煤矿顶板支护设计

第一章井田概况及地质特征

第一节矿井自然概况

一、位置与交通

XXXX煤矿位于XXXX省西南部、XXXX县城南西，隶属黔西南州XXXX县XXXX乡管辖，地处XXXX县XXXX乡XXXX村。距XXXX县城 km，直距 km，距XXXXX州州政府所在地XXXXX市XXkm，直距XXkm，离XXX市XXX镇XXXkm，直距XXXXkm。XXX铁路、XXX国道从矿区南西部XXX 镇经过，XX至XX高等级公路从矿区西部直距XXkm处通过，XXX省道自矿区北部XXXkm处通过，XXX省道自矿区西部矿界外XXXXm处通过，矿山有公路与XXX省道相通，交通方便。

二、自然地理概况

1.地形地貌

矿区地势总体上中部高四周低，海拔一般1500～1600m，最高点位于矿区西部三棵桩山顶，海拔1738.0m，最低点位于矿区南西部1号拐点，海拔1420.0m，相对高差318m。

矿区总体上属低中山地貌，境内夜朗组地层分布地段地形较陡，含煤地层分布地段地形较缓，多被第四系坡积物覆盖。

2.矿区地表水

矿区内无河流，地表水为山间雨源型小溪，主要受大气降水及地形控制，矿区内小冲沟发育，沟水动态变化极大，季节性变化十分显著，雨季暴涨，旱季流量较小或干枯，一般小于2l/s。

XXXX水库：距矿区西矿界XXXXm左右，长1200m，最宽处170m，储水量约25万m3。

三、矿井历史概况

XXXX煤矿原由原XXXX煤矿、XXXX煤矿整合而成。两个矿井生产规模3万吨/年，现利用XXXX煤矿的井筒进行改造。

XXX年XX月，XXXX省地质矿产勘查开发局X地质大队在区内进行过XX煤矿储量核实工作，提交有《XXXX省XXXX县X乡X村XX煤矿矿产资源储量核实报告》（以下简称"XX报告"）。"XX 报告"获保有资源量47万吨（333类XX万吨、334？类17万吨），最低开采标高之下9万吨（333类6万吨、334？类3万吨）。

XXXX县XX乡XXXX煤矿是经省府函[XX]XX号文件批准的年生产能力XX万吨的整合技改矿井，矿区面积XXX平方公里，属私营独资企业，XX年取得六证，现为六证齐全合法生产矿井。

第二节矿井煤层概况

一、可采煤层

区内主要可采煤层2层（XX煤层、XX煤层），零星可采煤层3层（C1 、C11、C14），可采煤层平均总厚4.78m，可采系数0.016。将XX煤层、XX煤层煤层叙述于下：XX煤层位于龙潭组第二段（P3l2）上部，厚0.82～1.45m，平均1.20m，一般无夹矸，结构简单。全区可采。

XX煤层：位于龙潭组第二段（P3l2）上部，厚1.10～2.97m，平均2.21m，偶含0.15～0.XXm 泥岩夹矸1～2层，结构较简单。全区可采。

二、煤的物理性质

XX煤层，黑色，中～细条带结构，局部宽条带结构，块状构造，玻璃、油脂光泽，参差状断口，节理、裂隙发育，见薄膜状方解石充填于节理、裂隙，半亮～光亮型。

XX煤层，黑色，中～细条带结构，玻璃、油脂光泽，参差状断口，节理、裂隙发育，见薄膜状方解石充填于节理、裂隙，半亮型。

三、煤的化学性质

根据业主提供的《XXXX县XX乡XXXX煤矿储量核报告》中煤层的煤质资料，原煤煤质的分析结果见下表。

煤层煤质分析表

四、风（氧）化特征

矿区地形为低中山地貌，区域喀斯特地貌较发育，地形有利于大气降水入渗，在含煤地层

露头区风化作用强烈，茅口组及长兴组地层岩溶较发育，上覆地层和下伏地层岩石工程地质条件较好，含煤地层部分地段存在粉砂质泥岩、泥岩、炭质泥岩、煤等软弱层，XX煤层、XX煤层煤层顶板力学强度较高，其底板力学强度很低，底板如果支护不良，可能出现片帮、底鼓、支架下陷等工程地质问题，故本矿区工程地质条件为中等，在开采过程中应加强巷道底、帮或顶的支护管理工作，预防不良事故发生。

五、煤种及工业用途

矿区内XX煤层、XX煤层煤层原煤干燥无灰基挥发分均小于10％，干燥无灰基氢元素含量大于3％，根据XX年XX月1日起试行的中国煤炭分类标准，矿区XX煤层、XX煤层煤层均为无烟煤，煤类牌号为WY ，XX煤层煤类编号为03，XX煤层煤类编号为02。

本矿XX煤层、XX煤层煤层其用途除作民用煤外，还可用于火力发电、一般工业锅炉、汽化等用煤。

第三节地质与水文概况

一、地质构造

矿区位于扬子准地台西南缘XX断陷晴隆-安龙构造变形区中部包谷地向斜北翼中段，区内地层主要呈北西～南东走向，倾向北东，倾角8～20°，一般8～15°，地层沿倾向倾角有一定变化，区内未发现褶曲，仅南矿界附近发现断层2条（即F1、F2、）。矿区总体上属单斜构造。

矿区内构造复杂程度属中等类型，矿区内地质构造对生产能力的确定无影响。

二、水文地质

矿区矿床大部分位于最低侵蚀基准面以下，直接充水水源为龙潭组、长兴组、大隆组裂隙水、采空区积水、地表冲沟水，间接充水水源为溪沟水、XXX水库水、大气降水、茅口组强岩溶水，故本矿区属以裂隙充水为主，水文地质条件复杂程度为中等，水文地质类型属二类二型。

矿区属低中山侵蚀、剥蚀高原山地地貌，由山麓、斜坡和冲沟构成，中部高四周低，南西侧沿黄家店子～XX～竹林寨～者末寨发育有一区域东西向地表分水岭，矿区位于地表分水岭北西侧马路河之南XX、三棵桩、黄家店子一带，在山峦斜坡中主要发育有南北向冲沟，地形切割较大，总体趋势为中部高四周低。矿区属珠江流域XX江水系马路河支流，XX河发育于矿区北

部，由南向北至XX一带后转为由西向东径流，最终汇入XX江一级支流麻沙河，马路河距矿区最近最低标高1206m，为矿区当地最低侵蚀基准面。此外在矿区中部发育有数条溪沟，一般由南向北径流，并汇入马路河，其中最长为XX至秧寨的溪沟，约为4km，流量为10.267l /s，溪沟常年有水，其余溪沟长约0.64-2.16km。补给源为泉水和大气降水。

矿区位于包谷地背斜北翼，区内未发现断裂，地质构造简单，岩层呈单斜产出，倾角11～45°，并由西向东逐渐变陡。据XX煤矿详查资料：F1、F2断层虽然为正断层，但导水性弱，据XX煤矿在井下已揭露该断层，根据实测资料正常涌水量为20m3/d，综合分析，构造对矿床充水的可能性较小。

第四节矿井生产能力与系统装备

矿井生产能力XX万吨/年，资源储量XX万吨，可采储量XX万吨，矿井设计服务年限

20.3年。

矿井整体装备情况如下：

绞车。副斜井提升绞车型号为提升机JTP-1.6×1.2型，矸石由串车提升。

皮带。主斜井运煤，安装两部皮带输送机，型号：DTL-80/15型输送机。

主扇。主扇型号为FBCDZ－8－NO19型防爆轴流式通风机二台，矿井通风方式为中央并列抽出式。

压风。地面压风机型号为LGFD132-015M-T型空气压缩机3台，沿主斜井敷设两部压风管路与井下各地点管路相连。。

水泵。井下主排水泵型号为MD155-33×10型离心泵3台，沿主斜井敷设2路排水管路。

供电。井上下供电为双回路，高压入井。两回路均引自XX35kV变电站10kV侧不同母线段，电源可靠。

通讯。井上下通讯采用防爆电话,对外联系使用移动电话及固定电话。

第五节矿井生产概况

目前XXXX煤矿一采区1XX1工作面已经结束，1XX2工作面正在进行回采，1XX3工作面正在进行准备，矿井北侧与XX煤矿为界，正在将XX煤矿整合给XXXX煤矿，XX水库西侧XX0米处

为矿界，南侧与XX煤矿搭界，东侧以保护煤柱为界。

根据划定矿区范围批复中确定的矿井开采境界标高范围为：+XXm至+XXm。各煤层的开采境界由拐点圈定，XX煤层、XX煤层煤层境界拐点坐标情况见下表。

一采区XX煤层采用走向长壁后退式采煤方法，其采煤工艺为爆破落煤、刮板输送机运煤、单体液压支柱控制顶板，整个矿井为一采二掘。

矿井目前正在开采XX煤层右侧1XX2工作面，并开始进入下一接续工作面准备工作，本设计就是针对矿井右侧回采巷道进行相关围岩控制设计。

第二章现状及设计意义

第一节回采巷道顶板控制现状

主要产煤国家的巷道支护可归结为三种类型：金属支架、锚杆支护、多种支护并存。

随着开采深度的不断增加，巷道支护越来越困难，原来主要使用金属支架的产煤国家在上世纪80年代后越来越重视锚杆技术的发展与应用。

综合现阶段巷道支护方式，比较普遍采用的主要有锚杆支护、喷射混凝土支护、棚子支护、锚索支护、锚喷支护、联合支护等方式。

1、锚杆支护。锚杆支护技术作为巷道和其它地下工程支护技术的一种主要形式，早在上世纪，美国、前苏联就在开始使用锚杆支护。锚杆支护是井巷支护比较经济合理的有效手段，在煤矿、金属矿山、水利、隧道以及其它地下工程中迅速得到发展，

2、喷射混凝土支护。该支护方式是用喷射机将混凝土混合物喷射在岩面上凝结硬化而成的一种支护，其粘结力大，能同岩石紧密粘结，形成了喷射混凝土独特作用，喷射混凝土能随着巷道掘进及时施工，且加入速凝剂后其早期强度成倍增长，因而能控制围岩的过度变形与松弛。但其本身是脆性的，当岩石变形大时，易裂开剥落。锚喷支护则是锚杆与混凝土联合支护的简称，能使二者相互取长补短，互为补充，可以防止局部岩块的松动和坠落，从而加固与提高岩石拱的承载能力。锚喷支护又可与金属网联合进行支护。它具有施工速度快，施工机械化程度高，成本低及节约材料等优点。

3、棚子支护。棚子支护的作用是使地压均匀的分布到顶梁和棚腿上，棚子支护又分为，木支护，金属支护，钢筋混凝土支护，石材整体支护等不通方式，木支护适用于地压不大，巷道服务年限不长的，断面较小的采区巷道里，有时也是巷道掘进中的临时支护。金属支护是木支护的优良替代品。钢筋混凝土支护适用于地压稳定，服务年限长及断面不小于12m3 的巷道，不适宜用于有动压的巷道，但由于构件重，架设困难，随着锚喷支护的发展，其使用以日渐减少了。石材整体支护也已经随着锚喷支护的应用而渐渐废弃。

4、锚索支护。在煤矿巷道支护工程中采用预应力锚索，有如下六个特点：①锚索的锚固深度大，承载能力强，支护效果好。②锚索的补强作用，在复合顶板、大断硐室、交岔点处的支护中更明显，尤其在顶板来压大，层理发育的采准巷道中使用效果更佳。此种支护适用范围非常广。③支护材料重量轻，体积小，工人劳动强度低。施工工艺简单，操作方便，安全可靠，可提高掘进速度。④锚索支护可大大减少巷道维修量，节约维护费用。⑤ 从安全生产角度及有利于顶板维护等方面来看，经济上合理，技术上可行，具有较好的推广价值。⑥锚索的施工比较灵活，可以和其他加固措施相结合，具有不缩小巷道断面、工期短、安全可靠和节约资金等优点，尤其对破损巷道的加固与其他方法相比更具有优势。

5、锚喷支护。锚喷支护是锚杆与喷射混凝土联合支护的简称。它之所以比传统支护优越，主要是由于它在机理和工艺上具有一些独特的工作特性。其概括起来说，主要有及时性、密贴

性、封闭性、可分性、适应性、组合性、经济性和科学性。

(1)及时性。喷射混凝土、喷射水泥浆以及锚喷，能及时支护、甚至超前支护(插筋锚杆)；因此，能够不失时机地为工作面创造安全的工作空间。

(2)密贴性。喷层与围岩密贴，是一种强度高、粘结力大、抗渗性能强的薄层支护，能够将围岩表面的裂隙牯成整体，防止松动；故喷层既提高围岩的表面强度，叉具有一定的支护抗力。

(3)封闭性。喷层及时封闭围岩，具有防火、防水、防瓦斯、防风化的性能，从而克服了软岩怕水、怕震、怕风化的缺点；及时封闭围岩，防止了环境效应对软岩的不良影响。

(4)可分性。喷层可多次喷，先早喷薄喷，使喷层具有柔性同时锚杆也有一定的让压性，通过应力调整使围岩趋于稳定性，再复喷达到设计厚度。

(5)适应性。锚喷支护可用于不同岩性、不同断面、不同用途的各种地下工程。它既可作为支护体，又可作为临时加固等补强措施；既可作为临时支护，又可作为永久支护或永久支护中的一次支护；既能承受静载荷，又能承受动载荷，故其适应性非常强。

(6)组合性。锚杆可以和各种支护形式组合，如型钢、U型钢、砌碹、弧板、金属网等，组成各种形式的联合支护。

(7)经济性。锚喷支护是一种轻型支护，其重量只有一般承压式支护的1/6—1/5。断面利用率高，可减少工程量10％．20％。锚喷支护每米巷道直接成本只相当碹体支护的1/5，相当金属支护的1/7—1/8。

(8)科学性。锚喷支护可以根据围岩收敛速率判断围岩稳定程度，修正锚喷数。利用信息反馈法，克服施工的盲目性。

综合目前国内外巷道支护现状，在支护方式上基本已经满足巷道围岩控制的需要，具体采用哪种方式比较合理，需要结合具体地质条件和生产条件来综合确定。

第二节回采巷道围岩控制设计的意义

回采巷道围岩控制是一个十分复杂的问题，巷道围岩的破坏形式多种多样，而且在围岩的不同部位不同破坏阶段，其破坏机理也不同，常见的围岩破坏有局部落石破坏、拉断破坏、重剪破坏、复合破坏、岩爆破坏和潮解膨胀破坏等多种形式。围岩破坏形式不一样，反映在支护

的方案上也不一样。

采区巷道的围岩控制是直接关系到生产能否顺利进行和其它涉及煤矿安全的重要方面。近年来，采区巷道顶板冒落及煤壁片帮逐渐成为影响煤矿安全生产的因素。

煤矿顶板灾害与水灾、火灾、瓦斯、粉尘、高温一起，并行被称为矿井生产的六大灾害。据不完全统计，在我国煤矿各类事故中，围岩即所谓顶板事故在煤矿事故发生起数中占70%左右，伤亡人数占1/3左右，虽然该类事故以“零打碎敲”事故为主，与瓦斯爆炸造成的群死群伤事故有很大的区别，但其对作业人员所造成的人身伤害和生产威胁仍不容小视。

在矿井围岩灾害事故中，按事故发生的地点来看，由于回采巷道支护不可靠而发生的顶板事故约占围岩类事故的XX%左右，该类事故的发生不仅严重影响井下工人的人身安全，而且有时还严重制约工作面生产能力的正常发挥，阻碍生产的正常进行。

为保证矿井安全生产，本设计以矿井回采巷道围岩灾害防治为目标，以XXXX煤矿一采区1XX1工作面回采巷道围岩控制为背景，开展相应的回采巷道围岩控制设计，一方面防治和杜绝该类事故的发生，另一方面也为保证工作面正常生产能力的发挥提供保障。

第三章巷道布置概况

第一节工作面地质概况

当前设计回采巷道隶属一采区1XX3工作面上下材料巷，地质条件简单。煤层直接顶为深灰色薄层泥质砂质间夹砂质页岩，厚度为1.3m左右，岩性较软。老顶是粉砂质粘土岩，厚6m左右，颜色为深灰色。底板为黑灰色炭质泥页岩，厚20m左右，颜色为灰黑色，岩性较硬。本工作面顶底板发育完整，无伪顶。

XX煤层厚0.82～1.45m，平均1.20m，一般无夹矸，结构简单，煤层最大倾角为15°，最小倾角为8°，平均倾角为12°。煤层硬度为3.2，煤层层理为较发育，煤层节理为较发育。容重为1.35t/m3。该工作面绝对瓦斯涌出量为0.1m3/min，相对瓦斯涌出量为3.6 m3/t，属低瓦斯工作面，煤层没有自然发火。无主要含水层，只有部分顶底板淋水，对应地表无积水，工作面正常涌水量为5m3/h，最大涌水量为10m3/h。

第二节工作面生产概况

一采区1XX1工作面已经开采完毕，目前正在开采1XX2工作面，设计准备1XX3工作面。

靠近矿井右侧边界XX0米左右开切眼，工作面走向长500米左右，倾斜长度120米左右。工作面距离地表的开采深度为150m左右。

采煤采用走向长壁后退式布置，开采工艺为炮采。平均煤层厚度1.2m。煤层倾角8o～15o，平均倾角12o，矿井绝对瓦斯涌出量为0.3 m3/min。

第三节工作面回采巷道布置

XX煤层采用双翼布置。根据工作面生产需要，回采巷道布置在煤层当中。由于工作面上下巷位置已经确定，煤层厚度为1.2m，故在设计中仅涉及到三个方面，一是巷道具体采用挑顶或卧底或既挑顶又卧底，以达到需要的断面尺寸；二是巷道断面具体采用哪种形状；三是巷道断面尺寸。

第四节巷道位置确定

此处的巷道位置具体指是采用挑顶或卧底或既挑顶又卧底中的哪一种。本煤层的岩石顶底板节理较发育，且XX层煤层的倾角为8o～15o，平均倾角为12o，其顶板为砂质页岩，较为坚固，其厚度为1.3m，底板也是泥质页岩，厚度为20m。为了工作面的回风、运输、开采方便，所以巷道采用卧底式且其形状采用梯形，其形状如图3-1所示。

第五节巷道形状确定

回采巷道常用的断面形状有梯形、倒梯形、矩形、拱形。

⑴ 梯形，梯形的断面利用率较拱形高，但承压性能较差，故梯形断面常用于服务年限不长，断面较小或围岩稳定，地压不大的巷道。

⑵ 倒梯形，倒梯形断面大多根据现场的实际情况，采用理论分析的方法重新设计出合理的巷道断面。

⑶ 矩形，矩形断面利用率高，承载能力低，一般用于顶压和侧压都小，服务年限短的巷道。

⑷ 拱形，拱形多面则常用于服务年限较长或围岩不稳定，地压大的巷道。

第六节巷道断面尺寸

由于煤层平均厚度为1.2m，巷道平均高度为2.4m，所以巷道向下卧底1.2m巷道宽度为3.6m。

巷道断面形状示意图

第四章回采巷道围岩控制设计

第一节回采平巷围岩支护方案确定

一、回采平巷围岩控制可行方案

结合本矿区地质尤其是煤岩组合状态，以及现有巷道支护形式现提出以下几种技术上可行的支护方案。

（方案一）：锚杆支护。锚杆支护基于以下三种原理对围岩进行控制，即悬吊作用、组合梁作用、挤压加固作用。

⑴ 悬吊作用。该作用是用锚杆将软弱的危岩、伪顶或直接顶悬挂于上方坚固的稳定岩层中。

⑵ 组合梁作用。该理论认为：在层状顶板中，较薄的顶板岩层容易发生离层开裂破坏，锚杆支护的组合梁作用是通过锚杆的锚固力把数层薄的岩层组合起来，增大了岩层间的摩擦力，同时锚杆本身也提供一定的抗剪力，阻止岩层层间的相对移动，从而形成类似锚钉加固的组合梁。组合梁中全部锚固层共同变形，提高了顶板岩层整体的抗弯能力，从而大大减少岩层的变形和弯张应力。

⑶挤压加固作用。该作用理论认为，在锚杆锚固力的作用下，每根锚杆周围形成一个两头带圆锥的筒状压缩区。各锚杆所形成的压缩区彼此联成一个有一定厚度的均匀压缩带，该带具有较大的承载能力，如果是拱形或圆形巷道，把锚杆以适当的间距沿拱形系统安装，就会在巷道周围形成连续的均匀压缩带，并起到拱

另外锚杆支护还可对破裂围岩起加固作用。巷道开挖后，围岩发生破裂，在打入锚杆后，一方面可以阻止围岩裂隙的过度发展，另一方面锚杯将破裂围岩锚固起来，使其强度大大提高。

（方案二）：喷射混凝土支护。喷射混凝土支护是用喷射机将混凝土混合物喷射在岩面上凝结硬化而成的一种支护，其粘结力大，能同岩石紧密粘结，形成了喷射混凝土的独特作用，喷射混凝土能随着巷道掘进及时施工，且加入速凝剂后其早期强度成倍增长，因而能控制围岩的过度变形与松弛。但其本身是脆性的，当岩石变形大时，易裂开剥落。

（方案三）锚喷支护。锚喷支护则是锚杆与混凝土联合支护的简称，能使二者相互取长补短，互为补充，可以防止局部岩块的松动和坠落，从而加固与提高岩石拱的承载能力。喷锚支护又可与金属网联合进行支护。它具有施工速度快，施工机械化程度高，成本低及节约材料等优点。

（方案四）：棚子支护。棚子支护的作用是使地压均匀的分布到顶梁和棚腿上，棚子支护又分为木支架、金属支架、钢筋混凝土支架、石材整体支护等不同方式。木支架适用于地压不大，巷道服务年限不长的，断面较小的采区巷道里，有时也是巷道掘进中的临时支架。金属支架是木支架的优良替代品。钢筋混凝土支架适用于地压稳定，服务年限长及断面不小于12m3 的巷道，不适宜用于有动压的巷道，但由于构件重，架设困难，随着锚喷支护的发展，其使用已日渐减少。石材整体支护也已经随着锚喷支护的应用而渐渐废弃。

（方案五）：锚索支护。在顶板岩石比较松软时，单一的锚杆往往不能有效的支护，容易造成锚杆的整体垮落，带来严重的后果。而锚索具有锚固深度大、承载能力高、可施加较大的预紧力等特点，如果在锚杆支护的同时配以少量的锚索，就可以将锚固体悬吊于稳定坚硬的老顶上，避免其离层及出现巷道顶板整体下沉或垮落。因此，在软岩巷道中应用锚索支护，对于确保安全生产具有重大的意义。

锚索支护的作用机理是：单体锚索是通过固定在岩体内的内锚头和锁定的外锚头对锚索施加预应力，锚索产生拉张弹性变形。当围岩有变形时，锚索的预拉力通过内、外锚头以压力方式作用在围岩上，平衡围岩的变形力，来维护巷道的稳定。在煤矿巷道，锚杆、锚索大都是配合使用。当锚杆、锚索及时支护之后，形成锚杆、预应力锚索的加固群体。这样，相邻的锚杆、

锚索的作用力相互叠加，组合成一个“承载层”(承载拱)，这个新的承载层厚度比单用锚杆成倍增加，能使围岩发挥出更大的承载作用。

在煤矿巷道支护工程中采用预应力锚索，有如下六个特点：①锚索的锚固深度大，承载能力强，支护效果好。②锚索的补强作用，在复合顶板、大断硐室、交岔点处的支护中更明显，尤其在顶板来压大，层理发育的采准巷道中使用效果更佳。此种支护适用范围非常广。③支护材料重量轻，体积小，工人劳动强度低。施工工艺简单，操作方便，安全可靠，可提高掘进速度。④锚索支护可大大减少巷道维修量，节约维护费用。⑤ 从安全生产角度及有利于顶板维护等方面来看，经济上合理，技术上可行，具有较好的推广价值。⑥锚索的施工比较灵活，可以和其他加固措施相结合，具有不缩小巷道断面、工期短、安全可靠和节约资金等优点，尤其对破损巷道的加固与其他方法相比更具有优势。

（方案六）：锚杆-锚索联合支护。当煤巷围岩的变形较大，当支护不当，顶板容易产生冒落拱。当冒落拱高度大于锚杆锚固范围时，易造成冒顶事故。所以，煤巷使用锚索支护的目的是防止因锚杆支护不可靠时，通过锚索的悬吊作用阻止顶板冒顶。因此，在煤巷中，锚索的主要作用是悬吊作用，而不是加固作用。然而，发挥锚索的悬吊作用仅仅是人们使用锚杆-锚索联合支护的出发点或目的，并不是煤巷锚杆-锚索联合支护的实际作用效果。锚杆-锚索联合支护的作用不是锚杆支护作用与锚索悬吊作用的简单组合，其联合支护的作用机理和作用效果与围岩条件、支护方法、施工工艺及支护参数有关，必须根据不同情况进行分析。

锚索与单体锚杆的作用功能是一样的，既有加固围岩的作用，也有悬吊下部松动岩石的作用。两者的区别在于锚索可以锚固在围岩深部的稳定岩层中，而锚杆因其长度较短，在围岩条件较差的情况下，锚杆不能锚固在稳定的岩石中，此时锚杆的悬吊作用很小，主要靠其加固作用和锚杆群的成拱作用控制围岩变形，提高围岩的承载能力。

⑴ 锚杆-锚索联合加固原理

当锚杆和预应力锚索同时安装时，锚杆与锚索对围岩起到共同的加固作用。由于锚索的工程延伸量较小，围岩在该变形范围内产生的松动破坏区较小。所以，锚杆和锚索均以加固围岩的作用为主，共同提高锚岩支护体的承载能力，保持围岩稳定。

锚杆和锚索同时安装时，保证锚杆-锚索联合支护成功的前提是围岩达到稳定时的变形量

U0小于锚索的延伸量。满足这一条件的围岩的稳定性一般较好，在多数情况下，可以通过合理选择锚杆支护形式和参数，单独采用锚杆支护来保持巷道围岩的稳定。但有些情况例外，如复合顶板和淋水大的巷道，这类巷道顶板锚杆的加固作用很小，锚岩支护体的承载能力低，在顶板下沉量较小时就可能造成冒顶，所以，必须采用锚杆-锚索联合加固作用原理，保证巷道支护的可靠。

⑵ 锚杆-锚索支护作用的互补原理

煤巷巷道围岩的变形量很大，为了避免采用锚杆-锚索联合加固支护时因锚索延伸量超过极限而破断，可以采用类似于软岩支护中的二次支护方法及其作用原理进行锚索加强支护，如图4-9所示。在巷道开挖初期，围岩自身的整体性好，通过锚杆的加固作用，锚岩支护体的承载能力较高，围岩在一定变形范围内可以保持自身的稳定。随着围岩变形的增大，锚岩支护体的承载能力和自稳性降低，同时围岩集中应力移往深部，围岩变形趋于平稳。在锚岩支护体失稳之前，再通过锚索的悬吊作用，保持锚岩支护体和围岩的稳定。

在实际工程中，锚杆-锚索联合支护是否能实现锚杆与锚索支护作用的互补性取决于采用的支护方法和合理的支护设计，它要求将锚岩支护体的特性与锚索的力学特性有机地结合一起进行总体的支护设计，而不是锚杆和锚索支护参数分别独立设计。由于采用不同的锚杆支护形式，锚岩支护体的承载特性有较大差异；同样，采用不同的锚索支护方式对围岩的适应性也不相同。因此，在支护设计中，应根据巷道围岩条件，采用合理的锚杆支护形式和参数，选择与之相匹配的锚索支护方法，这是锚杆-锚索联合支护的关键。

第二节回采平巷围岩支护最优方案

从施工速度和施工技术难度上说，可选用方案一锚杆支护，方案四棚子支护，五锚索支护。从经济角度出发可选择方案一锚杆支护和金属网的联合支护和方案五锚索与金属网的联合支护，但根据顶板节理发育较好，顶板岩石较坚固的特性，选择锚杆支护较锚索支护更经济适用，综合以上情况确定为顶板锚杆支护、帮部锚网支护。

第三节回采平巷锚杆支护参数确定

通过以上对回采平巷的可行性支护方案对比，最终确定采用锚杆支护。锚杆支护设计中需

要确定出的主要技术参数包括以下几个：⑴ 锚杆长度、⑵ 锚杆间距、⑶ 锚杆排距、⑷ 锚杆

支设预紧力。

目前，主要应用工程类比法和理论计算方法，工程类比方法占较大比重。理论计算方法往往用来检验工程类比法的可靠性程度。工程类比法，是在现有理论基础上，参照已有大量工程实践的经验参数，通过工程相似条件下的类比，直接确定新开工程支护参数的一种方法。理论计算方法是在测得岩体和支护材料力学参数前提下，根据围岩力学特征建立数学模型，然后利用相应锚杆支护作用机理和相关支护理论确定锚杆支护参数的方法。表4-1出了我国以工程类

比法为主要依据，提出的煤巷锚杆支护形式及主要参数选择范围。

表4-1煤巷顶板锚杆基本支护形式与主要支护参数选择

根据实际需要，本设计采用理论计算的方法来确定回采巷道顶板和两帮围岩的锚杆支护参数。

第四节回采平巷顶板支护参数确定

按悬吊理论计算锚杆参数：

1、锚杆长度计算：

L=KH+L1+L2

式中：L——锚杆长度，m；

H——冒落拱高度，m；

K——安全系数，一般取K=2

L1——锚杆锚入稳定岩层的深度，一般按经验取0.2m；

L2——锚杆在巷道中的外露长度，一般按经验取0.05m；

其中：

式中：B——巷道开掘宽度，取3.6m；

f——岩石坚固性系数，取3；

则：L=2×0.6+0.2+0.05=1.45(m)

2、锚杆间距、排距计算：设定间排距相等，取a：

式中：a ——锚杆间排距，m;

Q——锚杆设计锚固力，XXkN/根

H——冒落拱高度，m；

R——被悬吊岩层的重力密度，取26kN/m3

K——安全系数，一般取K=1.5；

a=1.1(m)

通过以上计算，选用直径14mm、长度1500mm的等强度钢筋锚杆，锚杆间排距为XX mm×XXmm 时满足支护要求。

3、锚杆预紧力

根据现场经验，锚杆预紧力设定为3t。

4、根据矿井一采区回采平巷及推采情况，结合矿井实际，1XX3工作面准备巷道顶板支护采取直径16mm、长度1800mm的左旋等强度全螺纹锚杆，锚杆间排距900mm×900mm，能够满足矿井支护需要；帮部支护同顶板支护，只是为了防止帮部折帮事故，在打设锚杆的同时配合XXmm

×2000mm的铁丝网。

第五节回采平巷锚杆支护布置

依据以上计算，确定回采平巷锚杆支护布置如图所示。

3.6m

回采平巷锚杆支护布置图

第六节开切眼支护设计

一、开切眼支护方案确定

（方案一）锚杆支护：该方案在4.1.1 回采平巷围岩控制可行方案已经中阐述这里不在复述。

（方案二）锚索支护：该方案在4.1.1 回采平巷围岩控制可行方案中已经阐述这里不在复述。

（方案三）锚杆与锚索的联合支护：该方案在4.1.1 回采平巷围岩控制可行方案中已经阐述这里不在复述。

（方案四）单体柱支护：利用单体液压支柱配合铰接顶梁进行断面支护。

由于此工作面为上一在采工作面的接续面，此处的支护具有停留时间较短的特点。从经济角度和实际生产的角度出发，设计选择第一种方案。

二、开切眼支护参数确定

根据本设计的实际地质和生产的实际情况，设计开切眼宽度 2.4m, 高度为煤层厚度为1.5m，由于本巷道跨度不大，高度随煤层掘进，服务年限较短，设计中只是在顶板加打两排锚杆支护，帮部为裸体，顶板锚杆间排距参照1XX3上下材执行，不在具体叙述。

第七节回采巷道特殊地段控制设计

结合本设计的实际地质及巷道布置情况，特殊地段主要涉及到巷道掘进过程当中地质破碎带。为防止该处发生事故，一般根据破坏带的破裂程度以及含水状况来确定。

第八节破碎带不含水

当破坏带不含水时，可采用以下几种方法，即超前锚杆加固法、超前棚法、超前小导管注浆加固法、锚杆锚索组合支护等提前对顶板围岩进行维护或加固。

第九节破碎带含水

预计破碎带含水的条件下，可采用以上方案中超前小导管注浆支护，且为全封闭型注浆。

第五章回采巷道支护安全技术措施

第一节回采巷道围岩潜在危险分析

回采巷道与开切眼围岩的潜在危险主要存在于巷道掘进过程当中，主要是由于空顶作业造成，在无支护状态下进入空间作业造成，同时对于开切眼而言隶属倾斜巷道，存在岩石滚落伤人的危险。

第二节回采巷道围岩危险防范措施

根据以上存在的一些潜在危险，提出以下防范措施：

1、掘进工作面严禁空顶作业和先敲帮问顶，将活矸处理掉，在工作面迎头安设锚杆期间要设置前探临时支护。

2、在开切眼掘进与施工过程中，必须制定和设置防止矸石、物料、支架滚落和支柱歪倒的安全措施。

3、采用锚杆支护时，端头与掘进工作面的距离，锚杆的形式、规格、安装角度、都必须在

施工组织设计或作业规程中规定。

4、从利于围岩自身稳定角度出发，采用爆破法掘进时必须采用光面爆破。

5、锚杆的安装必须使用机械或力矩扳手拧紧，确保锚杆的托板紧贴煤巷。

6、锚杆支护巷道时施工质量必须符合设计要求，施工完毕后，还需指定人员经常检查，发现问题及时处理。

7、由于开切眼掘进过程中采用自下而上的掘进贯通方式，故存在爆落岩石滚落伤人的情况，因此，在爆破掘进过程中一方面要设置挡护措施，另一方面每隔XXm设置一个躲避硐。

8、由于开切眼掘进过程中采用自下而上的掘进贯通方式，工作面掘进头存在瓦斯积聚的情况。因此，一方面要加强一炮三检，另一方面要加强通风，将积聚的瓦斯及时排出。

XXXX县XX乡XXXX煤矿

XX年二月六日