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1、目 录序号3（一）问题的提出31国内外研究历史及现状42解决办法4一 围岩控制及锚杆支护理论5（一）围岩控制原理51下分层回采巷道围岩变形破坏特征52支护结构与围岩相互作用原理53下分层巷道围岩控制的基本途径5（二）锚杆支护理论61锚杆支护分析62现有支护理论73下分层巷道锚杆支护理论基础10二 巷道支护方案及参数确定11（一）某矿1521(3)工作面概况11（二）支护方案选择111下分层煤巷支护原则112支护方案的选择13（三）锚杆支护参数确定131锚杆支护参数设计132兜吊作用设计143锚固方式选择15（四）支护方案161顶板支护162巷帮支护163主要技术参数17（五）锚杆预紧力20（六
2、）施工工艺20（七）现场支护效果分析24三 结论25参考文献:25某矿下分层巷道支护浅析 摘要：某矿1521(3)工作面下分层巷道顶板采用锚杆+金属网+钢筋梯梁+锚索补强联合支护;两帮采用锚杆+金属网+W钢带支护。由于煤巷围岩松软，受采动影响后巷道变形量大，采用架棚支护不能主动支护顶板。根据对树脂锚杆锚固力及树脂锚杆同再生胶结顶板相互作用关系的分析，确定使用树脂锚杆。现场实验证明，树脂锚杆支护对下分层巷道的维护很有效。关键词：下分层再生胶结顶板；树脂锚杆；围岩变形规律；锚杆支护；下分层回采巷道；围岩稳定性序言（一）问题的提出煤炭是我国的主要能源，被誉为工业的粮食，在国民经济中发挥着举足轻重的作
3、用。过去，在开采缓倾斜厚煤层时采用分层开采，上分层回采完后，一般会等一段时间冒落充实，形成稳定的再生胶结顶板后才能进行下分层的回采。但在下分层巷道掘进施工中，在再生胶结顶板条件下煤巷围岩松软、破碎，受采动影响后巷道变形量大。采用架棚支护不能主动支护顶板，采动影响期间上覆老顶岩层结构在超前支承压力作用下旋转下沉，巷道顶板下沉量急剧增加，两帮水平应力增大，引起两帮水平位移较大。两帮较大水平位移引起顶板进一步下沉，巷道维护困难，架棚支护的下分层巷道维护效果非常差。由于此种技术原因，许多煤矿的下分层尚未进行回采，这严重影响了矿井正常生产和企业的经济发展，也制约了一些煤矿向高产高效发展的步伐。（二）国内
4、外研究历史及现状总的来看，国外支护技术与我国支护技术相比并不先进，为适应不同围岩的需要，我国的支护技术类型更多。美国、澳大利亚除早期在煤矿支护中应用过砌暄、锚喷、金属支架处，近几十年来一直以锚杆支架为主体。对于稳定、较稳定围岩重点采用普通锚杆支护;对中深部、深部围岩一般采用锚网、组合锚杆(网)、高强超长锚杆(网)等支护形式;对于极不稳定围岩主要有采用组合锚杆格架、锚索支护，对一些特殊地点如随掘随冒，淋水大又破碎的地方采用金属支架。西欧如英、法、德等国直到80年代仍以金属支架为主，对不同围岩采用不同的金属支架，但他们的金属支架是根据不同围岩进行设计，并有专门工厂统一加工。其加工质量好、性能可靠、
5、机械化安装、效果好，但在80年代后期，他们开始引进美国、澳大利亚的锚杆技术。目前，各类不同的锚杆、组合锚杆、锚杆桁架及锚索支护约占支护总量的90%，取得良好的经济效益和社会效益。俄罗斯、波兰等国至今仍以金属支架为主，对不同围岩采用不同的金属支架类型，对待中深部、深部软岩也是采用翻修的方法处理，金属支架用量约占支护总量的70%左右，其它部分为锚喷、木支架、砌暄等。但我们认为随着俄罗斯、波兰改革的发展，锚杆支护技术也将走进俄罗斯、波兰的煤矿。对于下分层中深部巷道的支护问题，过去大多采用料石砌暄、混凝土，钢筋混凝土，后来又采用矿用工字钢、槽钢、U型钢金属支架等也不能完全解决支护问题。（三）解决办法同
6、架棚支护相比，锚杆支护系统具有明显的优越性。锚杆支护属于主动支护，能有效支护再生胶结顶板，阻止再生胶结顶板破碎的能力增大；锚杆支护形成的顶板不但可保持自身稳定，而且能支撑上位破碎顶板。同时，经锚杆加固而成整体的顶板将载荷向巷道两帮深部转移，减小两帮浅部煤体的压力；两帮通过高强度锚杆加固。能控制破碎区、塑性区的发展，增加两帮对顶板的支撑作用，提高巷道稳定性。本文涉及的研究是针对某矿业集团某矿的，在对该矿分层开采的巷道锚杆支护研究的基础上，探索巷道围岩稳定性控制技术途径，在解决某矿巷道支护的工程实际问题的同时，也想起到抛砖引玉的作用，可以多学习一些其他煤矿的先进理念和技术。一 围岩控制及锚杆支护理
7、论（一）围岩控制原理1下分层回采巷道围岩变形破坏特征厚煤层分层开采时，上分层工作面开采时，受到工作面前方移动支承压力的作用，工作面前方顶板、煤层及底板中的应力集中程度逐渐增大，最终使煤柱的破坏宽度加大，下分层煤体及部分底板岩层发生破坏，并且以剪切破坏为主。上分层工作面采完后，由于采空区压力急剧降低，水平应力向下分层煤体及底板岩层中转移。由于煤体抗拉强度较小，脆性大，在煤柱下集中的水平应力的作用下，下分层部分煤体逐渐丧失完整性，发生类似板的压弯溃折破坏，且以拉裂破坏为主，这种拉裂破坏主要集中在下分层煤体上部。因此上分层工作面开采后，下分层煤体已经遭受了严重的破坏，其结果是使下分层回采巷道围岩强度
8、降低，使其两帮维护困难。2支护结构与围岩相互作用原理巷道支护的基本原理是支护结构与围岩共同承载，促使围岩形成承载结构并尽可能地提高围岩承载能力，减小围岩的载荷效应，使支护结构受力最小。支护结构与围岩相互作用的结果，使围岩向巷道空间的收敛变形受到约束，围岩在支护力的作用下有控制的变形。支护力的大小，可以调节围岩变形、控制围岩塑性松弛范围，改变围岩应力分布状态，最终将影响围岩对支护结构的作用力。巷道围岩稳定与支护结构受力受到支护结构特性、支护时间和围岩条件等因素影响。由于受掘进、采动的影响，巷道原岩应力的平衡状态被破坏，巷道能否保持稳定，取决于围岩的物理力学性质和原岩应力的大小。对于坚硬的围岩，巷
9、道周围的集中应力小于围岩强度极限，巷道不用支护也能保持稳定;对于软弱的围岩，要保持巷道稳定，必须在充分利用围岩这一自承载结构的基础上，必须确定合理的支护形式，优化支护参数，以保持巷道稳定。3下分层巷道围岩控制的基本途径巷道围岩应力、围岩强度和支护状况是决定巷道围岩稳定性的三个基本要素。下分层煤层在再生胶结顶板条件下煤巷围岩松软、破碎，受采动影响后巷道变形量大。因此，如何尽可能的提高围岩应力，改善围岩力学特性，采用整体锚固结构支护方式，是下分层巷道围岩控制的基本途径。1、降低围岩应力措施可通过钻孔、切槽、爆破等人为的方法，使巷道附近的高支承压力转移到深部未受削弱的岩体内，从而达到使巷道周边围岩处
10、于低压区的目的。2、改善围岩力学特性措施（1）通过注浆、喷层、锚固等措施改变围岩的构造特征，提高其完整性，达到提高围岩强度的目的。（2）通过选择合理的巷道断面形状，来改变围岩的受力状态。（3）采取适当的支护方式，给巷道围岩提供必要的围压等措施。（二）锚杆支护理论围岩是一种天然的承载结构，在进行巷道支护时应尽可能的发挥并利用围岩这一天然特性。从前面支护围岩相互作用原理分析来看，在对巷道采取提高围岩应力，改变围岩力学特性等措施后，采取适当的支护措施对下分层巷道进行控制是十分必要的。通过合理的支护方式，使支护结构和围岩之间形成一种共同的承载结构，以提高围岩的承载能力，使支护结构受力最小。而锚杆作支护
11、为一种有效的巷道支护方式，在对巷道围岩强度强化，提高围岩稳定性，增加安全度，节约支护和维修费用方面，与传统的棚架支护方式相比，具有十分明显的优势。1锚杆支护分析下分层巷道其围岩一般为破碎矸石，两帮是已破坏的煤体，围岩应力水平低，锚杆的直接作用是对其锚固作用范围内的围岩提供轴向和径向的约束，轴向约束来自锚杆的轴向力，通过托板、杆体与孔壁间的作用力对巷道围岩施加围压，将围岩由单向、双向受力状态转化为双向、三向受力状态，径向约束主要表现为锚杆杆体和锚固剂所提供的抗剪能力，它增加了节理面间的摩擦力，限制了节理面的相对错动，改善了围岩弱面的力学性质。锚杆支护能显著提高下分层巷道围岩的残余强度和承载能力，
12、锚杆与锚固作用范围内的围岩构成一种组合型承载体，从而提高了围岩的整体性和稳定性。在对巷道顶板的支护中，锚杆以发挥悬吊整合加固作用为主，在锚杆及时主动的作用下，将破碎了的块体重新整合起来，通过提高节理裂隙间的摩擦力来限制块体的转动和滑动，以提高围岩强度，从而使锚杆作用范围内的围岩形成具有一定厚度并且具有一定承载能力的锚固承载层。锚杆的及时主动支护，有效的控制了顶板失稳。当巷道受到掘进、回采等因素影响时，巷道围岩变形急剧增加，围岩松动破坏范围进一步扩大，由于围岩应力状态重新分布，施加于锚固层的荷载增加，锚固承载层的稳定与否将决定巷道的稳定，由于巷道两帮的变形破坏主要是由于煤体内部松动和煤体沿层界面
13、被挤出而引起的，所以，在对巷道两帮的支护中，以控制煤体松动和被挤出为目的。两帮采用锚杆支护时，由锚固头与托板一起对煤帮施加锚固力。锚杆对煤体的作用力可分解为沿煤体内部剪切滑移面的切向力和法向力。切向力减小了剪切面上的剪应力，法向力增大了剪切面上的正应力，因而有利于控制两帮的剪切破坏，也有利于控制两帮煤体的松动。另外，由于锚杆杆体穿过剪切滑移面，锚杆杆体本身的强度可直接提供抗剪阻力，有助于减小煤体沿剪切滑移面的位移。由上式可看出，帮锚杆支护阻力增大，煤体的垂直应力显著增加，塑性区宽度将明显减小。因此，锚杆支护阻力增大，有利于提高围岩的稳定性。帮锚杆的作用在于控制浅部煤体的变形破坏，并形成具有一定
14、承载能力的锚固层。在一定的巷道围岩条件下，帮锚杆安装越及时，锚固力和预紧力越大，则对保持两帮的稳定性越好。2现有支护理论目前，较成熟的锚杆支护理论主要可归纳为三大类：1、基于锚杆的悬吊作用而提出的悬吊理论、减跨理论等；2、基于锚杆的挤压、加固作用提出的组合梁理论、组合拱理论以及楔固理论等；3、综合锚杆的各种作用而提出的松动圈支护理论、锚固体强度强化理论、锚注理论、整体锚固结构理论等。不同锚固理论具有不同的适用条件，应用时应根据具体围岩条件进行合理选择。（1）悬吊理论悬吊理论认为，巷道开挖以后，由于应力状态的改变，围岩中一定区域内将可能发生岩石的松动和破裂现象、或由于被裂隙切割的岩块因失去足够约
15、束而成为关键块体即出现危岩，此时锚杆的作用就是利用其抗拉能力将松软岩层或危岩悬吊于稳定岩层之上。该理论适用于锚杆长度范围内赋存有稳定岩层或稳定岩层结构的条件。（2）减跨理论减跨理论应包括两方面的内容：1、基于松散介质的自然冒落拱理论提出的锚杆作用原理，其依据是冒落拱高度与跨度成正比关系，认为利用锚杆的悬吊作用可增加顶板岩层的支点，从而减小支点间的跨距，进而达到降低冒落拱高度、减小所需支护强度的目的；2、基于梁或板的理论提出的锚杆作用原理，即当巷道顶板为层状岩层时，其变形特性近似于梁或板的性质，此时锚杆的作用是缩短梁或板的跨距，以减小其中因横力而产生的弯矩及因弯矩产生的弯曲应力，尤其是弯曲拉应力，从而提高顶板的稳定性。从以上两种情况可以看出，减跨理论中锚杆的作用机理以及适用条件等同于悬吊理论，即需要以稳定岩层或稳定岩层结构为依托。（3）组合梁理论组合梁理论适用于顶板由多层小厚度连续性岩层组成的巷道，其原理是通过锚杆的轴向作用力将顶板各分层夹紧，以增强各分层间的摩擦作用，并借助锚杆自身的横向承载能力提高顶板各分层间的抗剪切强度以及层间粘结程度，使各分层在弯矩作用下发生整体弯曲变形，呈现出组合梁的弯曲变形特征，从而提高顶板的抗弯刚度及强度。（4）挤压加固理论挤压加固理论适用
