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[摘 要]煤礦巷道埋深不断增加，特别是新建的大型矿井多在600-800m。深井巷道支护是当前重要的研究课题，本文就深井巷道稳定的因素、实例进行分析，并取得了一定的效果。但仍有一些问题需要深入研究，特别是理论和系统整合问题。
[关键词]深井；巷道；稳定；支护技术
中图分类号：TM113 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）23-0343-01
随着开采范围及开采强度的增加，浅部资源日益减少，开采深部资源已成为人类的必然选择，围岩软化现象明显，巷道变形严重，严重影响正常生产，显现典型的深部开采特征。对深部巷道围岩稳定控制的理论研究，首先需研究深部巷道的围岩分类方法与标准。可以说，深部开采首要的、关键的技术是巷道支护。而目前一般的巷道支护技术、支护材料与设备无法满足高地压巷道支护的要求。因此，在深入研究高地压巷道支护理论的基础上，开发研制支护材料与配套设备，为深部煤炭资源开采提供技术支持具有非常重要的意义。
1 深井巷道稳定因素
深井巷道的稳定与埋深、岩性、地质构造等因素有关。根据统计我国已探明的煤炭储量中，埋深在1000m以内的占32%，埋深在600～1000m的占26%，埋深>1000m的占42%.随开采力度的增加，浅部煤层每年以9%的速度递减，所以深井开采势在必行。
（1）围岩与岩体性质
围岩性质包括岩石性质和岩体性质。
①岩石性质
岩石性质直接影响围岩的整体性，包括密度、容重、孔隙度、吸水率、透水性、软化性、碎胀性、膨胀性和崩解性。更重要的是岩石的力学特性，集中体现在岩石的单轴抗压和抗拉强度，通常用普氏系数代表其强度特征。
②岩体性质
岩体可能有多种岩石组成，因此岩体是非均质性的非连续体。巷道周围的岩体称围岩，所以巷道的稳定不仅取决于岩石，更重要的是取决于岩体的结构、性质和分布形态。
（2）地质构造与地应力
地质构造主要影响是断层和褶曲，断层破碎带附近不仅造成岩体破碎、泥化、松散，而且地应力相对增大，特别是逆断层所造成的水平应力增加；褶曲中向斜和背斜的轴部应力增大，向斜的轴部尤其明显。
地应力是地质构造的原岩应力，随着埋深的增加，一般情况下垂直应力大，但在有些地段水平应力大于垂直应力。主应力方向对巷道稳定影响较大，当主应力方向与巷道掘进方向垂直时，围岩稳定性极差；主应力方向与巷道方向平行时稳定性较好。
（3）岩石物相与地下水
通过对岩石矿物成分物相分析，了解岩石中是否含有膨胀性物质成分，如蒙托石、伊利石、高岭石的含量超过一定指标会产生膨胀、流变或蠕变，特别是遇水后更加严重，使巷道变形失稳直至破坏。
（4）巷道布置与开挖顺序
两条巷道布置太近容易产生应力叠加，增加矿山压力，特别是后开挖的巷道应力峰值与先开挖的巷道一致时，巷道在高应力区难以支护。所以设计与施工要充分考虑应力变化范围和交互影响。
（5）支护结构形式与施工质量
支护结构形式和支护参数设计要充分考虑以上因素，对于矿山压力大的巷道，主要是提高支护强度，但对于破碎的围岩还应进行固结；对于膨胀性围岩进行应力释放，可考虑二次支护。
一个好的工程设计必须由认真的实施过程才能取得好的效果。施工工艺流程、材料、安装质量应严格按标准和操作程序执行。尤其要加强施工过程的自检，把好每一道工序和细节。
2 支护形式与参数确定的原则
（1）一次支护原则。
锚杆支护应尽量一次支护就能有效控制围岩变形，避免二次或多次支护。一方面，这是矿井实现高效、安全生产的要求，为采矿服务的巷道和硐室等工程，需要保持长期稳定，不能经常维修；另一方面，这是锚杆支护本身的作用原理决定的。巷道围岩一旦揭露立即进行锚杆支护效果最佳，而在已发生离层、破坏的围岩中安装锚杆，支护效果会受到显著影响。
（2）高预应力和预应力扩散原则。
预应力是锚杆支护中的关键因素，是区别锚杆支护是被动支护还是主动支护的参数，只有高预应力的锚杆支护才是真正的主动支护，才能充分发挥锚杆支护的作用。一方面，要采取有效措施给锚杆施加较大的预应力；另一方面，通过托板、钢带等构件实现锚杆预应力的扩散，扩大预应力的作用范围，提高锚固体的整体刚度与完整性。
（3）“三高一低”原则。
即高强度、高刚度、高可靠性与低支护密度原则。在提高锚杆强度（如加大锚杆直径或提高杆体材料的强度）、刚度（提高锚杆预应力、加长或全长锚固），保证支护系统可靠性的条件下，降低支护密度，减少单位面积上锚杆数量，提高掘进速度。
（4）相互匹配原则。
锚杆各构件，包括托板、螺母、钢带等的参数与力学性能应相互匹配，锚杆与锚索的参数与力学性能应相互匹配，以最大限度地发挥锚杆支护的整体支护作用。
（5）可操作性原则。
提供的锚杆支护设计应具有可操作性，有利于井下施工管理和掘进速度的提高。
（6）在保证巷道支护效果和安全程度，技术上可行、施工上可操作的条件下，做到经济合理，有利于降低巷道支护综合成本。
3 巷道支护设计
锚杆形式和规格：杆体为直径φ22mm的左旋无纵筋螺纹钢筋，钢号400#，长度2.4m，杆尾螺纹为M24。
锚固方式：树脂加长锚固，采用两支锚固剂，一支规格为MSCK2360，一支规格为MSK2380，理论锚固长度1928mm，钻孔直径为28mm。
锚杆配件：采用高强锚杆螺母M24×3，配合高强托板调心球垫和尼龙垫圈，托盘采用拱型高强度托盘，规格为150×150×10mm，承载能力不低于217kN。
W钢带规格：采用W钢带护顶，钢带宽280mm，厚度3mm，长度4200mm。
网片规格：采用菱形金属网护顶，网孔规格50×50mm，网片规格4700×1100mm。
锚杆角度：全部垂直巷道顶板打设，两边角锚杆与顶板垂直方向最大角度不超过100
锚杆布置：锚杆排距1000mm，每排5根锚杆，间距1000mm。
锚杆预紧力矩：≥300N.m。
锚索形式和规格：公称直径φ22mm，1 19股高强度低松弛预应力钢绞线，长度5300mm，钻孔直径30mm，采用1支MSCK2360和2支MSK2380树脂药卷锚固，理论锚固长度2800mm；锚索托板规格：300×300×16mm型拱形高强度托板，及配套锁具。锚索布置：采用二二布置，每隔2.0m布置两根，间距2000mm，垂直顶板岩层安装。锚索预紧力：200kN。
4 应用效果
通过观察，实验巷道中原支护方案顶底板移近量为30mm，两帮移近量为170mm，围岩变形还在继续增加。新设计方案的顶底板移近量为40mm，两帮移近量为120mm，巷道围岩变形基本稳定。在施工后的两年内，回风下山巷道经受了两个回采工作面的动压影响，新支护设计方案巷道段没有维修，而原支护设计方案巷道段已经维修1次。
5 结论
深井巷道围岩应力大，围岩破坏严重，加大了支护的困难，采用大直径、高强度、树脂锚杆能有效的增加锚杆的锚固力，改善围岩的力学性能，从而维护好巷道。深部巷道围岩破坏的主要方式是支护体失效，是由围岩表面破裂范围扩大而破坏。所以，支护设计应以护顶（帮）、降低围岩破裂范围为主。加大锚杆长度与关键部位的支护强度，可有效控制围岩破裂范围
参考文献
[1] 孙晓明，何满潮，冯增强等.深部松软破碎煤层巷道锚网索支护技术研究[J].煤炭科学技术，2005，33（3）：47-50.
[2] 李桂臣，张农，刘召辉等.煤巷预应力桁架锚杆支护技术[J].采矿与安全工程学报，2007，24（2）：150-154
作者简介
穆兵（197404-），安徽淮南人，2011年1月毕业于安徽能源技术学校，主要从事矿井支护等工作。
[关键词]深井；巷道；稳定；支护技术
中图分类号：TM113 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）23-0343-01
随着开采范围及开采强度的增加，浅部资源日益减少，开采深部资源已成为人类的必然选择，围岩软化现象明显，巷道变形严重，严重影响正常生产，显现典型的深部开采特征。对深部巷道围岩稳定控制的理论研究，首先需研究深部巷道的围岩分类方法与标准。可以说，深部开采首要的、关键的技术是巷道支护。而目前一般的巷道支护技术、支护材料与设备无法满足高地压巷道支护的要求。因此，在深入研究高地压巷道支护理论的基础上，开发研制支护材料与配套设备，为深部煤炭资源开采提供技术支持具有非常重要的意义。
1 深井巷道稳定因素
深井巷道的稳定与埋深、岩性、地质构造等因素有关。根据统计我国已探明的煤炭储量中，埋深在1000m以内的占32%，埋深在600～1000m的占26%，埋深>1000m的占42%.随开采力度的增加，浅部煤层每年以9%的速度递减，所以深井开采势在必行。
（1）围岩与岩体性质
围岩性质包括岩石性质和岩体性质。
①岩石性质
岩石性质直接影响围岩的整体性，包括密度、容重、孔隙度、吸水率、透水性、软化性、碎胀性、膨胀性和崩解性。更重要的是岩石的力学特性，集中体现在岩石的单轴抗压和抗拉强度，通常用普氏系数代表其强度特征。
②岩体性质
岩体可能有多种岩石组成，因此岩体是非均质性的非连续体。巷道周围的岩体称围岩，所以巷道的稳定不仅取决于岩石，更重要的是取决于岩体的结构、性质和分布形态。
（2）地质构造与地应力
地质构造主要影响是断层和褶曲，断层破碎带附近不仅造成岩体破碎、泥化、松散，而且地应力相对增大，特别是逆断层所造成的水平应力增加；褶曲中向斜和背斜的轴部应力增大，向斜的轴部尤其明显。
地应力是地质构造的原岩应力，随着埋深的增加，一般情况下垂直应力大，但在有些地段水平应力大于垂直应力。主应力方向对巷道稳定影响较大，当主应力方向与巷道掘进方向垂直时，围岩稳定性极差；主应力方向与巷道方向平行时稳定性较好。
（3）岩石物相与地下水
通过对岩石矿物成分物相分析，了解岩石中是否含有膨胀性物质成分，如蒙托石、伊利石、高岭石的含量超过一定指标会产生膨胀、流变或蠕变，特别是遇水后更加严重，使巷道变形失稳直至破坏。
（4）巷道布置与开挖顺序
两条巷道布置太近容易产生应力叠加，增加矿山压力，特别是后开挖的巷道应力峰值与先开挖的巷道一致时，巷道在高应力区难以支护。所以设计与施工要充分考虑应力变化范围和交互影响。
（5）支护结构形式与施工质量
支护结构形式和支护参数设计要充分考虑以上因素，对于矿山压力大的巷道，主要是提高支护强度，但对于破碎的围岩还应进行固结；对于膨胀性围岩进行应力释放，可考虑二次支护。
一个好的工程设计必须由认真的实施过程才能取得好的效果。施工工艺流程、材料、安装质量应严格按标准和操作程序执行。尤其要加强施工过程的自检，把好每一道工序和细节。
2 支护形式与参数确定的原则
（1）一次支护原则。
锚杆支护应尽量一次支护就能有效控制围岩变形，避免二次或多次支护。一方面，这是矿井实现高效、安全生产的要求，为采矿服务的巷道和硐室等工程，需要保持长期稳定，不能经常维修；另一方面，这是锚杆支护本身的作用原理决定的。巷道围岩一旦揭露立即进行锚杆支护效果最佳，而在已发生离层、破坏的围岩中安装锚杆，支护效果会受到显著影响。
（2）高预应力和预应力扩散原则。
预应力是锚杆支护中的关键因素，是区别锚杆支护是被动支护还是主动支护的参数，只有高预应力的锚杆支护才是真正的主动支护，才能充分发挥锚杆支护的作用。一方面，要采取有效措施给锚杆施加较大的预应力；另一方面，通过托板、钢带等构件实现锚杆预应力的扩散，扩大预应力的作用范围，提高锚固体的整体刚度与完整性。
（3）“三高一低”原则。
即高强度、高刚度、高可靠性与低支护密度原则。在提高锚杆强度（如加大锚杆直径或提高杆体材料的强度）、刚度（提高锚杆预应力、加长或全长锚固），保证支护系统可靠性的条件下，降低支护密度，减少单位面积上锚杆数量，提高掘进速度。
（4）相互匹配原则。
锚杆各构件，包括托板、螺母、钢带等的参数与力学性能应相互匹配，锚杆与锚索的参数与力学性能应相互匹配，以最大限度地发挥锚杆支护的整体支护作用。
（5）可操作性原则。
提供的锚杆支护设计应具有可操作性，有利于井下施工管理和掘进速度的提高。
（6）在保证巷道支护效果和安全程度，技术上可行、施工上可操作的条件下，做到经济合理，有利于降低巷道支护综合成本。
3 巷道支护设计
锚杆形式和规格：杆体为直径φ22mm的左旋无纵筋螺纹钢筋，钢号400#，长度2.4m，杆尾螺纹为M24。
锚固方式：树脂加长锚固，采用两支锚固剂，一支规格为MSCK2360，一支规格为MSK2380，理论锚固长度1928mm，钻孔直径为28mm。
锚杆配件：采用高强锚杆螺母M24×3，配合高强托板调心球垫和尼龙垫圈，托盘采用拱型高强度托盘，规格为150×150×10mm，承载能力不低于217kN。
W钢带规格：采用W钢带护顶，钢带宽280mm，厚度3mm，长度4200mm。
网片规格：采用菱形金属网护顶，网孔规格50×50mm，网片规格4700×1100mm。
锚杆角度：全部垂直巷道顶板打设，两边角锚杆与顶板垂直方向最大角度不超过100
锚杆布置：锚杆排距1000mm，每排5根锚杆，间距1000mm。
锚杆预紧力矩：≥300N.m。
锚索形式和规格：公称直径φ22mm，1 19股高强度低松弛预应力钢绞线，长度5300mm，钻孔直径30mm，采用1支MSCK2360和2支MSK2380树脂药卷锚固，理论锚固长度2800mm；锚索托板规格：300×300×16mm型拱形高强度托板，及配套锁具。锚索布置：采用二二布置，每隔2.0m布置两根，间距2000mm，垂直顶板岩层安装。锚索预紧力：200kN。
4 应用效果
通过观察，实验巷道中原支护方案顶底板移近量为30mm，两帮移近量为170mm，围岩变形还在继续增加。新设计方案的顶底板移近量为40mm，两帮移近量为120mm，巷道围岩变形基本稳定。在施工后的两年内，回风下山巷道经受了两个回采工作面的动压影响，新支护设计方案巷道段没有维修，而原支护设计方案巷道段已经维修1次。
5 结论
深井巷道围岩应力大，围岩破坏严重，加大了支护的困难，采用大直径、高强度、树脂锚杆能有效的增加锚杆的锚固力，改善围岩的力学性能，从而维护好巷道。深部巷道围岩破坏的主要方式是支护体失效，是由围岩表面破裂范围扩大而破坏。所以，支护设计应以护顶（帮）、降低围岩破裂范围为主。加大锚杆长度与关键部位的支护强度，可有效控制围岩破裂范围
参考文献
[1] 孙晓明，何满潮，冯增强等.深部松软破碎煤层巷道锚网索支护技术研究[J].煤炭科学技术，2005，33（3）：47-50.
[2] 李桂臣，张农，刘召辉等.煤巷预应力桁架锚杆支护技术[J].采矿与安全工程学报，2007，24（2）：150-154
作者简介
穆兵（197404-），安徽淮南人，2011年1月毕业于安徽能源技术学校，主要从事矿井支护等工作。