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【摘 要】本文结合金能煤矿煤巷锚杆支护的以往经验，分析了影响煤巷锚杆支护安全的主要因素，并提出了如何提高煤巷锚杆支护稳定性的具体措施，对类似条件下巷道支护方案的确定具有一定的参考价值。
【关键词】煤巷；支护技术；失稳；控制效果
在当前的煤矿巷道掘进工序中，煤巷锚杆以其支护与加固两种功能成为支护技术中的重要形式。文章以金能煤矿某工作面机巷为工程背景，就锚杆锚固力在煤巷围岩中的支护作用进行了深入探讨。通过对该巷道原有支护设计进行分析，进而提出了巷道锚杆支护优化设计方案，对类似巷道锚杆支护具有一定的参考意义。
1.大断面巷道失稳分析
金能煤矿某工作面机巷是采用锚杆支护的大断面巷道，工作面推进至机巷距1#联络巷向里222～236m处时（距工作面开切眼536m），巷道发生冒顶，冒顶长度14m，冒落体积达236.9m3，从现场冒落情况来看，巷道离层主要发生在距离巷道顶板约2m处的煤岩结合面，冒落处出现锚杆、锚索组合构件被剪断、压穿等现象，冒落处附近的多处帮锚杆支护出现穿透托板失效现象。
1.1巷道顶底板岩性及原支护设计
顶底板岩性：巷道伪顶为泥岩、炭质泥岩，厚度0.12～0.79m。直接顶为中粗砂岩，厚度2.84～5.12m，平均厚度3.86m，单向抗压强度144～246kg/cm2，抗拉强度10～24kg/cm2，属中等易冒落较稳定岩层。底板以细粒砂岩和粉砂岩为主，岩石较完整，节理、裂隙不太发育。细粒砂岩单向抗压强度151～572kg/cm2，粉砂岩267kg/cm2，抗拉强度11kg/cm2，属中等较稳定岩层。
巷道原支护设计：机巷设计断面为异矩形，沿二煤顶板掘进，巷道宽度5200mm，巷道中高3500mm，断面积为18.2m2，采用锚杆、挂网、锚索联合支护。顶部采用Φ20mm×2300mm螺纹钢锚杆支护，间排距900mm×850mm，锚索规格Φ15.24mm×8300mm的5×7钢绞线，间排距2000mm×2000mm，托梁采用长度为400mm的14#槽钢制成，每排布置3根锚索，两帮采用Φ16mm×2000mm玻璃钢锚杆支护，间排距900mm×850mm。
1.2大断面巷道失稳分析
基于顶板岩性特征分析：机巷设计沿二煤顶板掘进，由于二煤伪顶为厚度0.3m的碳质泥岩，层理发育，在掘进过程中随掘随落。直接顶为粉砂岩，在空气中水分或裂隙水作用下逐步软化或潮解，使岩体膨胀，强度弱化，从而降低了顶板岩体稳定性。
基于锚杆支护设计分析：巷道顶板直接顶为碳质泥岩与砂质泥岩互层，其中夹有三层煤线，从现场冒落情况来看，锚杆锚固端位置正好处于第一层煤线与碳质泥岩胶结处，支护锚杆长度不够，从而导致锚杆悬吊作用减弱，使锚杆未能起到抑制顶板下沉的作用。
基于锚杆支护材料分析：巷帮的坚固与否直接影响着顶板的稳定性。双重扰动影响下巷帮强度较弱的肩窝处在水平拉应力的作用下承载能力减弱，在强度较为脆弱的玻璃钢锚杆支护下，造成顶板失稳破坏。
2.巷道锚杆支护优化设计及支护效果控制
2.1巷道锚杆支护优化设计
顶板控制：顶板弱面失稳对巷道稳定性有较大影响，巷道顶部应根据实际地质情况适当增加锚杆的长度，锚固在稳定岩层内。根据冒顶区域揭露的围岩地质条件，将顶部锚杆的长度增加到2500mm，采取有效措施给锚杆施加较大的预应力，确保锚杆能锚固在坚硬顶板中。锚杆的预应力一般为锚索最大承载力的1/2左右较为合适。
托梁是顶板整体结构形成的基础，可以使点载荷均布，扩大锚索的支护范围，减少巷道表面由于顶板弯曲下沉造成的拉伸破坏作用。结合现场施工情况，将其变更为锚索托梁和单点锚索交替的五花型布置方式，即一排三根的锚索共同使用一根长度为4400mm的14#槽钢托梁，锚索间排距为2000mm×3000mm；一排为两根的锚索各使用一根长度为400mm的14#槽钢短托梁，锚索间排距为2200mm×3000mm。
巷幫控制：巷帮支护效果直接影响顶板岩层的稳定性。巷道开挖后在顶板形成大范围松动区、塑性区，降低对巷道围岩的有效支撑，引起顶底板岩层变形的显著增加，加剧破坏程度。使用金属锚杆进行支护，减小巷帮松动区、塑性区的形成范围，增强巷帮对顶底板的支撑。
支护材料：调整支护材质是提高支护质量的根本。结合现场玻璃钢锚杆被拉断的情况，将顶锚杆优化为Φ20mm×2600mm的螺纹钢锚杆，两帮锚杆由玻璃钢锚杆优化为Φ18mm×1800mm的端头锚固圆钢锚杆。通过增大锚杆直径，适当加长锚杆锚固长度提高锚杆的刚度，保证支护的可靠。支护优化必须结合支护地点顶板和煤层条件，根据锚杆支护的设计原则和设计方法采用高预应力锚杆支护系统。顶锚杆采用抗拉强度为500MPa的Φ22mm×2500mm左旋无纵筋专用螺纹钢锚杆，全长锚固。帮锚杆采用抗拉强度为500MPa的Φ20mm×2300mm左旋无纵筋专用螺纹钢端头锚杆，端头锚固。顶部采用W钢带（W280-4700-3）帮部采用W型钢护板（W280-450-5）来增大护顶面积和应力扩散范围。
2.2支护效果控制
制定有效的顶板管理制度，强化现场施工，加强巷道顶板变形失稳的监测是控制支护效果的关键。根据现场实际，制定灵活多变的加固性补强措施，保证支护安全。①严格控制巷道成形，采用光面爆破减少对围岩的扰动，最大限度保持围岩的原始结构状态；②保证支护的及时性，巷道围岩一旦揭露立即进行锚杆支护，避免大面积松动区、塑性区的形成对锚杆支护质量造成影响；③强化锚杆施工质量，提高钻孔角度，保证钻孔深度和锚杆安装质量，确保锚杆发挥作用。
3.结语
可见，文章通过对大断面煤巷锚杆支护破坏失稳原因分析，对回采巷道的支护方式进行了合理优化。实践证明，优化后的支护方案满足了现场安全开采需要，在降低了回采巷道的维护量的同时，为矿井安全高效生产奠定了基础。
【关键词】煤巷；支护技术；失稳；控制效果
在当前的煤矿巷道掘进工序中，煤巷锚杆以其支护与加固两种功能成为支护技术中的重要形式。文章以金能煤矿某工作面机巷为工程背景，就锚杆锚固力在煤巷围岩中的支护作用进行了深入探讨。通过对该巷道原有支护设计进行分析，进而提出了巷道锚杆支护优化设计方案，对类似巷道锚杆支护具有一定的参考意义。
1.大断面巷道失稳分析
金能煤矿某工作面机巷是采用锚杆支护的大断面巷道，工作面推进至机巷距1#联络巷向里222～236m处时（距工作面开切眼536m），巷道发生冒顶，冒顶长度14m，冒落体积达236.9m3，从现场冒落情况来看，巷道离层主要发生在距离巷道顶板约2m处的煤岩结合面，冒落处出现锚杆、锚索组合构件被剪断、压穿等现象，冒落处附近的多处帮锚杆支护出现穿透托板失效现象。
1.1巷道顶底板岩性及原支护设计
顶底板岩性：巷道伪顶为泥岩、炭质泥岩，厚度0.12～0.79m。直接顶为中粗砂岩，厚度2.84～5.12m，平均厚度3.86m，单向抗压强度144～246kg/cm2，抗拉强度10～24kg/cm2，属中等易冒落较稳定岩层。底板以细粒砂岩和粉砂岩为主，岩石较完整，节理、裂隙不太发育。细粒砂岩单向抗压强度151～572kg/cm2，粉砂岩267kg/cm2，抗拉强度11kg/cm2，属中等较稳定岩层。
巷道原支护设计：机巷设计断面为异矩形，沿二煤顶板掘进，巷道宽度5200mm，巷道中高3500mm，断面积为18.2m2，采用锚杆、挂网、锚索联合支护。顶部采用Φ20mm×2300mm螺纹钢锚杆支护，间排距900mm×850mm，锚索规格Φ15.24mm×8300mm的5×7钢绞线，间排距2000mm×2000mm，托梁采用长度为400mm的14#槽钢制成，每排布置3根锚索，两帮采用Φ16mm×2000mm玻璃钢锚杆支护，间排距900mm×850mm。
1.2大断面巷道失稳分析
基于顶板岩性特征分析：机巷设计沿二煤顶板掘进，由于二煤伪顶为厚度0.3m的碳质泥岩，层理发育，在掘进过程中随掘随落。直接顶为粉砂岩，在空气中水分或裂隙水作用下逐步软化或潮解，使岩体膨胀，强度弱化，从而降低了顶板岩体稳定性。
基于锚杆支护设计分析：巷道顶板直接顶为碳质泥岩与砂质泥岩互层，其中夹有三层煤线，从现场冒落情况来看，锚杆锚固端位置正好处于第一层煤线与碳质泥岩胶结处，支护锚杆长度不够，从而导致锚杆悬吊作用减弱，使锚杆未能起到抑制顶板下沉的作用。
基于锚杆支护材料分析：巷帮的坚固与否直接影响着顶板的稳定性。双重扰动影响下巷帮强度较弱的肩窝处在水平拉应力的作用下承载能力减弱，在强度较为脆弱的玻璃钢锚杆支护下，造成顶板失稳破坏。
2.巷道锚杆支护优化设计及支护效果控制
2.1巷道锚杆支护优化设计
顶板控制：顶板弱面失稳对巷道稳定性有较大影响，巷道顶部应根据实际地质情况适当增加锚杆的长度，锚固在稳定岩层内。根据冒顶区域揭露的围岩地质条件，将顶部锚杆的长度增加到2500mm，采取有效措施给锚杆施加较大的预应力，确保锚杆能锚固在坚硬顶板中。锚杆的预应力一般为锚索最大承载力的1/2左右较为合适。
托梁是顶板整体结构形成的基础，可以使点载荷均布，扩大锚索的支护范围，减少巷道表面由于顶板弯曲下沉造成的拉伸破坏作用。结合现场施工情况，将其变更为锚索托梁和单点锚索交替的五花型布置方式，即一排三根的锚索共同使用一根长度为4400mm的14#槽钢托梁，锚索间排距为2000mm×3000mm；一排为两根的锚索各使用一根长度为400mm的14#槽钢短托梁，锚索间排距为2200mm×3000mm。
巷幫控制：巷帮支护效果直接影响顶板岩层的稳定性。巷道开挖后在顶板形成大范围松动区、塑性区，降低对巷道围岩的有效支撑，引起顶底板岩层变形的显著增加，加剧破坏程度。使用金属锚杆进行支护，减小巷帮松动区、塑性区的形成范围，增强巷帮对顶底板的支撑。
支护材料：调整支护材质是提高支护质量的根本。结合现场玻璃钢锚杆被拉断的情况，将顶锚杆优化为Φ20mm×2600mm的螺纹钢锚杆，两帮锚杆由玻璃钢锚杆优化为Φ18mm×1800mm的端头锚固圆钢锚杆。通过增大锚杆直径，适当加长锚杆锚固长度提高锚杆的刚度，保证支护的可靠。支护优化必须结合支护地点顶板和煤层条件，根据锚杆支护的设计原则和设计方法采用高预应力锚杆支护系统。顶锚杆采用抗拉强度为500MPa的Φ22mm×2500mm左旋无纵筋专用螺纹钢锚杆，全长锚固。帮锚杆采用抗拉强度为500MPa的Φ20mm×2300mm左旋无纵筋专用螺纹钢端头锚杆，端头锚固。顶部采用W钢带（W280-4700-3）帮部采用W型钢护板（W280-450-5）来增大护顶面积和应力扩散范围。
2.2支护效果控制
制定有效的顶板管理制度，强化现场施工，加强巷道顶板变形失稳的监测是控制支护效果的关键。根据现场实际，制定灵活多变的加固性补强措施，保证支护安全。①严格控制巷道成形，采用光面爆破减少对围岩的扰动，最大限度保持围岩的原始结构状态；②保证支护的及时性，巷道围岩一旦揭露立即进行锚杆支护，避免大面积松动区、塑性区的形成对锚杆支护质量造成影响；③强化锚杆施工质量，提高钻孔角度，保证钻孔深度和锚杆安装质量，确保锚杆发挥作用。
3.结语
可见，文章通过对大断面煤巷锚杆支护破坏失稳原因分析，对回采巷道的支护方式进行了合理优化。实践证明，优化后的支护方案满足了现场安全开采需要，在降低了回采巷道的维护量的同时，为矿井安全高效生产奠定了基础。