[摘 要]由于复合顶板巷道支护一直是国内外煤矿安全生产过程中的大问题，复合顶板巷道支护的不安全不仅会给井下作业者带来安全隐患，更会对矿业集团等带来不可估量的损失，复合顶板巷道支护的研究刻不容缓。基于此，人们通过不断研究，用理论分析结合工程实践对复合顶板巷道支护的破坏机理及相应的锚杆支护技术进行了研究，并提出了一系列的改进措施。
　　[关键词]复合顶板；破坏机理；锚杆支护技术
　　中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）26-0269-01
　　锚杆主动支护作用不佳和复合顶板各岩层间的节裂，会使复合项板的初期离层量加大，变形量加大，恶化顶板的稳定性，最终导致复合顶板被破坏的不良后果。经过人们大量经验总结及研究的分析汇总，依靠提高锚杆的预紧力，充分发挥锚杆的主动支护作用，加大系统保护地表的力度，增大锚支护强度，可以有效提高复合顶板的抗变形破坏能力。
　　1、复合顶板变形破坏的力学机理
　　由于煤系地层的主要结构是层状沉积岩层，是一种较常见的岩层赋存形态广泛分布于煤矿中。复合顶板由多层节理和裂隙发育的软弱煤岩层相间构成，各岩层之间黏结力极差，由于总的软弱煤岩层相间厚度超过锚杆长度导致复合岩层易离层甚至破坏，发生由下至上的分层冒落。
　　在矿上作业巷道挖掘的过程中，顶底板受到垂直、水平和自身重力的综合作用，会出现应力降低范围较大的卸压区域，由于岩石的抗拉强度远小于抗压强度，再加上复合顶板自身具备的特殊性，都会造成因无力承担拉伸而导致被破坏的后果。巷道两帮是垂直应力的增高区域，在巷道开掘后，往往导致顶板与两帮的帮角产生单一主应力的集中，这种纯剪应力会在顶板的表面产生塑性区域，使巷道帮角处更易被破坏，产生挠曲下沉，地质弱面各岩层之间离层不连续等后果。在不断的力的作用下，发生大变形并逐渐破碎冒落最终导致复合顶板各岩层由下至上的逐级垮落。
　　2、架棚支护时复合顶板的变形破坏机理分析
　　经过试验分析，巷道在进行架棚支护时，由于围岩的自承能力无法得到补充，顶板会在初期发生显著的变形，随着这种变形的持续加大，架棚的支护才会缓慢增加。这种因果关系不能约束初期复合顶板的挠曲下沉，更违背了人们期望以架棚支护的手段对复合顶板进行保护的初衷。
　　我国在煤矿复合顶板支护技术应用的初期，广泛采用的是11号矿工钢棚支护，但工字钢顶梁与巷道围岩表面之间存在间隙，使得架棚支护悬空缺乏初撑力，受到综合作用后会进入塑性屈服状态，导致多数工字钢棚压弯甚至失去支撑作用，继而破坏复合顶板的形状。严重变形的复合顶板存在安全隐患，并不能满足生产的需要。所以，在水平力、垂直应力和自身重力的作用下，想要单纯依靠工字钢棚的有限支护达到控制围岩的持续变形的结果，显然是不实际的。
　　3、锚杆支护时复合顶板的矿压显现特征分析
　　在煤矿复合顶板巷道开掘后，往往会进行二次架棚支护，由于架棚支护无法达到人们的预期，锚杆支护应运而生。但因为裸露的泥岩直接与空气接触，会加快复合顶板处岩层的风化及破碎的速度，不得已又需要加大复合顶板的网兜数量继而又不得不放下部分悬矸。这样的做法会导致锚杆托盘的悬空，锚杆支护失效部分锚索拉断，成为巷道中冒顶发生的高危区域。虽然这种方法增加了支护难度和维护的成本，可顶板下沉量的持续增大现象却仍未改善，大多数工字钢棚被压弯，失去支护作用，继而影响复合顶板的稳定性。
　　为检测锚杆支护对复合顶板稳定性提高的影响，人们在巷道中安装顶锚杆液压枕进行验，可即便是施加人工预紧后，液压枕读数也基本未变。经分析，造成这样结果的原因应该是巷锚杆施工质量差，金属菱形网护表面积较小，巷锚杆被动支护自身预紧力偏低，泥岩顶板破碎直接导致锚杆托盘悬空。锚杆支护的效果差导致锚杆巷道自身变形大和复合顶板初期下沉大的结果，给生产带来安全隐患.
　　4、复合顶板的锚杆支护技术分析
　　经过以上的分析得知有效控制复合顶板的早期离层下沉是确保复合顶板实现支护最主要的部分。要实现保护复合顶板的目标需要在巷道掘进施工过程中，充分发挥锚杆的主动支护；在巷道开掘完成后及时进行二次支护，缩短顶板与空气的有效接触时间；以w钢带和钢筋网对锚杆施加较大的预紧力，提高复合顶板整体强度和抗弯刚度，加大对复合顶板下沉的约束力，阻止岩层间发生离层与悬空状态。
　　通过提高锚索的预紧力可以控制岩层间发生离层现象，继而避免顶板整体下沉变形甚至是冒顶的风险。利用锚索高破断力对易破碎掉落的岩层进行有效悬吊，防止顶板下沉和深部离层，增强支护系统稳定性。选用表面积大的抗弯度强的w钢带和表面积大的高强度钢筋网，在改进预紧工艺的同时用预紧效果较好的风动扭矩放大器和风动扭矩扳手加强锚索支护的强度及稳固度，限制复合顶板表面的持续破碎掉矸状况，将可能破碎掉落的岩层向顶板更深层次较稳定的老岩进行有效的悬吊，避免锚杆托盘悬空、锚杆失效、复合顶板的离层、变形给安全生产带来的隐患。
　　5、复合顶板的破坏机理与锚杆支护技术在工程上的实践应用
　　单纯使用架棚支护和锚杆支护无法实现矿井作业对复合顶板的要求，所以人们总结经验，结合架棚支护和锚杆支护的优缺点、复合顶板变形破坏机理以及锚杆支护技术分析，提出了有效保护复合顶板建议，选用表面积大的抗弯度强的W钢带和表面积大的高强度钢筋网，用预紧效果较好的风动扭矩放大器和风动扭矩扳手加强锚索支护的强度及稳固度。经过试验，即便是维持原来的锚索规格，也不会发生杆托盘松托悬空的情况。复合顶板表面的破碎状况得到较大改善，巷道围岩稳定性增强离层量大幅降低，锚杆支护系统取得了良好的支护效果，保证了复合顶板的稳固性能，提高了生产的安全性。
　　结论
　　基于复合顶板的一系列研究，人们已经明确支护不力是导致复合顶板变形破坏的主要原因。由于矿井作业在挖掘的过程中会存在顶板初期离层量大，下沉量大，稳定性差等不良后果，加之岩层节理裂隙发育，岩层间缺乏黏结力，顶板会发生迅速的离层和下沉，最终破坏复合顶板整体性，导致不良后果发生。
　　要充分发挥锚杆支护的主动支护作用，需对复合顶板进行一系列的保护措施，可以选用一系列有效措施，如选取表面积大的抗弯度强的W钢带和表面积大的高强度钢筋网代替比较传统的材料；用预紧效果较好的风动扭矩放大器和风动扭矩扳手加强锚索支护的强度及稳固度，提高复合顶板的平整性；保证三个作用力的均衡分布，适当增加锚索支护的密度，分散拉力，有效遏制锚索断裂事件的发生。在复合顶板巷道挖掘过程中，通过严密控制复合顶板的变形，改进新方案进行锚杆固定增强其稳定性，可以有效地解决复合顶板支护问题。
　　我国的矿井作业在复合顶板巷道支护问题上已经进行了从棚式支护到锚杆支护的转变，然而在矿道开掘后一旦遭遇比较典型的复合顶板时，复合顶板持续变形下沉，个别地段发生冒顶事故都是时有发生的事情，即使加入新的科技手段采取挑顶、架棚二次支护等措施对锚杆进行支护，也并不能保证在所有的情况下都取得良好的支护效果。如何避免复合顶板给矿井安全生产造成严重影，如何保护矿下作业人员的生命财产安全，如何在提高矿井单进水平之后有效降低巷道的维护费用，取得良好的技术及经济效益，需要人们不断地探索和研究。