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[摘要]通过研究锚杆作用原理和顶板破坏机理，提出锚杆加锚索联合支护理论，以解决复合顶板的支护难题。并通过实际应用说明了联合支护的优越性。认为复合顶板的锚杆、锚索联合支护基本上解决了复合顶板的强度低、变形量大、稳定性差等支护难题。
[关键词]复合顶板 锚杆支护 联合支护
[中图分类号] TD82 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-9-259-1
在煤矿生产中，锚杆支护被广泛应用，其优越性非常突出，但在煤层埋深较大的矿井生产过程中，对于低强度复合顶板的锚杆支护一直是施工的难题。随着时间的推移，锚杆支护的巷道顶板，先是局部失稳，最后大面积失稳，巷道要进行二次支护，而且在回采过程中要多次修护，给矿井造成大量人力、物力、财力的损失。因此，解决复合顶板的锚杆支护问题势在必行。
1巷道顶板破坏的一般过程
巷道顶板受压→顶板岩层局部弯屈变形→节理弱面发生破坏→顶板弯曲离层→巷道顶板变形破坏。
2顶板破坏的机理
一般认为，巷道顶板是由于施工后失去支承而出现弯曲下沉。在顶板中产生弯曲拉应力。由于岩石抗拉强度很低，所以造成顶板拉伸破坏。但实际上。围岩先是受压而发生形变，锚固平衡拱内岩石由弹性体转变为破坏松动体，使锚杆丧失加强锚固平衡拱的作用，导致围岩破坏。随着锚固岩体的变形、离层和弯曲.巷道顶部锚杆始终受力。锚杆的长度、刚性越大，受力越大。锚杆受力达到强度极限而破坏，从而导致巷道顶板破坏。
3采取的对策
建新煤矿采用锚杆支护的方式已有很长的时间，也曾多次修正支护参数.但只是从锚杆作用的角度来不断提高杆体强度。实践证明，这无法阻止巷道顶板的破坏。锚杆支护的设计不应单纯从提高支护体强度的角度来考虑，而应从对破坏岩石（煤壁）的加固、阻止围岩继续松动和提高松动体自稳性的角度来考虑，既要突出锚杆支护的优越性，又能使复合顶板的支护效果得以保证，从而达到巷道顶板支护的效果。
3.1初期锚杆支护
既然锚杆支护无法阻止深层岩体的松动，也就无需特别提高顶板支护体强度，只需把锚杆的延展性、高抗拉强度、抗剪强度的优越性发挥出来。利用全长锚固高强螺纹钢锚杆支护，可满足复合顶板下部岩层的锚固，形成初期支护阶段的顶板挤压加固平衡状态。
3.2锚索形成稳定承载体
锚索锚固点处在松动圈之外，钢绞线锚索有很好的延展性和抗拉强度.使锚索形成的锚固岩体在巷道顶板形成结构稳定的承载体。同时锚索布置在两排锚杆之间。增加了支护的密度，锚索与锚杆相同的高延展性、高强度进一步提高了承载体的强度、塑性和抗弯曲破坏能力，提高了承载体的自稳能力，使锚杆的组合梁作用与锚索的悬吊作用有机结合，从而保证了巷道顶板支护的效果。
4锚索联合支护的应用
4.1工程概况
建新煤矿在4103综采工作面运输巷采用锚杆锚索联合支护，取得了明显的效果。4103综采工作面运输巷设计长度为1470 m。巷道规格为：净宽X净高=5.5 m×3.0m。4103工作面运输巷、4104工作面运输巷，采用锚网、钢带锚索支护，顶板采用钢带锚索支护，帮部采用锚网支护。顶部加固锚索采用Φ20×2500mm锚杆，树脂锚固剂2个Z2360，预紧力120KN，排距900mm，布置方式0-6-6-0，控顶锚索采用Φ21.8×8000mm钢绞线，树脂锚固剂3个Z2360，安设Φ21.8配套预警让压环，型号HTCYH21.8，预紧力150KN，排距2700mm，布置方式4-0-0-4；顶部网片采用Φ6mm钢筋焊接，网目100mm×100mm，规格1000mm×2000mm，压边搭接，联网间距100mm；控顶锚索采用矿用T型钢带，型号T140×4600/4，加固锚索采用矿用T型钢带，型号T100×4600/4。帮部采用螺纹钢锚杆，直径为18mm，锚杆长2000mm，间排距600mm×600mm，梅花形布置；帮部网片采用12#铁丝菱形网，网目40mm×40mm，规格1200mm×3000mm，压边搭接；
4.2巷道围岩特征
工作面长1470m，煤厚3.0～8.5m，平均厚8.2m，煤层倾角1°～3°，平均为2°。4-2煤层伪顶岩性为泥岩，直接顶岩性为砂岩，老顶为粉砂岩。
4.3顶板支护平面布置图及监测仪器布置
顶板采用钢带锚索支护，帮部采用锚网支护。顶部加固锚索采用Φ20×2500mm锚杆，树脂锚固剂2个Z2360，预紧力120KN，排距900mm，布置方式0-6-6-0，控顶锚索采用Φ21.8×8000mm钢绞线，树脂锚固剂3个Z2360，安设Φ21.8配套预警让压环，型号HTCYH21.8，预紧力150KN，排距2700mm，布置方式4-0-0-4；顶部网片采用Φ6mm钢筋焊接，网目100mm×100mm，规格1000mm×2000mm，压边搭接，联网间距100mm；控顶锚索采用矿用T型钢带，型号T140×4600/4，加固锚索采用矿用T型钢带，型号T100×4600/4。附：4103运输巷顺槽顶板锚索布置图。监测仪器布置：根据巷道围岩情况。顶板离层仪每50m一站。全程设置，设置深度为浅基点2.5m，深基点6.0m，进行记录检测。从上述顶板离层监测可以看出，锚杆支护的巷道顶板离层在巷道掘出10 d后开始发生，随后趋于稳定。锚索联合支护的巷道顶板离层在道掘出15 d后才开始发生，随后趋于稳定，并呈现渐增特征。锚固区内离层在巷道掘出15～45 d内达到最大。最大离层量为10mm；而锚固区外离层在巷道掘出45 d后才基本趋于稳定，最大离层量为15mm。从上述顶板离层监测还可以发现，锚索联合支护的巷道顶板离层无论锚固区内还是锚固区外都明显小于锚杆支护的巷道顶板离层。由此说明锚索联合支护对复合顶板具有足够的预紧力，使巷道顶板形成一个整体结构。提高围岩自身承载能力，较好地控制巷道围岩的变形，满足安全生产的需要。
5技术效果及经济效益分析
4103综采工作面运输巷断面较大，顶板岩层中等稳定，原可供选择的方案除采用锚杆、锚索联合支护外还包括采用架設金属工字钢棚支护及锚网支护.后经技术论证决定采用锚杆加锚索联合支护，相比后两个方案，其综合经济技术效果是明显的。技术效果方面：一是锚索联合支护能充分发挥岩体自身承载能力.保持岩体的完整性，巷道在使用过程中只发生局部帮部位移和轻微底鼓，巷道维修量很小，大大减小了巷修投入。二是大大降低了支护工作和后期维修劳动强度.综采工作面在回采过程中也无需进行回收和转运支护品，减少了回收费用。杜绝了转运过程中安全事故的发生。三是有利于开展机械化施工，加快施工进度。
经济效益方面：与采用工字钢棚支护相比，共节省钢材700余吨；和锚网支护相比，虽然材料费用略高一些，但后期的维护费用却大大降低。综合上述几方面费用分析，锚杆加锚索联合支护较架设金属工字钢棚支护百米巷道可节省综合费用10万余元，与锚网支护相比可节省综合费用50%以上。
实践证明，采用锚杆加锚索联合支护充分发挥了锚杆支护的优点。基本上解决了复合顶板强度低、易离层、稳定性差等支护难题，保证了煤巷快速、高效、安全施工。
[关键词]复合顶板 锚杆支护 联合支护
[中图分类号] TD82 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-9-259-1
在煤矿生产中，锚杆支护被广泛应用，其优越性非常突出，但在煤层埋深较大的矿井生产过程中，对于低强度复合顶板的锚杆支护一直是施工的难题。随着时间的推移，锚杆支护的巷道顶板，先是局部失稳，最后大面积失稳，巷道要进行二次支护，而且在回采过程中要多次修护，给矿井造成大量人力、物力、财力的损失。因此，解决复合顶板的锚杆支护问题势在必行。
1巷道顶板破坏的一般过程
巷道顶板受压→顶板岩层局部弯屈变形→节理弱面发生破坏→顶板弯曲离层→巷道顶板变形破坏。
2顶板破坏的机理
一般认为，巷道顶板是由于施工后失去支承而出现弯曲下沉。在顶板中产生弯曲拉应力。由于岩石抗拉强度很低，所以造成顶板拉伸破坏。但实际上。围岩先是受压而发生形变，锚固平衡拱内岩石由弹性体转变为破坏松动体，使锚杆丧失加强锚固平衡拱的作用，导致围岩破坏。随着锚固岩体的变形、离层和弯曲.巷道顶部锚杆始终受力。锚杆的长度、刚性越大，受力越大。锚杆受力达到强度极限而破坏，从而导致巷道顶板破坏。
3采取的对策
建新煤矿采用锚杆支护的方式已有很长的时间，也曾多次修正支护参数.但只是从锚杆作用的角度来不断提高杆体强度。实践证明，这无法阻止巷道顶板的破坏。锚杆支护的设计不应单纯从提高支护体强度的角度来考虑，而应从对破坏岩石（煤壁）的加固、阻止围岩继续松动和提高松动体自稳性的角度来考虑，既要突出锚杆支护的优越性，又能使复合顶板的支护效果得以保证，从而达到巷道顶板支护的效果。
3.1初期锚杆支护
既然锚杆支护无法阻止深层岩体的松动，也就无需特别提高顶板支护体强度，只需把锚杆的延展性、高抗拉强度、抗剪强度的优越性发挥出来。利用全长锚固高强螺纹钢锚杆支护，可满足复合顶板下部岩层的锚固，形成初期支护阶段的顶板挤压加固平衡状态。
3.2锚索形成稳定承载体
锚索锚固点处在松动圈之外，钢绞线锚索有很好的延展性和抗拉强度.使锚索形成的锚固岩体在巷道顶板形成结构稳定的承载体。同时锚索布置在两排锚杆之间。增加了支护的密度，锚索与锚杆相同的高延展性、高强度进一步提高了承载体的强度、塑性和抗弯曲破坏能力，提高了承载体的自稳能力，使锚杆的组合梁作用与锚索的悬吊作用有机结合，从而保证了巷道顶板支护的效果。
4锚索联合支护的应用
4.1工程概况
建新煤矿在4103综采工作面运输巷采用锚杆锚索联合支护，取得了明显的效果。4103综采工作面运输巷设计长度为1470 m。巷道规格为：净宽X净高=5.5 m×3.0m。4103工作面运输巷、4104工作面运输巷，采用锚网、钢带锚索支护，顶板采用钢带锚索支护，帮部采用锚网支护。顶部加固锚索采用Φ20×2500mm锚杆，树脂锚固剂2个Z2360，预紧力120KN，排距900mm，布置方式0-6-6-0，控顶锚索采用Φ21.8×8000mm钢绞线，树脂锚固剂3个Z2360，安设Φ21.8配套预警让压环，型号HTCYH21.8，预紧力150KN，排距2700mm，布置方式4-0-0-4；顶部网片采用Φ6mm钢筋焊接，网目100mm×100mm，规格1000mm×2000mm，压边搭接，联网间距100mm；控顶锚索采用矿用T型钢带，型号T140×4600/4，加固锚索采用矿用T型钢带，型号T100×4600/4。帮部采用螺纹钢锚杆，直径为18mm，锚杆长2000mm，间排距600mm×600mm，梅花形布置；帮部网片采用12#铁丝菱形网，网目40mm×40mm，规格1200mm×3000mm，压边搭接；
4.2巷道围岩特征
工作面长1470m，煤厚3.0～8.5m，平均厚8.2m，煤层倾角1°～3°，平均为2°。4-2煤层伪顶岩性为泥岩，直接顶岩性为砂岩，老顶为粉砂岩。
4.3顶板支护平面布置图及监测仪器布置
顶板采用钢带锚索支护，帮部采用锚网支护。顶部加固锚索采用Φ20×2500mm锚杆，树脂锚固剂2个Z2360，预紧力120KN，排距900mm，布置方式0-6-6-0，控顶锚索采用Φ21.8×8000mm钢绞线，树脂锚固剂3个Z2360，安设Φ21.8配套预警让压环，型号HTCYH21.8，预紧力150KN，排距2700mm，布置方式4-0-0-4；顶部网片采用Φ6mm钢筋焊接，网目100mm×100mm，规格1000mm×2000mm，压边搭接，联网间距100mm；控顶锚索采用矿用T型钢带，型号T140×4600/4，加固锚索采用矿用T型钢带，型号T100×4600/4。附：4103运输巷顺槽顶板锚索布置图。监测仪器布置：根据巷道围岩情况。顶板离层仪每50m一站。全程设置，设置深度为浅基点2.5m，深基点6.0m，进行记录检测。从上述顶板离层监测可以看出，锚杆支护的巷道顶板离层在巷道掘出10 d后开始发生，随后趋于稳定。锚索联合支护的巷道顶板离层在道掘出15 d后才开始发生，随后趋于稳定，并呈现渐增特征。锚固区内离层在巷道掘出15～45 d内达到最大。最大离层量为10mm；而锚固区外离层在巷道掘出45 d后才基本趋于稳定，最大离层量为15mm。从上述顶板离层监测还可以发现，锚索联合支护的巷道顶板离层无论锚固区内还是锚固区外都明显小于锚杆支护的巷道顶板离层。由此说明锚索联合支护对复合顶板具有足够的预紧力，使巷道顶板形成一个整体结构。提高围岩自身承载能力，较好地控制巷道围岩的变形，满足安全生产的需要。
5技术效果及经济效益分析
4103综采工作面运输巷断面较大，顶板岩层中等稳定，原可供选择的方案除采用锚杆、锚索联合支护外还包括采用架設金属工字钢棚支护及锚网支护.后经技术论证决定采用锚杆加锚索联合支护，相比后两个方案，其综合经济技术效果是明显的。技术效果方面：一是锚索联合支护能充分发挥岩体自身承载能力.保持岩体的完整性，巷道在使用过程中只发生局部帮部位移和轻微底鼓，巷道维修量很小，大大减小了巷修投入。二是大大降低了支护工作和后期维修劳动强度.综采工作面在回采过程中也无需进行回收和转运支护品，减少了回收费用。杜绝了转运过程中安全事故的发生。三是有利于开展机械化施工，加快施工进度。
经济效益方面：与采用工字钢棚支护相比，共节省钢材700余吨；和锚网支护相比，虽然材料费用略高一些，但后期的维护费用却大大降低。综合上述几方面费用分析，锚杆加锚索联合支护较架设金属工字钢棚支护百米巷道可节省综合费用10万余元，与锚网支护相比可节省综合费用50%以上。
实践证明，采用锚杆加锚索联合支护充分发挥了锚杆支护的优点。基本上解决了复合顶板强度低、易离层、稳定性差等支护难题，保证了煤巷快速、高效、安全施工。