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[摘 要]随着煤矿开采向深部延伸，对地应力控制显得尤为重要，同时在巷道揭煤段支护直接关系到矿井的生产安全，支护效果的好与坏直接影响到巷道投入使用后通风、运输和行人等安全状况，同时关系到巷道服务期间巷道维护费用问题，为此高地压深井主石门在过煤段支护设计为U36型棚+锚网喷注+注浆锚索，以U36型棚为超前支护，锚注为核心的联合支护体系，保证巷道支护强度。
[关键词]主石门；过煤段；锚架注联合支护
中图分类号：TD82 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）03-0005-01
1 工程概况
1.1 巷道岩性
煤层厚度0～6.49m，平均2.77m，可采指数0.89，变异系数52%，属较稳定煤层。该煤层结构较简单，含夹矸点数虽较多，但多数为一层夹矸，少数点含2层或3层夹矸，夹矸为炭质泥岩和泥岩。煤层底板为浅灰色细砂岩和深灰色粉砂岩、泥岩组成的砂泥岩互层（叶片状砂岩）。波状层理、透镜状、混浊状层理发育，层面上多白云母碎片。具底栖动物通道，含菱铁质结核和黄铁矿晶体。煤层顶部为长石石英，为10煤层直接顶或间接顶板。浅灰色，中细粒，具深灰色泥质包体，因而亦称花砂岩，本层可局部相变为砂泥岩互层。再向上本段的中部发育一层长石石英杂砂岩，灰-灰绿色，中细粒，填隙物含量高，胶结疏松，称为泡砂岩。
1.2 巷道概況
石门将从该煤顶板穿至底板，巷道设计断面：净宽×净高=5200×4760mm，巷道长200m，其中从揭露煤层到距煤层法距10m巷道长60m。
2 巷道支护设计
2.1 巷道受力破坏分析
2.1.1 上覆岩层压力大
原岩应力是巷道围岩变形破坏的根源。该巷道上覆岩层压力较大，从而作用在支护结构上的荷载亦较大，当支护结构承受不了该荷载作用时，必然产生变形，逐渐造成巷道支护结构的破坏。
2.1.2 构造应力大
构造应力则是由长期的地质构造运动产生的，矿井的地质构造越复杂、越活跃则构造应力越大。构造应力对巷道稳定性影响极大，构造应力方向通常受构造方向的影响，它的存在直接决定着巷道的稳定性。
2.1.3 围岩裂隙发育
该巷道所在层位以细砂岩、粉砂岩和泥岩为主，由于巷道埋深较深，围岩裂隙发育，造成岩体的总体强度较低。另外，构造造成的围岩破碎，其碎胀压力也容易使围岩产生碎胀变形。
2.1.4 施工质量的影响
爆破时强烈地扰动围岩，破坏了围岩的完整性。施工期间和施工完毕，巷道的水不能及时排出疏干，使底板长期泡浸在水中，使其本来强度就极低的岩石发生软化、塑化、失去支承能力而失稳，出现底臌现象，同时影响了两帮和顶板的稳定性。
2.2 探明的地质资料，结合巷道围岩具体实际，本着减小巷道翻修频率，延长巷道使用寿命的原则，石门采取U36型可伸缩支架+锚网喷注+注浆锚索支护方案。即先进行全封闭可缩性支架支护，再锚网喷支护，然后再喷浆，滞后采用锚杆注浆和锚索注浆加强支护，支护设计方案如图所示。
1—螺纹钢注浆锚杆；2—高强锚杆；3—U型钢；4—注浆锚索
图1 设计支护断面图
2.3 支护参数
2.3.1 金属支架
选用U36型可缩型支架，排距600mm（中-中），采用圆钢编焊的钢筋网（采用Φ8mm圆钢焊接，网孔50×50mm）配合钢背板腰帮过顶。
2.3.2 锚杆
锚杆采用Ⅸφ22L2400mm的高强锚杆，由2卷Z2937锚固剂锚固，锚杆全断面布置，间排距700×700mm。
2.3.3 梯子梁
梯子梁用Φ12mm圆钢焊接，梯子梁长为1200mm，宽度为100mm。
2.3.4 喷射混凝土
喷射砼强度等级为C20，初喷层厚50mm，复喷层厚100mm，配合比1：2：2。
2.3.5 注浆锚杆
注浆锚杆选用中空螺纹钢注浆锚杆，规格为φ25L2500mm，每个断面内10根，杆体上顺序钻有φ6mm注浆孔，其结构如图所示，杆尾砸扁，封孔采用快硬水泥药卷。
2.3.6 注浆锚索
注浆锚索规格为Φ25L7500mm的钢铰线，由3卷Z2550锚固剂锚固，每排7根，间排距1600×1600mm。
3 支护机理
过煤段首先采用U36可伸缩支架全封闭配合撞楔施工控制巷道顶板，然后施工锚杆再进行喷浆注浆。从结构效应看，U型棚将巷道进行被动支护，架U36型可伸缩支架，形成第一道承载支护体并控制煤顶。其次锚杆的作用是改变了煤体结构的组成，强化了连接面的强度，达到了改善围岩结构、增强稳定性的目的，形成第二道组合梁支护体。然后采用注浆锚杆对围岩进行注浆，让锚杆周围形成第三道由水泥浆浇筑的承载拱支护体。最后采用锚索注浆，锚索将前三道支护体有效的悬吊起来并进行注浆，于此形成更坚实的悬吊承载支护体。主要作用有以下几个方面：
⑴悬吊作用：当锚杆穿过松散的巷道，则能将围岩悬吊在稳定的岩体上，以增强较软弱岩层的稳定性。
⑵组合梁作用：当锚杆打入围岩中，锚杆将与周围的岩体形成一个组合体，从而提高围岩的抗弯、抗剪强度，形成承载叠合梁，从而使围岩固结以提高完整性，达到自身稳定。
⑶承载拱作用：当锚杆打入岩层中，在一定范围内形成一个压力带，各个锚杆相互作用形成一个受压的承载拱圈，使得巷道拱顶有较好的承载能力。
⑷最大水平应力理论：地下岩层的水平应力通常大于垂直应力，水平应力具有明显的方向性，最大水平应力一般为最小水平应力的1.5～2.5倍。巷道顶、底板的稳定性主要受水平应力的影响，在此条件下，顶、底板容易发生剪切破坏，出现错动膨胀而造成围岩变形，锚固的作用既是约束沿轴向岩层膨胀和垂直于轴向的岩层剪切错动。
3.2 组合支护机理
3.2.1 U36型钢可伸缩支架支护机理
由于处于过煤段，U36型钢可伸缩支架配合撞楔和钢筋网控制住煤层，防止过煤出现冒顶现象，从而保证施工期间安全，起到锚注支护的超前支护的作用。
3.2.2 锚注支护机理
围岩注浆加固常与其他巷道文护形式结合起来时。它不仅改善围岩岩性和应力分布，而且大大缩小围岩变形，减轻支护结构承受的外载压力，改善支护结构的受力情况。
4 结语
通过锚架注多重支护对围岩进行支护，利用主动支护和被动支护相结合，有效的控制巷道变形。保证了巷道支护强度、通风断面以及降低巷道后期维护费用，产生了巨大的社会和经济效益。
参考文献
[1]张荣立，何国纬等.采矿工程设计手册.北京：煤炭工业出版社，2003.
[2]郭惟嘉，毛仲玉.覆岩沉陷离层及工程控制[M].北京：地震出版社，1997.
[3]李和林，杨本生，孙利辉.深井地应力对巷道支护设计的影响，煤炭工程，2009年03期.
作者简介
赵先茂（1975-），男，川射洪人，工程师，1999年毕业于中国矿业大学采矿专业，现淮北矿业股份有限公司袁店一矿安监处长。
[关键词]主石门；过煤段；锚架注联合支护
中图分类号：TD82 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）03-0005-01
1 工程概况
1.1 巷道岩性
煤层厚度0～6.49m，平均2.77m，可采指数0.89，变异系数52%，属较稳定煤层。该煤层结构较简单，含夹矸点数虽较多，但多数为一层夹矸，少数点含2层或3层夹矸，夹矸为炭质泥岩和泥岩。煤层底板为浅灰色细砂岩和深灰色粉砂岩、泥岩组成的砂泥岩互层（叶片状砂岩）。波状层理、透镜状、混浊状层理发育，层面上多白云母碎片。具底栖动物通道，含菱铁质结核和黄铁矿晶体。煤层顶部为长石石英，为10煤层直接顶或间接顶板。浅灰色，中细粒，具深灰色泥质包体，因而亦称花砂岩，本层可局部相变为砂泥岩互层。再向上本段的中部发育一层长石石英杂砂岩，灰-灰绿色，中细粒，填隙物含量高，胶结疏松，称为泡砂岩。
1.2 巷道概況
石门将从该煤顶板穿至底板，巷道设计断面：净宽×净高=5200×4760mm，巷道长200m，其中从揭露煤层到距煤层法距10m巷道长60m。
2 巷道支护设计
2.1 巷道受力破坏分析
2.1.1 上覆岩层压力大
原岩应力是巷道围岩变形破坏的根源。该巷道上覆岩层压力较大，从而作用在支护结构上的荷载亦较大，当支护结构承受不了该荷载作用时，必然产生变形，逐渐造成巷道支护结构的破坏。
2.1.2 构造应力大
构造应力则是由长期的地质构造运动产生的，矿井的地质构造越复杂、越活跃则构造应力越大。构造应力对巷道稳定性影响极大，构造应力方向通常受构造方向的影响，它的存在直接决定着巷道的稳定性。
2.1.3 围岩裂隙发育
该巷道所在层位以细砂岩、粉砂岩和泥岩为主，由于巷道埋深较深，围岩裂隙发育，造成岩体的总体强度较低。另外，构造造成的围岩破碎，其碎胀压力也容易使围岩产生碎胀变形。
2.1.4 施工质量的影响
爆破时强烈地扰动围岩，破坏了围岩的完整性。施工期间和施工完毕，巷道的水不能及时排出疏干，使底板长期泡浸在水中，使其本来强度就极低的岩石发生软化、塑化、失去支承能力而失稳，出现底臌现象，同时影响了两帮和顶板的稳定性。
2.2 探明的地质资料，结合巷道围岩具体实际，本着减小巷道翻修频率，延长巷道使用寿命的原则，石门采取U36型可伸缩支架+锚网喷注+注浆锚索支护方案。即先进行全封闭可缩性支架支护，再锚网喷支护，然后再喷浆，滞后采用锚杆注浆和锚索注浆加强支护，支护设计方案如图所示。
1—螺纹钢注浆锚杆；2—高强锚杆；3—U型钢；4—注浆锚索
图1 设计支护断面图
2.3 支护参数
2.3.1 金属支架
选用U36型可缩型支架，排距600mm（中-中），采用圆钢编焊的钢筋网（采用Φ8mm圆钢焊接，网孔50×50mm）配合钢背板腰帮过顶。
2.3.2 锚杆
锚杆采用Ⅸφ22L2400mm的高强锚杆，由2卷Z2937锚固剂锚固，锚杆全断面布置，间排距700×700mm。
2.3.3 梯子梁
梯子梁用Φ12mm圆钢焊接，梯子梁长为1200mm，宽度为100mm。
2.3.4 喷射混凝土
喷射砼强度等级为C20，初喷层厚50mm，复喷层厚100mm，配合比1：2：2。
2.3.5 注浆锚杆
注浆锚杆选用中空螺纹钢注浆锚杆，规格为φ25L2500mm，每个断面内10根，杆体上顺序钻有φ6mm注浆孔，其结构如图所示，杆尾砸扁，封孔采用快硬水泥药卷。
2.3.6 注浆锚索
注浆锚索规格为Φ25L7500mm的钢铰线，由3卷Z2550锚固剂锚固，每排7根，间排距1600×1600mm。
3 支护机理
过煤段首先采用U36可伸缩支架全封闭配合撞楔施工控制巷道顶板，然后施工锚杆再进行喷浆注浆。从结构效应看，U型棚将巷道进行被动支护，架U36型可伸缩支架，形成第一道承载支护体并控制煤顶。其次锚杆的作用是改变了煤体结构的组成，强化了连接面的强度，达到了改善围岩结构、增强稳定性的目的，形成第二道组合梁支护体。然后采用注浆锚杆对围岩进行注浆，让锚杆周围形成第三道由水泥浆浇筑的承载拱支护体。最后采用锚索注浆，锚索将前三道支护体有效的悬吊起来并进行注浆，于此形成更坚实的悬吊承载支护体。主要作用有以下几个方面：
⑴悬吊作用：当锚杆穿过松散的巷道，则能将围岩悬吊在稳定的岩体上，以增强较软弱岩层的稳定性。
⑵组合梁作用：当锚杆打入围岩中，锚杆将与周围的岩体形成一个组合体，从而提高围岩的抗弯、抗剪强度，形成承载叠合梁，从而使围岩固结以提高完整性，达到自身稳定。
⑶承载拱作用：当锚杆打入岩层中，在一定范围内形成一个压力带，各个锚杆相互作用形成一个受压的承载拱圈，使得巷道拱顶有较好的承载能力。
⑷最大水平应力理论：地下岩层的水平应力通常大于垂直应力，水平应力具有明显的方向性，最大水平应力一般为最小水平应力的1.5～2.5倍。巷道顶、底板的稳定性主要受水平应力的影响，在此条件下，顶、底板容易发生剪切破坏，出现错动膨胀而造成围岩变形，锚固的作用既是约束沿轴向岩层膨胀和垂直于轴向的岩层剪切错动。
3.2 组合支护机理
3.2.1 U36型钢可伸缩支架支护机理
由于处于过煤段，U36型钢可伸缩支架配合撞楔和钢筋网控制住煤层，防止过煤出现冒顶现象，从而保证施工期间安全，起到锚注支护的超前支护的作用。
3.2.2 锚注支护机理
围岩注浆加固常与其他巷道文护形式结合起来时。它不仅改善围岩岩性和应力分布，而且大大缩小围岩变形，减轻支护结构承受的外载压力，改善支护结构的受力情况。
4 结语
通过锚架注多重支护对围岩进行支护，利用主动支护和被动支护相结合，有效的控制巷道变形。保证了巷道支护强度、通风断面以及降低巷道后期维护费用，产生了巨大的社会和经济效益。
参考文献
[1]张荣立，何国纬等.采矿工程设计手册.北京：煤炭工业出版社，2003.
[2]郭惟嘉，毛仲玉.覆岩沉陷离层及工程控制[M].北京：地震出版社，1997.
[3]李和林，杨本生，孙利辉.深井地应力对巷道支护设计的影响，煤炭工程，2009年03期.
作者简介
赵先茂（1975-），男，川射洪人，工程师，1999年毕业于中国矿业大学采矿专业，现淮北矿业股份有限公司袁店一矿安监处长。