深井高应力区岩巷高抗剪锚杆耦合让压支护技术
深井煤巷锚网支护技术研究与应用
深井煤巷锚网支护技术的研究与应用[摘要]：随着矿井开采深度的不断延深，深部高地压、高应力现象逐渐显现，巷道经常出现断锚杆、撕裂钢带、顶板下沉网兜甚至是冒顶等现象，本文从优化深井煤巷锚网支护技术方面进行研究，着重分析了煤巷锚网支护技术，实现了支护的合理性。
[关键词]：深井煤巷锚网支护研究应用协庄煤矿采深在-850—1100m，开采深度较大，自开始试验采用煤巷锚带网施工技术以来，在煤巷锚网支护方面获得了较大的成功和可观的经济效益。
但随着煤巷锚网工作的深入开展，尤其是在深部高地压、高应力煤巷使用锚网支护以后，现场不同程度出现断锚杆、撕裂钢带、顶板下沉网兜甚至是冒顶等，如不及时有效地解决这些问题，将会对矿井的安全生产和经济效益产生极大地影响，为满足煤矿生产的需要，对优化深井煤巷锚网支护技术进行了研究。
一、锚网支护不合理的原因分析协庄煤矿1202e补充巷在锚网支护过程中经常出现断锚杆、撕裂钢带和顶板下沉网兜等现象，给煤巷的锚网支护巷道埋下了极大的安全隐患，通过现场调查、分析研究，发现产生上述破坏的原因有以下几点。
1.顶板岩层结构的原因。
经现场观测及从掘进迎头揭露的岩层状况看，该区域内煤2煤层走向80°～90°，平均厚度2.4米，厚度稳定，中夹一层厚0.02米炭质页岩夹石，煤岩成分以半亮煤为主，硬度系数f=2～3，煤层倾角20°～26°；其上为0～1.5米的软岩，再上为0.5～1米的煤1，黑色，松软破碎。
再上为砂质页岩，性脆致密，水平层理发育，破碎易冒落，厚0～6.5米；锚杆未锚固在稳定的岩层中是造成离层的主要原因。
2.矩形断面巷道容易造成应力集中矩形断面巷道四个肩角是应力集中点，该位置压力大，容易破坏锚杆及钢带，是造成锚杆断裂及钢带撕裂的原因。
3.巷道支护方面的因素（1）顶板锚杆长度偏短，锚杆长度为2.2m的等强锚杆，锚杆锚固的范围处于容易离层的岩层的下方，说明锚杆偏短，有必要加大锚杆长度。
深部高应力软岩巷道支护技术
深部高应力软岩巷道支护技术周俊林;林登阁;王迎东【摘要】近年来，煤炭等矿产资源的开发利用逐步向深部发展，深部软岩巷道大变形、大地压、难支护等特征表现明显，支护问题日益突出。
根据具体情况，安居煤矿千米埋深软岩硐室井下中央泵房，拱墙设计采用锚网索喷＋锚注＋现浇混凝土加固方案，底板采用抗让结合的反底拱及底板注浆治理方案，有效地控制了硐室变形破坏，取得了预期效果。
实践表明，以锚注为核心的锚注联合支护体系，可有效控制深部软岩巷道围岩变形，保证巷道长期稳定。
【期刊名称】《建井技术》【年(卷),期】2013(000)006【总页数】4页(P29-32)【关键词】高应力软岩巷道;深部;锚注加固技术;数值模拟【作者】周俊林;林登阁;王迎东【作者单位】冀中能源峰峰集团九龙煤矿，河北邯郸，056500;山东科技大学，山东青岛，266510;山东科技大学，山东青岛，266510【正文语种】中文【中图分类】TD353+.9深部软岩巷道稳定性控制一直是国内外矿山工程支护加固的难题之一［1］。
近年来，煤炭等矿产资源的开发利用逐步向深部发展，深部岩体的结构特征与力学性能越来越复杂。
浅部矿井开采中，表现为硬岩特征的岩体，进入深部开采后，往往表现出大变形、大地压、难支护等软岩力学特征［2］，产生了一系列的工程问题。
巷道地应力增大，且水平地应力明显大于垂直地应力，形成高水平地应力［3］。
这些都加剧了软岩巷道围岩变形破坏程度，增大了支护难度［4］。
因此，开展深部高应力软岩巷道支护技术研究，势在必行。
1 深部高应力软岩巷道支护技术20世纪80年代，世界各国巷道支护大多以金属支架为主。
金属支架在浅部矿井开采中，发挥了良好的支护作用，得到了广泛应用［5］。
随着矿井开采深度的加大，深部软岩巷道采用传统的支护方式，已难以保证围岩稳定，不能适应深部开采需要。
目前，世界多数产煤国家采用各种不同类型的锚杆、锚杆桁架及锚索支护方式，其中以美国、澳大利亚尤为明显。
深井高应力软岩岩巷支护技术研究
深井高应力软岩岩巷支护技术研究作者：任勇杰王庆伟冯刚来源：《科技创新导报》 2015年第13期任勇杰王庆伟冯刚(山东能源新矿集团山东新泰 271233)摘要：该文重点针对新汶矿区埋深大、高地应力带来的巷道支护难题，研究新汶矿区深井高应力软岩巷道支护技术。
首先通过地应力测试和围岩分类为选择合理的支护方式提供依据，通过选择合理的断面形状提高岩巷承载能力，通过优化巷道布置，研发高强锚杆、锚索、高强W钢带等深部巷道支护材料，采用高强锚杆一次支护、联合支护、让压支护、钢管混凝土支架强力支护等多种支护方式确保了深井高应力岩巷及大断面硐室支护安全。
关键词：深井高应力岩巷支护技术中图分类号:TD353文献标识码：A 文章编号:1674-098X(2015)05(a)-0009-02随着煤炭资源的不断开采，浅部资源量逐渐减少，我国东部矿区煤矿开采深度以每年10～25 m的速度迅速增加，东部多数矿井已经进入深部开采时代。
新矿集团目前有8对矿井采掘深度超过1000 m，有4对最大采深超过1200 m属超深井开采。
集团公司最大回采深度达到1280 m，最大掘进深度达到1501 m。
目前新矿集团老区矿井有效可采储量有44%在千米以下。
深部高地应力造成巷道支护困难，特别是深部岩巷，由于服务年限长，后期巷道围岩破坏严重，巷道失修率不断增加。
1 深井高应力巷道支护困难随开采深度增大,地应力显著增大, 矿压显现强烈，巷道变形量明显增大，给生产系统安全运行带来严重问题。
个别矿井最大水平应力达到39.13 MPa。
由于地应力的升高，在浅部相对较硬的围岩,到达深部后成为“工程软岩”,表现出强烈的扩容性和应变软化特征,巷道岩体强度降低,巷道与支护体破坏严重,半圆拱岩巷表现为拱部以上巷道变形严重，失去原有的拱形特征，最大变形量超过0.9 m；煤巷半煤巷主要表现为顶板下沉、底板鼓起、帮部鼓出，据部分统计,深部巷道实际返修比例高达90%以上。
深井巷道过巷支护技术
深井巷道过巷支护技术深井巷道过巷支护技术是指在深井巷道施工过程中，采用各种技术手段以确保巷道的稳定和安全的一种技术。
（一）巷道掘进技术巷道的掘进是施工中最基础的一环，对于深井巷道来说，地质条件复杂，岩层坚硬，因此需要采用先进的掘进技术。
目前常见的巷道掘进技术有机械掘进和爆破掘进两种。
机械掘进是指使用各类掘进机械和设备进行巷道的开挖。
机械掘进技术可以提高工作效率和质量，减少人力劳动，但对设备和施工条件要求较高。
爆破掘进是指利用炸药爆破的方式进行巷道的开挖。
爆破掘进技术能够适应不同岩层的掘进要求，但操作复杂，对安全要求高。
（二）巷道支护技术巷道的支护是保证巷道结构稳定和安全的关键措施。
在深井巷道过巷支护技术中，有多种支护方式可供选择，如锚杆支护、钢拱支护、喷锚支护等。
锚杆支护是指在巷道围岩中钻孔，插入钢筋并注浆固定，以增强巷道的承载能力。
钢拱支护是指在巷道顶部和两侧设置钢拱杆，形成桁架结构，增强巷道的抗压和抗弯能力。
喷锚支护是指在巷道周围喷射盐胶或水泥浆料，形成一个坚固的喷锚体，以加固巷道围岩和防止塌方。
（三）水防排水技术在深井巷道的施工中，常常会遇到水文条件较差的情况，需要采取措施进行水防排水。
水防排水技术主要包括隔水帷幕、井下排水和井下潜水泵排水。
隔水帷幕是在巷道周围钻孔注水泥浆料，形成一个隔水帷幕，以阻止地下水渗透进入巷道。
井下排水是通过在巷道底部设置排水槽和排水管道，将渗透的地下水排出巷道，保持巷道的干燥。
井下潜水泵排水是指将巷道中积水的地下水通过潜水泵抽出，降低巷道的水位。
深井巷道过巷支护技术在现代地下工程中发挥着重要的作用。
通过合理选用掘进技术、巷道支护技术和水防排水技术，可以有效保证巷道的安全和稳定，提高施工效率和质量。
深井高应力软岩回采巷道支护对策分析
深井高应力软岩回采巷道支护对策分析深井高应力软岩回采巷道支护对策分析[摘要]本文通过对一般回采巷道支护效果的分析与研究，对现今高应力软岩回采巷道支护方式中存在的缺乏之处进行了总结，并就在低围岩状态下，高应力软岩回采巷道具有的特殊变形破坏性进一步的解析，针对回采巷道中存在的问题提出了有效的解决对策。
中图分类号：TE245 文献标识码：A 文章编号：1009-914X40-0178-01随着我国加大了对煤矿的的需求与开采，浅部煤矿资源正日渐枯竭，加之开采深度的愈大，地应力水平也就愈高，有一些在浅部低应力环境下呈硬岩特征的岩石，到了深部高应力的环境下那么就转换成为了难支护的软岩，成为高应力软岩类型。
虽说像德国、英国等产煤大国已经有了很多关于深部开采的经验，但是也都未对高应力软岩工程总结出有效的支护方式。
本文就对目前在高应力软岩回采巷道支护中的缺乏之处进行了分析，并提出相应的解决对策一.深井高应力软岩回采巷道支护存在的问题分析随着煤矿开采深度的增加，覆岩自重压力及构造应力也随之增大，普遍使用的锚杆支护或者是工字钢棚支护方式愈加难以控制，由于深井高应力围岩软化等都会引起变形或者是破坏的问题，主要表现在以下几个方面。
第一，使用工字钢棚支护时，在初期时支架对围岩形成的约束力不大，无法对其变形进行控制，造成较大的松动范围；在后期时支架更是难以承受围岩变形对其施加的压力，因此导致发生棚梁弯曲、下沉，支护失效，巷道断面减小等各种问题，影响到运输、通行的平安。
第二，如果使用常规的锚杆支护，它本身的围岩自承圈厚度就很小，通常来说只有600mm，无法与较大的围岩压力相抵抗。
第三，由于受到构造应力或者是高应力的极大影响，在巷道结构中比拟薄弱的地方会首先出现变形、围岩松动等情况，继而由于受到破坏形成破碎区，随着破碎区逐渐的开展会造成围岩自承圈受损。
当深井高应力软岩巷道使用的是常见的锚网支护时，它本身就对围岩外表没有较强的约束力，无法对围岩的局部破坏神之破碎区的逐渐开展进行遏制，因此导致围岩破坏。
锚杆支护技术
锚杆支护技术锚杆支护技术一、锚杆支护技术现状和展望锚杆支护技术是煤矿支护技术改革的发展方向，是煤矿继推广综合机械化采煤技术又一重大推广技术。
我国在上世纪80年代开始研究应用锚杆支护技术以来,不论在理论上，还是在实践应有中已取得了长足的进展，促进了我国煤炭工业的发展.锚杆支护是由锚固在巷道四周钻孔内的一系列杆件（木质件、金属件、钢筋混凝土件和聚合物件等）系统组成的。
这些杆件配以支撑件和背板（也可以不用）,靠它们的锚固力和向岩体稳定部分的悬吊作用，防止破碎岩石冒落。
用预拉紧方法安装的锚杆，提高了岩石分层之间的摩擦阻力，同时将两支撑点间的岩层夹紧，以岩梁和岩拱的形式构成承载结构.尽管加固的岩梁比未加固的岩梁呈现出明显的稳定性,但是仍不能准确量测出影响加固岩层稳定性单个分层缝合效果的量值。
现代锚杆支护理论认为，岩层分层之间的摩擦作用具有重要意义，主要有以下几个方面。
①巷道上方的松软岩层被锚杆固结到其上部坚固的岩层上，松软有裂隙岩层的几个分层，彼此之间被锚杆夹紧形成梁和拱形式的承载结构.②松软不稳定的岩石分层，彼此之间夹紧并被锚杆固结在上部坚固岩层上。
③在掘进巷道时,被破坏的有裂缝的岩石分层被锚杆夹紧并被悬挂在自然平衡拱上。
④不稳定的有裂缝的岩层被锚杆的联接部件托住并被悬挂于自然平衡拱的拱脚。
⑤不稳定的岩石分层被锚杆夹紧并悬吊于自然平衡拱的拱脚。
在采矿实践中,锚杆支架分单体锚杆支架和组合锚杆支架两种。
单体锚杆支架指安设在巷道中的锚杆,彼此之间没有力学科系.组合锚杆支架包括钢梁、钢带、角钢、槽钢等承托顶板元件，把两个或几个锚杆联成统一的整体.锚杆支架按用途分为临时锚杆支架和永久锚杆支架。
按作用原理分为主动锚杆和被动锚杆。
主动锚杆预先张紧装入钻孔中，以提高抵抗被加固岩体拱曲性和分层之间相对位移的能力。
随着锚杆预应力的加大,相应增加了岩层分层面之间的摩擦力，提高了巷道的稳定性。
安装被动锚杆时不给杆体以预应力，因此就比主动锚杆安装密些,其典型的有全长锚固的螺纹锚杆、钢筋混凝土锚杆、膨胀式锚杆和玻璃钢锚杆等.按工作特性锚杆又分为刚性延伸和有限延伸锚杆。
深井巷道过巷支护技术
深井巷道过巷支护技术深井巷道是地下工程中的一种重要结构，广泛应用于煤、金属、化工等行业的采矿和生产过程中。
然而，随着深度增加，井下压力不断增大，巷道岩体破坏的风险也会相应增大。
因此，过巷支护技术的应用愈发重要。
一、过巷支护技术的分类过巷支护技术主要分为两类：一类是基于材料力学的支护技术，另一类是基于结构力学的支护技术。
基于材料力学的支护技术主要包括静力支护和动力支护两部分。
静力支护以固结浆和混合支护材料为主要施工材料，具有强度高、稳定性好、设备简单、施工工艺容易的优点。
动力支护主要采取张力支护和锚杆支护技术，通过支撑力量的作用实现对巷道岩体的控制和固结。
基于结构力学的支护技术主要分为框架支护和衬砌支护两部分。
框架支护主要采用钢架、混凝土框架等作为巷道结构，通过框架自身的强度和刚度来支撑周边岩体。
衬砌支护则是在巷道周边采用不同材质和结构的保护墙体来支撑周边岩体，如钢筋混凝土、钢板混凝土、FEB等。
过巷支护技术具有安全、可靠、节能、环保等优点，在煤炭、金属、化工等行业得到广泛应用。
在煤炭行业中，过巷支护技术可应用于井下采煤工作面的掘进、通风巷道、运输巷道等，能有效地控制巷道岩体的破坏和变形，提高巷道的稳定性和安全性。
在金属行业中，过巷支护技术可应用于井下露天矿山、地下金属矿山等领域，能保证巷道的稳定性和安全性，在提高生产效率的同时，保障矿工安全。
在化工行业中，过巷支护技术可应用于地下储罐、输送管道、污水处理工程等，能保障工程的安全性和稳定性，降低工程运营成本。
随着矿井深度不断增加，巷道周围岩壁的稳定性越来越受到重视。
未来，过巷支护技术的发展趋势将主要集中在以下几个方面：1. 支护材料性能的提高。
研发更高强度、更稳定、更耐腐蚀的支护材料，提高支护工程的安全性和可靠性。
2. 自动化施工的推广。
采用先进的数控技术和现代化设备设施，实现过巷支护施工的自动化和智能化。
3. 环保型支护材料的研究。
研发更环保、更节能的支护材料，减少环境污染和能源消耗，推动矿业可持续发展。
高强让压锚杆在深部采区巷道支护中的应用
徐矿 集 团张双 楼煤 矿开 采深 度 已达 到一 １ ０ ０ ０ ｍ 水平 ． 伴 随着 地质 条件 复杂 、 高地应 力 以及动 压 的影响 ． 巷 道 在 服 务 期 内会 出现 不 同 程 度 的 变 形 ， 部 分 回 采 巷 道 在 没 有 投 人 使 用 之前 因变形 量 较大 ． 无 法满 足正 常使 用 ． 主 要 体 现 在 锚 杆 断
中图分类号 ： Ｔ Ｄ ３ ５ ３
文献 标识码 ： Ｂ
文章编 号 ： １ ６ ７ ２ — ９ ０ ６ ４ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ５ — ０ ７ ０ — ０ ２
虽然 采用 了加大锚杆 直径和高强 度锚 杆等措 施 ． 但 是 仍 然 不 能 有 效 地 杜 绝 锚 杆 断 裂 现 象 现 场 观 察 发 现 ． 即 使 在 巷 道 掘 进期间。 锚 杆 断裂也 十分 常见 ． 且 破 断位置 多发 生 在锚 杆端 部８ ０ ～ ｌ Ｏ Ｏ ｍｍ
析， 引 进预应 力高 强让 压锚 杆 ． 在 采 区 沿 空 留 巷 施 工 中 取 得
较好效 果 ． 并进一步 向深部开拓 巷道进行 推广
１ 问题 提 出
７ ４ ２ ４材 料 道 位 于 一 １ ０ ０ ０ ｍ 水平 西一 采 区 ．巷 道 标 高 一 ９ １ ０ ｍ 上下 ． 沿 空 留巷 ． 与上 ７ ４ ２ ２工 作 面 采 空 区 间 隔 ５ ｍ 煤
裂导致 巷道变形 。为此 ， 矿 技 术 人 员 通 过 对 锚 杆 破 断 原 凶 分
３ 高 强让 压锚杆
（ １ ） 概 述 。高 强 让 压 锚 杆 是 针 对 深 井 、 软 岩 和 受 动 压 影 响 的 大 变 形 巷 道 而 专 门设 计 的 一 种 可 延 伸 锚 杆 其 高 预 应 力 、
煤矿深井巷道围岩协同支护控制技术研究
煤矿深井巷道围岩协同支护控制技术研究摘要：深部巷道支护问题是煤矿企业面临的最大难题之一。
本文对巷道大变形破坏问题进行了研究，对围岩岩性、围岩粘土矿物组成及结构、巷道应力场等进行了全面研究，得到了巷道出现变形破坏的主要机制为胶体膨胀类型、吸水膨胀类型、工程偏应力型、重力及构造应力型。
并结合巷道所处地质条件，针对性提出了协同支护返修控制措施，对巷道返修后变形情况进行了监测，从监测情况来看，巷道稳定性整体得到了稳定性控制，对类似巷道支护提供了一定的借鉴。
关键词：煤矿深井巷道；围岩协同；支护控制技术引言中国大多数煤矿采用井工开采方式，开采之前需要掘进大量的巷道。
岩层自重产生的应力会使巷道发生变形，为了维持巷道的稳定性，需要对巷道进行有效的支护。
由于煤矿地质条件具有复杂性，在一些情况下，采用传统的支护方式难以满足需要，例如软岩巷道、顶板岩层破碎。
为此，需要采用高强支护技术。
高强支护技术使用了特殊的支护材料或手段，使得巷道围岩的支护刚度大大提高。
本文围绕巷道掘进和支护技术概述，重点探讨了高强支护技术的几种应用情况。
1巷道掘进和支护技术概述1.1巷道掘进煤矿巷道开挖是指在地下岩层中开挖不同截面形状的井、巷等平台，以方便人员和设备进行采煤。
从内容上看，巷道开挖包括钻孔、射击、通风、安全检查等内容，需要结合矿区的地质条件和开采方式综合决定。
如果煤矿巷道建立在软岩夹层，需要将掏槽角度控制在45°~90°，必要时还可以在炮眼断裂面增设辅助眼。
作为一种巷道切、销设备，煤矿掘进机被广泛用作破煤和装煤环节，保证掘进设备按照预设流程开展施工作业。
而采用横轴切割方式的采煤机，能够实现连续采煤作业，同时将巷道掘进和煤矿回采结合起来，在拓宽巷道内部宽度的同时，提高了采煤效率，在煤矿采掘施工技术中具有广泛的应用。
1.2支护技术煤矿地下开采过程中需要用到支护技术，采用巷道支护能够保持巷道畅通和周围岩土稳定，对于矿井的建设和施工具有重要的意义。
让压支护的基本原理
2.3.1围岩松散区和塑性区
• 根据弹塑性力学理论和现场经验，巷道开挖后在巷道围岩 将产生松散区、塑性变形区和弹性区。定性的分析这些区 域的大小影响因素有利于建立合理的支护理念，定量的近 似计算是确定锚杆（索）长度的基础。图2.2 为围岩破坏 变形后的分区示意图。
Hale Waihona Puke • A:松散区：在围岩的切向应力小于围岩原岩 应力范围内，围岩发生松散破坏，此区域 成为松散区。松散区边界上的切向应力和 原岩应力相等，松散区内部的应力小于原 岩应力。锚杆的有效长度必须大于松散区 半径。 • B:塑性区：围岩发生塑性变形的区域，塑性 区包括松散区。 • C:弹性区：塑性区以外的区域，围岩只发 生弹性变形。
图1.5锚索延伸率和锚杆延伸率试验室试验比较
40 35 30
吨位（吨）
25 20 15 10 5 0 0 20 40 60 80 100 变形（mm) 锚杆 锚索
图1.6锚杆无安装载荷时的锚杆锚索的工作曲线
40 35 30 25 20 15 10 5 0 0 20 40 60 位移（mm) 锚杆 80 100 120
图2.1临界弹性设计支护阻力和开采深度关系
• 从图中可以看出： • (1)计算埋藏深度在400m以下时，临界弹性支护阻力为 70t/m 。也就是说在这种支护强度下，围岩只发生弹性变 形，变形很小。 • (2)当计算埋藏深度达到600m时，临界弹性支护阻力为 110t/m。这个支护强度在目前的条件下还是可以达到的。 在普强锚杆的条件下，间排距要求较小。 • （3）当计算埋藏深度达到800m时，临界弹性支护阻力为 150t/m。这个支护强度在目前的条件下还是很困难的。围 岩会出现塑性变形，或围岩变形太大引起锚杆破断。 • (4)当计算埋藏深度达到1000m时，临界弹性支护阻力为 190t/m 。这个支护强度在目前的条件下几乎达不到。围 岩会出现很大塑性变形，或围岩变形太大引起大量的锚杆 锚索破断。必须允许围岩有一定的塑性变形并采用让均压 措施。
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（2）矸石充填开采
二采区浅部实施矸石充填的2202东、
2202西、2403东工作面，地面最大下沉值为343mm ；充填工作面最大下沉值小于方案设计值。
（3）螺旋钻开采
实施螺旋钻采煤工艺的2404东、西钻采面及1704、1705钻采面其上方地表相对应观测线最大下沉值为：10mm 。
（4）煤层气化
实施煤层气化工艺的3203、
3403气化工作面其上方地表相对应观测线最大下沉值为：35mm 。
上述实施多元化开采区域内，汶河大桥及地面各类繁杂密集建筑物均能保证安全使用，地面建（构）筑物均未出现任何斑裂损坏现象，解决了长期困扰煤矿企业的工农关系紧张问题。
3．2
多元化开采实施后的经济效益通过开采方案实施，盘活并回收煤炭资源144．2万t ，可获得效益14400万元。
同时，地面建（构）筑物仅出现轻微的Ⅰ级采动影响，为矿井节省约2537万元的修复赔偿资金；两项共计：14400万元+2537万元≈16937万元，取得了开采与保护共赢的效果。
4
结论
针对鄂庄煤矿上述三个采区2、
4、7、15煤层实施多元化的综合开采方案进行煤炭资源回收，经济上合理，技术上可行。
通过观测站的建立，求得了切合实际的经验参数，既最大限度地延长了矿井服务年限，提高了煤炭回收率，又保护了地面各类建（构）筑物，丰富了“三下”开采技术，对今后类似地质赋存条件的“三下”开采具有借鉴意义和推广价值。
深井高应力区岩巷高抗剪锚杆耦合让压支护技术
安伯义
（新汶矿业集团公司华丰煤矿，山东泰安271413）
摘要针对华丰煤矿特殊的地质采矿条件，确定巷道支护系统的各种参数及支护系统的合理工况点，研发了高抗剪锚杆、锚索耦合让压支护
系统，经在六水平矸石井车场通道应用，控制了巷道变形，取得了理想的支护效果。
关键词
高抗剪让压锚杆高预应力耦合让压鸟窝锚索支护体系高抗剪体材料
中图分类号TD353+．6文献标识码B
*收稿日期：2011－12－14
作者简介：安伯义（1967－），男，山东省胶南市人，大学，
1992年毕业于山东矿业学院矿井建设专业，现任新汶矿业集团公司华丰煤矿副矿长，研究方向：煤矿开采技术。
华丰煤矿－1100m 水平地质条件具有埋藏深度大于1200m 、围岩应力高、岩层倾角大、具有软岩特性的特点，为解决巷道支护问题，华丰矿进行了深井大倾角高应力区岩巷高抗剪锚杆耦合让压支护技术研究应
用，保证了巷道的支护效果。
1
高应力区岩巷高抗剪锚杆耦合让压支护系统设计
1．1围岩—应力变形关系及支护系统合理工况点的确定
1．1．1围岩应力与变形曲线
根据华丰煤矿的采矿地质条件，用有限元数值模拟方法得到围岩应力和变形特性曲线图，围岩应力和变形特性曲线分为三个区：
A 区（围岩弹性变形区）：此区域内，围岩处于弹性变形阶段，围岩保持完好、变形小。
在此区域内增加支护强度不能明显改善围岩变形。
为了经济合理地支护巷道，支护体的工况点应设在低位（105t /m ），锚杆支护系统最小让压距离为35mm 。
B 区（围岩弹塑性区）：此区域内，围岩基本处于弹
塑性变形阶段，
围岩基本保持稳定，弹塑性变形区没有超过锚杆的支护范围，锚杆系统仍然起到支护作用。
在此区域内，支护强度的微变将引起变形的剧烈增加。
C 区（围岩破坏区）：此区域内，围岩破坏，支护系
统承受破碎岩石的静载荷。
随着破坏区域的增加，
载荷增加。
对于锚杆支护，如果锚杆系统的支护范围小于破坏范围，则锚杆系统受力将变为0，彻底失去其支
护作用，
锚杆支护系统将和围岩一起移动。
根据围岩应力和变形特性曲线研究，支护系统的工况点确定如下：
最小支护强度：105t /m ；巷道围岩位移：35mm ；
锚杆系统的允许变形：35mm 。
1．1．2合理锚杆支护系统特性曲线设计—第四代锚杆
锚杆特性曲线设计必须满足围岩应力变形特性曲线的特点。
根据华丰煤矿围岩应力特性曲线，锚杆体
设计了耦合变形让压装置，
耦合让压锚杆比普通高强锚杆保证了锚杆的工况点在弹性范围之内、锚杆强度让压安全系数大。
1．2高抗剪锚杆、锚索耦合让压支护系统研究1．2．1支护系统耦合设计
锚杆和锚索是由不同性质的金属材料制造而成，
两者的延伸率差别很大，因此，必须采取耦合措施使锚杆和锚索实现变形和载荷耦合协调，达到共同支护围岩的目的。
图1为耦合让压锚索整体结构（a ）和局部结构（b ）。
根据设计需要，锚索的耦合让压点、让压距离可以调整达到与锚杆耦合。
图1耦合让压锚索
1．2．2
锚杆支护系统与支护参数研究设计对于采深大、水平应力高、断面大、服务年限长的大变形巷道，锚杆支护参数的设计应满足下列原则：（1）锚杆的安装应力应能控制围岩早期变形；（2）支护强度与高地应力相适应，尤其是华丰煤矿试验巷道的围岩水平应力高，提高支护体的抗剪强度；（3）锚杆具有控制让压耦合变形性能，保证每根锚杆受力均匀和防止锚杆因过度载荷破断；（4）合理有效的辅助支护与锚杆支护系统形成一个整体，保障巷道支护的长期
有效性和稳定性，
适应地质和采矿条件的变化。
1．2．2．1锚杆长度设计
根据实测数据，巷道顶板的莫尔库仑安全系数SF
大于1．2的范围被认为是安全的，
SF 小于1．0的范围是不稳定范围，SF 在1．0 1．2之间，岩层稳定但不安
全。
对于不稳定范围（SF 小于1．0）需要对其支护控制，而锚杆要锚固到安全稳定的岩层中。
对两帮来说，通常认为安全系数（SF ）大于1．0的区域是安全的，如果SF 小于1．0被认为是不安全的，需要对巷道侧帮进行支护控制。
①破碎圈（SF ＜1）：在巷道周围产生一个SF 小于1的破碎圈。
破碎圈的最大深度在1．6m 左右。
②稳定圈（1＜SF ＜1．2）：此区域安全系数在1 1．2之间，属于稳定圈。
但考虑到巷道的长期稳定性，此区域不属于安全圈，其最大深度达到1．8m 左右。
③安全稳定圈（SF ≥1．2）：在安全系数大于1．2的范围内是安全稳定圈。
为了锚固到松散破碎带以外的稳定岩层中，锚杆的长度应在2200 2400mm 之间。
锚杆长度确定：根据围岩松散破碎圈分析，锚杆的长度选为2400mm ，以保证至少600mm 的锚杆锚固在
稳定岩石中。
1．2．2．2锚杆安装应力（预应力）
华丰煤矿六水平矸石井车场通道锚杆的安装应力为58．8kN 时，可以形成最佳组合梁效果。
1．2．2．3锚杆耦合让压设计
保持锚杆杆体本身不变，利用耦合让压环进行让压实现锚杆让压功能。
让压均压环的参数设计如下：
让压点：让压点的大小应保证锚杆在巷道掘进过程中承受的总载荷小于锚杆的实际屈服极限，以保证锚杆在掘进过程中不发生屈服破坏，同时为动压变形留有充分的余地。
根据锚杆实验室的实际拉拔实验，所选锚杆的实际屈服载荷为225．4kN 左右，让压点设计为186．2 205．8kN 。
最大弹性让压距离：根据围岩应力和变形特性曲线，
锚杆的工况点为：支护强度大于105t /m ，让压变形性能大于35mm ，锚杆弹性让压距离不小于35mm 。
在
局部特殊高压力和大变形巷道，
采用让压距离较大的双泡让压环。
让压均压环必须稳定一致地达到设计标准。
图2是根据实验散点做出的回归拟和曲线。
图2耦合让压环实验散点和回归拟和曲线
1．2．2．4设计及锚杆辅助部件
根据华丰煤矿安装机具、锚杆参数以及树脂类型和用量等研发了阻尼螺母和阻尼螺母材料设计，阻尼打开后，起到润滑作用，从而增加锚杆的安装载荷。
华丰煤矿阻尼螺母参数设计为140N ·m 的阻尼。
2
高抗剪锚杆耦合支护系统工业性试验
2008年11月至2010年5月在华丰煤矿六水平矸石井进行了井下锚杆性能测试及工业性应用，高抗剪锚杆耦合让压支护系统支护效果良好，满足巷道设计要求，有效解决了断锚杆现象，控制了巷道变形。
3
效果
高抗剪锚杆耦合支护系统增加了锚杆的间排距，减
少了支护材料消耗，
巷道支护成本降低，提高巷道掘进速度25%，实现巷道快速、安全、经济和可靠的掘进目标。
为深部矿井岩巷支护开采开辟了一条新的有效途径。