1．概况

      大同煤矿集团公司塔山煤矿是近几年发展起来的特大型现代化矿井，矿井设计生产能力1500万t/a，设计服务年限132年。主采煤层为石炭纪C^3＃～C^5＃合并层，煤层总厚1.63～29.41米，平均厚15.72米，属特厚煤层。煤层裂隙发育，煤体松软破碎，巷道容易发生冒顶事故。采用平峒、立井混合开拓方式，主井、副井为平峒，进风、回风井为立井。

塔山矿特厚煤层采用综合机械化放顶煤采煤工艺，准备巷道和回采巷道均沿煤层底板掘进，顶板煤层厚度较大，极难维护。巷道的掘进速度和支护是影响矿井安全高效开采的关键。

2．巷道支护设计

2．1  设计方法

      在综合考虑支护安全、掘进速度和支护成本的情况下，坚持“三高一低”的支护原则，我们采用了动态信息设计法进行设计。设计步骤：地质力学调查测试→初始设计→矿压监测→信息反馈→修正设计。在施工地点地质力学参数详细调查测试的基础上，结合大量工程实践经验，提出了巷道支护初始设计。设计内容包括巷道支护形式确定，初始支护参数设计，支护材料选择，施工机具设备配套，井下施工工艺，安全技术措施和矿压监测设计等。初始设计实施后，经过了矿压监测数据的验证，并根据矿压监测数据所反馈的信息进行了必要的修正，最后确定了巷道的支护设计。

2．2 理论依据

      锚杆支护与其它支护型式相比具有明显的优越性，在锚杆支护的发展过程中，建立起了许多理论（如悬吊理论、组合梁理论、减跨理论等），每种理论都能够在一定程度上解释锚杆支护的作用，但都有一定局限性。那么，为什么会出现各种理论都能够在一定程度上解释锚杆支护而又都存在一定的缺陷呢？众所周知，由于巷道的地质条件不同，开掘后它的应力分布就会不同，巷道的破坏形式也就不同，也就是说它的力学形态不同。不同的理论有不同的适应条件，不同的条件就有不同的力学形态，不同的力学形态就应该用不同的锚杆支护理论去解释，不能一概而论，应分类解决。

      近年来，又建立起来了松动圈理论，当巷道开挖后，打破了围岩原有的三向应力平衡状态，围岩中应力重新分布，形成环向应力集中。当应力集中超过围岩强度后，巷道周边岩石首先破坏，并逐渐向深部扩展，直至在一定深度达到新的三向应力平衡状态为止，此时，围岩中出现了一个破裂区——围岩松动圈。

依松动圈大小将围岩松动圈分为小松动圈（Lp≤40cm）、中松动圈（40cm＜Lp＜150cm）和大松动圈（Lp≥150cm）三大类。

①小松动圈围岩，巷道变形和松动圈围岩自重都比较小，不需要锚杆支护，久有一层喷射混凝土支护防危岩掉落和防围岩风化即可。

②中松动圈条件下，围岩碎胀变形相应增大，单一喷层将破裂或破坏，必须用锚杆控制围岩变形。

③大松动圈围岩属软岩范畴，支护时，充分发挥锚杆的挤压加固作用，使锚杆群中的每根锚杆形成的锥形压缩区彼此联系起来，再配合锚索、钢带、金属网、喷浆等联合支护方式，使松动圈围岩形成一个坚固的整体来控制围岩的变形和破坏。

根据以上理论分析，塔山矿特厚煤层巷道应根据大松动圈理论来进行支护设计。

2．3 设计实例

1070辅助运输大巷掘宽5.8m，掘高4.51m，沿煤层底版掘进，采用了锚杆、锚索、金属网、钢带、喷浆联合支护方式。

锚杆：杆体采用22^# 左旋无纵筋螺纹钢，长度为3000mm，杆尾螺纹为M24mm。间距×排距=700×700mm，每排15根。树脂加长锚固，采用两支树脂药卷，一支规格为K2335，另一支规格为Z2360。钻孔直径为28mm，锚固长度为1200mm。采用拱型高强度托板，托板规格为150×150×10mm。

钢带：W形，厚度为3mm，宽度为150mm。

金属网：网片规格为2100×1200mm，网孔规格100×100mm，搭接长度200mm。

锚索：单根钢绞线，直径为f17.8mm，长度为8300mm，加长锚固，采用三支树脂药卷，一支规格为K2335，三支规格为Z2360，锚固长度为2500mm。每3排锚杆布置5根锚索，排距为2100mm，锚索头部设有树脂药卷搅拌头，尾部配有高强度锚具，配套金属托板规格为300×300×16×f22mm。

喷射混凝土：标号大于C₂₀，厚度100mm。配合比为：水泥：砂子：石子=1：2：2，水灰比为0.4～0.5，速凝剂掺量约为水泥重量的2.5%-4.0%。

1070辅助运输大巷联合支护布置如下图。

1070辅运巷支护示意图$Page_Split$

3．快速掘进工艺

为了提高巷道掘进速度，采取了以下施工工艺：

（1）采用S-200M大功率掘进机组掘进，全断面一次截割成巷，SJ－80皮带运煤，直接运出地面。

（2）用MYT-140液压锚杆钻机打锚杆眼，额定转矩140N·M，最大推进力17KN，提高了打眼速度。

（3）使用扭矩螺母，使搅拌树脂药与紧固螺母一次成功，大大缩短了锚杆的安装时间。

（4）坚持正规循环作业。

4．矿压监测

锚杆支护是一种隐蔽性很强的工程，必须进行矿压监测，监测主要包括以下内容：

①顶板离层监测

顶板离层监测是最基本的监测内容，必须对离层监测数据进行记录、绘制曲线图，并分析、总结顶板变化规律，如发现顶板变化异常，必须采取措施。

切眼采用了顶板离层在线监测与顶板离层指示报警综合监测，KGD－1－150型矿用顶板离层传感器与顶板离层报警指示仪交错布置在切眼顶板宽度的中部，间距为30m。

②锚杆受力监测

采用CM-1型测力锚杆监测顶板锚杆受力，在施工时，将正常安装的锚杆换成测力锚杆。每隔7m布置1组测力锚杆，每组3根，分别布置在巷道顶板和两帮。

③锚杆、锚索应力检测

采用MJ-40锚杆和MCJ-60锚索测力计，安装在托板与围岩之间。锚杆测力计每隔7m布置1组，每组3个，分别布置在巷道顶板和两帮。锚索测力计每隔10.5m布置1个。

5．结语

      特殊条件下煤矿巷道的快速掘进和支护一直是困扰煤矿安全生产的重大难题之一，而巷道支护又是解决巷道快速掘进的关键环节，经过几代广大科学工作者和工程技术人员的研究和实践证明，锚杆支护是唯一能够使巷道实现安全、快速、经济的一种支护方式。以锚杆为主体支护的联合支护方式在塔山矿松软破碎特厚煤层的成功应用，再一次证明了锚杆支护与其它支护相比具有很大的优越性。因此，在软岩巷道掘进中应积极推广使用锚杆支护技术。

参考文献

[1] 何满朝等，《中国煤矿锚杆支护理论与实践》，北京：科学出版社，2004年。

 [2] 袁和生，《煤矿巷道锚杆支护技术》，北京：煤炭工业出版社，1997年。

 作者简介：牛福龙，男，1969年7月出生， 1992年毕业与山西矿业学院矿井建设专业，高级工程师，现在在大同煤矿集团有限责任公司生产技术部工作。