摘要：针对东荣三矿煤矿地质条件复杂，煤岩层赋存变化大，各种类型的褶曲、断层构造多，在工作面回采巷道支护中沿用棚子支护，影响了劳动生产率的提高和安全状况。通过对复合顶板巷道锚杆支护技术方案的分析、设计和施工，确定回采巷道锚杆支护的合理参数，保证了安全生产，有利于工作面的快速推进。
关键词：复合顶板；顶板离层；锚杆支护；移近量
工程地质概况；所谓复合顶板，其本质就是离层型顶板，即上覆于煤层厚度在0.5～2.0m，与上部岩层胶结性差的一层直接顶。一般经采动影响，复合顶板因岩石强度低分层薄，其挠度比上部岩层大而向下弯曲，且上、下岩层胶结性差，附着力低，因而容易离层，在巷道发生局部冒顶的事故中，复合型的破碎顶板占相当大的比例[1～2]。由于东荣三矿以前采用棚子支护，严重制约了劳动生产率和职工的安全。结合该矿的具体地质条件和生产条件，在理论和现场试验的研究基础上，推广巷道锚杆支护技术，对减轻工人劳动强度，保证安全生产，具有重要的实际意义。
1锚杆支护巷道机理
复合层状顶板条件，在层状岩层中开拓的巷道与均质的岩层中明显不同，岩层的层面有三种主要性质对开采是很重要的[3]。第一，垂直于岩层层面的抗拉强度低，个别出现明显裂隙的地方甚至为零。第二，是层面的抗剪强度比完整的岩层低。第三，是这类煤层中开掘巷道多不破顶，这三个特性决定了层状岩层对下煤层中开掘巷道产生的特殊力反应。对于层状煤层体中开掘巷道，其支护原则是：第一充发挥围岩的自承能力，即完整性，尤其是顶板；第二，是采取措施提高围岩的强度。而满足这两个要求的理想支护就是锚杆支护，这时通过锚杆提供的锚固力和预紧力，各层岩层被组合形成组合梁，一起发生弯曲变形。层状岩层在产生弯曲变形后，很容易产生顺层滑动，这时借助于锚杆提供的抗剪力、抗拉力以及由于锚杆作用，而使层面摩擦力增加，使岩层间的滑动得以控制。
2回采巷道锚杆支护设计
2.1围岩破坏范围的确定
2.1.1两帮破坏范围
由于顺槽沿顶掘进，顶板赋存为倾斜，即巷道断面可视为直壁梯形，如图1所示。
此时两帮的破坏范围为C下、C上，又当巷道顶板倾角为0°时，即矩形巷道，此时巷道两帮的破坏范围C为：
（1）
式中：Kc—为采动应力集中系数（未受采动时取Kc=1，受采动时取Kc=2.0～2.5）；
?酌—为岩层平均容重，KN/m3；
H—为埋深，m；
Bc—为巷道挤压系数，一般取2.0～3.0；
σm—为煤体的单向抗压强度，MPa；
h—为矩形巷道高度，m；
?准—为煤体内摩擦角，度。
将h=h1=1.8m，?准=40°，σm=15Mpa，H=500m，Kc=1.0，Bc=2.5，?酌=25KN/m3代入到式（１）中有：C=0.9m
经推导下帮C下、上帮C上的估计式为：
式中，α为倾角。将a=2.0m，C=1.0m，α=19°，?准=40°代入式（2）、（3）得：
C下=0.60m，C上=1.20m。
2.1.2顶板破坏高度
如图1所示，顶板的破坏高度△h可由下式确定：
式中，f为直接顶的普氏系数。
将f=2，a=2m，C下=0.60m，C上=1.20m，代入（4）式，得：
△h=1.0m
2.2锚杆支护设计
2.2.1锚杆长度
根据上述计算，上帮的最大破坏范围1.20m，下帮的最大破坏范围0.60m，顶板最大破坏高度1.0m，因此，选取锚杆长度参数为：顶板：考虑到锚固段必须能够深入到未破坏范围以外300mm以上，建议锚杆总长度1.6m，眼深1.5m。上帮：考虑到锚固段必须能够深入到未破坏范围以外200mm以上，建议锚杆总长度1.7m。下帮：为了施工方便和锚杆锚固段能够深入到未破坏范围以外200mm以上，建议与顶板锚杆长度相同，即取锚杆长度1.6m。
2.2.2锚杆间排距
a.顶板
按照顶板锚杆能够承担巷道断面内破坏区的全部作用力，考虑取破坏区以最大破坏高度所围成的矩形面积来计算（偏于安全），则沿巷道走向每米所需的锚固力为：
（5）
式中?酌z为直接顶的平均容重，取?酌z=25kN/m3；K为安全系数(K=1.5～2.0)，取K=2.0，代入（5）式，有：PT=2×2×25×1.17×1=117KN
若按顶板锚杆锚固力RT=60kN，则沿巷道断面方向锚杆数n为：
=1.83根≈2根（6）
故取顶板锚杆间距1.0m，排距1.0m。
b.帮锚杆
为了便于管理和施工，取帮锚杆的间排距与顶板锚杆的间排距相同，即间距1.0m，排距1.0m。
2.3锚固材料及锚杆布置
锚杆杆体为Ф20mm螺纹钢，钻孔采用Ф27mm钻头进行钻孔；树脂药卷直径为Ф23mm，其中顶板采用1个长度为500mm的药卷，锚固力达到70KN以上；两帮每根锚杆用1个长度为350mm的药卷，锚固力应达到50KN以上。顶板采用150mm×150mm的碟形托盘，用Ф20mm的平光螺母固定；两帮考虑到爆破成巷将造成帮的参差不齐，碟形托盘与围岩接触效果差，不利于锚固力的有效保障，建议在帮上增加300mm×200mm×40mm的含筋水泥垫板（如图3所示），在此之上，与碟形托盘和Ф20mm平光垫螺母固定。
2.4巷道锚杆布置
如图3、图4所示，顶板锚杆成排布置，两帮锚杆呈三花状布置，以便使帮锚杆护帮均匀。
3结论
采用巷道锚杆支护技术可有效的控制巷道围岩变形，锚杆不仅能够有效阻止顶板离层的扩展，增加顶板岩层的弹性模量、强度、内聚力和内摩擦角等，而且能够增加顶板韧性和抗疲劳强度，改善顶板岩层的物理力学性质。减少辅助运输量，运输环节及材料消耗，减轻了工人劳动强度。支护作业采用机械化快速施工，简化了端头支护和超前支护，明显改善了端头区域维护状况，保证了安全生产，有利于工作面的快速推进。同时在顶板管理、通风防火、辅助运输等方面减少或消除了安全隐患，极大地改善了安全生产环境。
参考文献
[1]石玉波，刘云峰．复合顶板条件下巷道冒顶事故技术分析及预防[J].煤炭技术，2003.
[2]李波．煤矿回采巷道复合顶板的稳定性分析及其控制[J]．煤炭技术，2006.
[3]陈勇，于新锋．复合顶板巷道锚杆锚索支护技术探讨[J].能源技术与管理，2005.