ 改善锚固区围岩力 学性能与应力状态 ， 控制围岩变形与破坏。通过不断 深入的研究发现， 锚杆支护的本质作用以第 3种模式 为主。同时， 借鉴美国煤矿锚杆支护理论与实践经 验 ， 发现巷道开挖后立 即支护 ， 并施加 足够高的安装 力 ， 即锚杆预应力 ， 提高锚 固体的刚度非常重要 。 锚杆受力曲线可归纳为5种类型 图 1 。曲线 1 对应锚杆预应力很低 ， 属于被动支护 ， 支护作用不 明 显 ； 曲线 5对应高预应力 、 强力支护 ， 锚杆有效控制了 煤岩体扩容变形 ， 锚 固区位移差很小 ； 介于曲线 1与 5之间的曲线 2 、 3 、 4 ， 虽然锚杆施加了一定的预应力 ， 但都小于临界值 ， 不能有效控制围岩早期 的离层。根 据对锚杆受力变化特征的分析 ， 得出锚杆支护围岩响 应曲线 』 ， 如图2所示 ， 曲线 1～5分别与 图 1对应。 曲线 5对应的高预应力 、 强力锚杆支护能有效控制 围 岩位移 ； 曲线 2锚杆破断之前围岩变形较小 ， 锚杆破 断后 ， 围岩位移急剧增大 ； 曲线 3围岩发生较大位移 后能趋于稳定 ； 曲线 4围岩发生较 大位移后不能稳 定 ， 而且后期由于锚 固力 明显降低 ， 围岩位移进一步 加大 ， 甚至失稳 。 锚杆受力 图 1 锚杆受力变化曲线 F i g ． 1 Va r i a t i o n c ll r v e s o f f o r c e a l o n g b o l t s 支护压力 时问 图 2 锚杆支护围岩响应 曲线 Fi g ． 2 Re s po n s e c al v e s o f r o c k b o l t i ng 边界位移 根据上 述 分 析 ， 提 出 高 预 应 力 、 强 力 支 护 理 论 。 1 锚杆支护主要作用在于控制锚 固区围岩的 离层 、 滑动 、 裂隙张开、 新裂纹产生等扩容变形 ， 将这 种不连续变形控制到最小 ， 保持煤岩体的完整性 、 连 续性 ， 使 围岩处于受压状态 ， 减小煤岩体强度降低。 2 锚杆预应力及其扩散对支护效果起决定性 作用。确定合理的预应力 ， 并使其有效扩散是支护设 计的关键 。托板 、 钢带与金属网等护表构件在预应力 支护系统中发挥极其重要的作用 。 3 预应力锚杆支护 系统存在临界支护 刚度。 支护刚度小于临界支护刚度 ， 围岩将长期处于变形与 不稳定状态； 相反 ， 支护刚度达到或超过临界支护刚 度 ， 围岩变形得到有效抑制， 巷道处于长期稳定状态。 4 锚杆支护对 围岩弹性变形 、 峰值强度之前 的 塑性变形、 锚固区整体变形等连续变形控制作用不明 显 ， 要求支护系统应具有足够的延伸率 ， 使 围岩 的连 续变形得以释放 。 5 对于复杂困难巷道 ， 应采用高预应力 、 强力 锚杆组合支护 ， 应尽量一次支护就能有效控制围岩变 形与破坏， 避免二次支护和巷道维修。 煤 炭 学 报 2 0 1 0 年第3 5 卷 3 ． 2 锚杆支护技术的发展 锚杆支护成套技术包括地质力学测试与评估 、 锚 杆支护设计 、 支护材料、 施工机具与工艺、 支护工程质 量检测及矿压监测 、 特殊地质条件支护技术等诸多方 面 。 1 巷道 围岩地质力学测试技术。针对围岩三 要素 应力、 强度及结构 ， 煤炭科学研究总院开采设计 研究分院开发出煤矿井下煤岩体地质力学快速测试 系统 J ， 包括小孔径水压致裂地应力测量装置 ， 钻孔 触探法强度测定装置及矿用 电子钻孔窥视仪。在全 国 2 0多个矿区进行了 3 0 0余个测站 的测量工作 ， 获 得了相关矿区井下地质力学数据， 并分析了矿区地应 力场、 围岩强度与结构的分 布特征及规律 J ， 为巷道 布置与支护设计提供 了可靠的基础参数。 2 锚杆支护设计方法 。随着对巷道围岩地质 条件复杂性与多变性的深入了解 ， 以及数值计算在采 矿工程中的快速发展与应用 ， 动态性 、 系统性 、 信息化 的设计方法 ， 即动态信 息设计法得 到普遍认可与应 用。支护设计不是一次完成 的， 而是一个动态过程； 初始设计采用数值模拟方法 ， 通过多方案比较确定合 理的设计参数 ； 设计充分利用每个 过程 中提供 的信 息 ， 实时进行信息收集 、 分析与信息反馈。 3 锚杆支护材料。锚杆支护材料包括杆体及 附件 、 锚 固剂 、 组合构件 、 金属网、 锚索等。 为了满足复杂困难巷道支护要求 ， 开发 出高强度 螺纹钢锚杆支护系列材料 表 1 。通过杆体结构与 形状优化， 更有利于提高锚杆锚 固效果； 通过开发锚 杆专用钢材 ， 达到高强度和超高强度级别 j 。同时， 研制出系列树脂锚 固剂 ， w 型 、 M 型钢带 ， 形成 了高 强度树脂锚固组合锚杆支护系统。 表 1 锚杆杆体力学性能 Tab l e 1 M e c ha ni c al pr o pe r t i e s o f bo l t bar s 针对初期小孔径树脂锚固锚索存在的问题 ， 如锚 索直径 1 5 ． 2 m it t 小 ， 破断力小 ， 与钻孔不匹配 ， 易出 现拉断现象等， 开发 出大直径 、 高吨位锚索。一方面 加大了索体直径 ， 最大达 2 2 m m， 提高了索体的破断 力 ， 直径 2 2 m m的锚索拉断载荷达到 6 0 0 k N； 另一方 面 ， 采用 l 9根钢丝代替了原来的 7根钢丝， 提高了锚 索的延伸率。 4 锚杆支护施工机具与工艺。锚杆支护施工 质量和速度取决于施工机具与施工工艺。我 国单体 锚杆钻机及配套机具 已比较成熟， 基本能够满足井下 锚杆支护施工的需要 。在锚杆 、 锚索预应力施加设备 方面 ， 引进和开发了大扭矩气动扳手 、 液压扳手， 研制 出与锚杆钻机配套使用的扭矩倍增器等机具 ， 基本能 够满足锚杆螺母扭矩 3 0 0～ 5 0 0 N m的要求。研制 出系列锚索张拉设备 ， 与高预应力 、 强力锚索配套使 用的张拉设备 ， 额定张拉力达到 4 5 0 k N。 为了提高煤巷综掘施工的装备和技术水平 ， 促进 煤巷单进水平的大幅度提高， 有些矿区引进了先进的 连续采煤机和掘锚机组 ， 并在井下应用 中取得较好的 效果 。 锚杆支护施工工艺包括施工机具选择与配置 ， 施 工人员组织 ， 施工工序安排 ， 安全技术措施等 内容。 很多矿区根据本矿区地质与生产条件 ， 通过合理配置 施工机具与人员 ， 安排支护各工序的顺序和时间， 采 用快速安装机具与工艺， 缩短每个工序所 占时间， 并 与掘进 、 运输等环节相配套， 形成 了煤巷快速施工工 艺 ， 显著提高了锚杆支护成巷速度。 5 锚杆支护施工质量检测与矿压监测 。锚杆 支护施工质量检测主要包括锚杆锚 固性能和安装质 量。开发出系列锚杆拉拔计 ， 用于锚杆锚 固力检测 ； 研制出锚杆预紧力检测器具 ， 用 于锚杆安装 质量检 测。此外 ， 还研制出声波锚杆锚 固质量检测仪 ， 用于 锚固长度 、 锚固效果检测。 在巷道矿压监测方面， 开发出各种测尺 、 测杆 、 测 枪及收敛计 ， 用于表面位移监测 ； 顶板离层指示仪 、 多 点位移计用于顶板离层和深部位移监测 ； 锚杆测 力计 、 测力锚杆用于监测锚杆受力分布与变化 ； 钻孑 L 应力计用于煤岩体应力变化监测。 此外 ， 还开发出先进的巷道矿压综合在线监测系 统。系统由井下与井上部分组成。井下部分包括传 感器和监测分站 ， 采集传感器数据 ， 通过井下 通讯分 站传输至井上。地面连接计算机采集与处理系统， 可 实时 、 在线进行矿压监测 ， 及时进行信息反馈 ， 确保巷 道安全。 6 锚固与注浆联合加固技术。根据煤 矿巷道 特点 ， 开发出不同形式 的注浆锚杆 ， 包括普通注浆锚 杆 ， 内锚外注式注浆锚杆 ， 外锚 内注式注浆锚杆 ， 可控 压注浆锚杆等。对于极破碎煤岩体 ， 还研制出钻锚注 加 固技术 ， 将钻孔 、 注浆和锚固集于一体 ， 解决了难成 孔的破碎煤岩体加固难题。在小孔径树脂锚固预应 第 1 1期 康红普等 煤矿巷道支护技术的研究与应用 力锚索的基础上， 研制 出树脂 与注浆联合锚固锚索 ， 兼有树脂锚固和注浆锚固锚索的优点 。 注浆材料除常用的水泥基材料外 ， 还开发出不同 类型的化学加固材料 ， 如聚氨酯 、 脲醛树脂及不饱 和 聚脂等 ， 以适应不同的围岩条件 。 3 ． 3锚杆支护技术的应用 锚杆支护已经广泛应用于煤矿各类巷道 。在千 米深井高地应力巷道 、 软岩巷道 、 强烈动压影响巷道 、 沿空掘巷与留巷等复杂困难条件取得较好效果。下 面介绍两个典型的应用实例 。 3 ． 3 ． 1 极软岩巷道 平庄红庙煤矿是我国典型的软岩矿井。煤层及 顶底板岩层胶结差 ， 煤 岩体强度低 、 松散破碎 、 易风 化、 易崩解 、 遇水膨胀等特性 ， 致使巷道支护困难。为 了解决该支护难题 ， 在回采巷道进行 了锚杆支护研究 和试验 。 煤层平均厚度 5 ． 9 9 m， 抗压强度仅为 4 ． 8 M P a ， 层理、 节理发育。顶板砂质泥岩强度为 1 5～ 2 5 M P a ； 直接底也为砂质泥岩， 单轴抗压强度为 2 3 ． 5 MP a ， 具 有膨胀性 。以回风巷 为例 ， 掘进 断面呈直墙半 圆拱 形 ， 宽 3 ． 8 m， 墙高 1 ． 2 m。巷道埋深 3 5 0～ 4 0 0 m。 巷道采用树脂全长预应力锚 固支护。锚杆直径 2 2 m m， 长度 2 ． 4 m， 树脂全长锚 固。采用 W 护板 与 钢筋网 顶板 、 菱形金属网 帮 护表。锚杆全部垂 直巷道表面打设 。锚杆排距 9 0 0 m m， 间距 8 5 0 mm； 每排每帮 2根锚杆 ， 问距 6 0 0 h i m。锚杆预紧力矩为 4 0 0 N m。锚索直径 2 2 m m， 长度 4 ． 3 m， 树脂端部 锚固。每 1 ． 8 m打 3根锚索。锚索预 紧力为 2 0 0～ 2 5 0 k N 。回风巷锚杆支护布置如图 3所示 。 图3 软岩回采巷道锚杆支护布置 Fi g ． 3 L ay o ut o f b o l t i ng i n s o f t r o c k r o a d wa y 在掘进期间， 两帮移近量为 7 9 m m， 顶底板移近 量为 2 8 1 mm， 而且主要是底臌量。顶板浅部离层为 1 4 m l T l ， 深部离层 为 2 3 h i m。巷道 变形 量小 ， 围岩完 整 、 稳 定。在 回采影 响期 间， 巷 道在距 采煤工 作面 4 O～ 5 0 m 范 围内开始受 到 明显采 动影 响 ， 特别 是 3 0 m以后影响强烈。在距采煤工作面 3 m的位置 ， 两 帮移进量达到 2 5 6 mm； 顶板下沉量达到 1 1 0 mm。但 总体 来 看 ， 围岩 变 形 不 大 ， 满 足 了安 全 生 产 的需 要 。 3 ． 3 ． 2 深部沿空留巷 为了解决沿空留巷支护难题 ， 在淮南谢一煤矿进 行了高预应力 、 高韧性 、 强力支护技术研究与试验。 试验巷道为 5 1 2 1 B 1 0工作 面 回风巷 ， 煤层平 均 厚度 1 ． 4 m， 倾角 2 2 。 ， 单轴抗压强度为 8 ． 2 M P a 。煤 层直接顶为泥质砂岩 与细砂岩。巷道埋深为 7 0 0 m 左右 ， 断面为倒梯形 ， 宽度 5 ． 0 m， 中高 2 ． 8 m。 确定回风巷巷内支护采用强力锚杆 、 锚索组合支 护 。支护参数 锚杆直径 2 2 m m， 长度 2 ． 4 m， 树脂加 长锚固。采用 w 钢 带与金属 网护顶。锚 杆排距为 1 0 0 0 m m， 顶板每排 6根锚杆 ， 上帮 4根 ， 下帮 2根。 锚杆预紧力矩为 5 0 0 N m。锚索直径为 2 2 mm， 长 度 6 ． 3 m。顶板每 2 ． 0 m安装 2根锚 索。锚索张拉 力为 3 0 0 k N。 从巷道掘进到稳定期问， 两帮移近量为 1 4 9 mm， 顶底板移近量为 4 1 mm， 顶板离层很小 ， 支护状况 良 好 图 4 。 图 4 沿空 留巷支护状况 Fi g ． 4 S up po r t s i t ua t i o n o f g o b s i d e e n t r y r e t a i n i n g 留巷期间， 巷道 围岩位移显著增加。从工作面前 方 1 0 i n到后方 9 0 I n内， 顶底板移近量增加 1 6 3 m m， 但位移总体不大 ， 围岩与充填体稳定。 在留巷复用期 间， 即作为下一工作面的运输 巷， 经受了二次采动影响， 但 回采工作面超前支承压力影 响不太 明显 。部分地段底臌与煤帮变形较大 ， 进行了 扩巷。整个 留巷复用期间， 围岩变形基本控制在允许 的范围内。以高预应力 、 强力锚杆与锚索为巷内基本 支护 ， 配合加强支护与巷旁充填支护 ， 从掘进 、 留巷到 复用的全过程 ， 基本满足了生产要求 ， 取得 了较好 的 支护效果 。 1 8 1 4 煤 炭 学 报 2 0 1 0 年第3 5 卷 4 结 论 1 煤矿巷道支护经历 了木支护、 砌碹支护 、 型 钢支护到锚杆支护的发展过程 。实践证明， 锚杆支护 是经济 、 有效的支护技术 ， 是煤矿实现高产高效生产 必不可少的关键技术之一。 2 煤矿锚杆支护技术经历了从低强度 、 高强度 到高预应力 、 强力支护的发展过程。 目前已开发出包 括巷道围岩地质力学测试 、 动态信息支护设计 、 高强 度与高刚度支护材料 、 快速施工机具与工艺、 工程质 量检测与矿压监测及锚固与注浆联合加 固在 内的锚 杆支护成套技术 ， 成为首选 、 安全高效 的主要支护方 式。 3 高强度 、 高刚度锚杆支护技术成功应用于千 米深井巷道 、 软岩巷道 、 强烈动压影响巷道 、 沿空掘巷 与留巷 、 采空区留巷等复杂困难条件 ， 围岩的强烈变 形得到有效控制 ， 取得 良好的支护效果。 4 锚杆支护技术是继我 国煤矿成功应用综合 机械化采煤技术以来采掘技术的又一次革命 。它不 仅保证了采煤工作面的安全 、 快速 、 高效推进 ， 煤炭产 量和效益的大幅度增长 ， 而且深刻地改变了矿井 的开 拓部署与巷道布置方式 。 参考文献 [ 2 ] 康红普 ， 王金华 ． 煤巷锚杆支护理论与成套技术 [ M] ． 北京 煤炭 工业出版社 ， 2 0 0 7 ． Ka n g Ho n g p u， Wa n g J i n h u a ． R o c k b o l t i n g t h e o r y a n d c o mp l e t e t e c h n o l o g y f o r c o a l r o a d w a y s [ M] ． B e ij i n g C h i n a C o a l I n d u s t r y P u b l i s h - i n g Ho u s e ， 2 0 0 7． 侯朝炯 ， 郭励 生， 勾攀峰 ， 等． 煤巷锚杆支护[ M] ． 徐州 中国矿业 大学出版社 ， 1 9 9 9 ． H o u C h a o j i o n g ， G u o L i s h e n g ， G o u P a n f e n g ， e t a 1 ． R o c k b o l t i n g f o r c o a l r o a d w a y [ M] ． Xu z h o u C h i n a U n i v e r s i t y o f Mi n i n g a n d T e c h n o l o g y P r e s s， 1 9 9 9． [ 3 ] 董方庭 ， 宋宏伟 ， 郭志宏 ， 等． 巷道 围岩松动 圈支护理论 [ J ] ． 煤 炭学报 ， 1 9 9 4 ， 1 9 1 2 1 3 2 ． Dan g F a n g t i n g， S o n g Ho n g we i ， Gu o Z h i h o n g， e t a 1 ． Ro a d wa y s u p p o r t t h e o r y b a s e d o n b r o k e n r o c k z o n e [ J ] ． J o u rna l o f C h i n a C o al S o i e e t y ， 1 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