0 前言魏家地煤礦是靖遠煤業(yè)集團有限責任公司的骨干生產(chǎn)礦井，設計生產(chǎn)能力150萬t/a，屬煤與瓦斯突出礦井，“三軟”煤層，煤塵具有爆炸性，煤層易燃氧化，發(fā)火期4～6個月。礦井有瓦斯、火災、煤塵、水、頂板等重大災害，是國家重點監(jiān)控的礦井之一。
??? 魏家地煤礦煤層賦存條件復雜，主采煤層為一層煤，極軟、特厚、高瓦斯、突出、高地應力。綜放開采技術不僅使礦井煤炭年產(chǎn)量大幅度提高，而且大大改善了工人的作業(yè)環(huán)境和工作面生產(chǎn)條件，降低了工人勞動強度，極大地提高了廣大職工的勞動積極性和主動性。
??? 1 煤層巷道支護現(xiàn)狀
??? 隨著礦井開采深度的加大、水平接替緊張、綜放工作面的連續(xù)開采和綜放開采工藝自身的限制，近年出現(xiàn)了一些在原始突出煤層區(qū)域和采區(qū)邊界受構(gòu)造影響帶影響區(qū)域掘進的解突巷道和構(gòu)造影響帶應力集中的巷道。屬典型的“三軟”煤層，高CH4、高地應力的特殊條件使巷道支護存在諸多困難。特別在構(gòu)造影響帶內(nèi)原始煤層巷道1112工作面兩道或同區(qū)域相似條件下的東102回風巷的錨網(wǎng)支護中采用錨網(wǎng)索噴支護技術，不論是頂部采用短錨索代替錨桿或全錨桿支護，巷道變形急劇的狀況仍然難以控制。觀測數(shù)據(jù)顯示，巷道在掘成初期的20天內(nèi)，頂?shù)装逡平窟_800mm，而巷道兩肩部的內(nèi)斂量則高達1000mm以上，巷道支護處于失穩(wěn)狀態(tài)。在工作面設備安裝前，巷道斷面已不能滿足回采要求，必須提前進行一次返修維護，而在回采過程中，受超前支撐應力的影響，兩道斷面的內(nèi)斂不能滿足運輸和通風需求，隨回采推進反復進行擴巷維修，不僅造成了大量人力和財力的浪費，而且給礦井的正常接續(xù)帶來了巨大壓力，成為制約礦井持續(xù)健康發(fā)展的巨大障礙。
??? 2 煤層巷道掘進與支護改革的必要性從施工過程和現(xiàn)場觀測看：1）煤軟、大傾角易垮邦。2）瓦斯大、爆聲大、動壓頻繁。3）構(gòu)造影響帶原始煤層煤體松散。
??? 從支護過程中看：1）局部地段錨桿拉斷或直接與托板一起拉入煤體內(nèi)。2）巷道出現(xiàn)吊包、脫皮掉渣、兩幫鼓出等現(xiàn)象。3）采動范圍內(nèi)斷面縮小，錨桿失效。
??? 以上情況暴露出煤層巷道支護實質(zhì)性問題：1）原始煤層在掘進中一致處于動壓狀態(tài)，現(xiàn)有支護在動壓狀態(tài)下受力不均衡。2）煤軟、煤體松散時煤層自身粘結(jié)力和煤體內(nèi)摩擦阻力小，容易垮幫，錨桿初承力達不到要求。3）使用巷道整體位移，斷面縮小，松動圈擴大，錨桿支護失效。4）返修巷道多次維修已破壞圍巖的原始應力，采取的各種支護方式已成被動支護，支護效果越來越差。
??? 對構(gòu)造影響帶內(nèi)原始煤層巷道掘進與支護技術進行改革，提高巷道圍巖穩(wěn)定性，減小巷道變形量，以保證安全生產(chǎn)的正常進行，改善礦井生產(chǎn)的被動局面，是礦井生產(chǎn)技術管理的重點和難點，也是實現(xiàn)礦井安全高產(chǎn)高效的突破口。于是結(jié)合魏家地煤礦具體的工程地質(zhì)條件，對構(gòu)造影響帶內(nèi)原始突出煤層巷道支護技術進行研究，一方面可以提前實現(xiàn)區(qū)域解突，加快采掘接替步伐，另一方面可以降低回采巷道支護和維護成本占礦井綜放開采成本的比例，減少巷道返修率，降低工人勞動強度，實現(xiàn)礦井厚煤層綜放開采的安全高產(chǎn)高效，具有重大的理論意義和現(xiàn)實意義。
??? 3 卸壓增阻弱結(jié)構(gòu)補強雙支護技術錨桿支護巷道質(zhì)量的好壞取決于錨桿支護設計參數(shù)的合理性。才能保證巷道能夠滿足安全生產(chǎn)、穩(wěn)定可靠、合理經(jīng)濟的要求。（1）卸壓增阻弱結(jié)構(gòu)補強雙支護方案設計原則首先利用釋放卸壓和注水增阻改善煤體自身條件，然后利用支護體與圍巖相互作用和共同承載的原理，使支護系統(tǒng)既能加固圍巖，改善圍巖受力狀態(tài)，又能提高圍巖自身承載能力，緩和圍巖的變形移動，使巷道斷面不致過度縮小，同時防止已散離和破壞的圍巖冒落，以達到施工簡便快捷、經(jīng)濟合理和安全生產(chǎn)的目的。為此，在原始突出煤層巷道支護設計時，應當考慮以下幾點：
??? ① 圍巖是一種天然的承載結(jié)構(gòu)。要認清巷道的地質(zhì)條件和圍巖的力學性質(zhì)，合理確定原始突出煤層巷道布置位置和掘進與解突、瓦斯釋放時間,避免或減少圍巖受瓦斯釋放過程的影響。提高煤體穩(wěn)定性,充分發(fā)揮圍巖自身承載能力的作用。
??? ② 合理的支護方式和支護參數(shù)應當充分利用圍巖的自身承載能力。有利于節(jié)約支護材料，達到經(jīng)濟合理高效的目的。
??? ③ 在保證安全生產(chǎn)的前提條件下合理利用圍巖的自身承載能力。既要允許巷道適當變形，起到適當卸載作用，但又不能讓它過度變形，必須把變形控制在一定的范圍內(nèi)，防止有害或危險的情況發(fā)生。
??? ④ 合理利用圍巖自身承載能力的有效途徑就是使支護系統(tǒng)與圍巖在相互約束的狀態(tài)下共同承載。為了達到這種狀態(tài)，最可行有效的方法之一就是使支護系統(tǒng)向圍巖提供一定的支護阻力，使得圍巖在承受一定支護阻力的條件下有限制地向巷道空間內(nèi)變形（受控變形），同時在應力釋放后及時對煤體進行支護。
??? ⑤ 復雜條件下的煤巷或軟巖，頂板應采用高強度、超高強度全長樹脂錨桿進行綜合支護，這樣既能提高頂板整體穩(wěn)定性，又能使圍巖變形得到有效控制。
??? ⑥ 復雜條件下的煤巷或軟巖巷道，應適當增加組合梁的支護厚度，采用錨索代替錨桿。錨索的可彎曲性使它在施工過程中能有限的增加長度成為可能。
??? ⑦ 為控制巷道底臌，應采用加固巷道兩幫及邊角的方法，控制兩幫和邊角的塑性區(qū)的發(fā)展。
??? ⑧ 在極其松散破碎的軟巖中，應采用釋放和注水的作用來改善煤體內(nèi)在條件，在錨索架套U型鋼梁對弱結(jié)構(gòu)補強的情況下，雙支護的形式保證了巷道的穩(wěn)定性。
??? ⑨ 控制原始突出煤層巷道強烈變形的前提是控制好兩幫和頂板的變形,尤其是兩幫,應當采用既有高預應力高支護阻力又有一定變形能力的螺紋鋼錨桿,盡早使圍巖由單向雙向應力狀態(tài)轉(zhuǎn)向雙向三向應力狀態(tài)。
??? ⑩煤層坡度大，掘進過程中煤壁極易垮幫時，沿走向按煤層傾角在斷面上設計走向錨索，降低水平走向應力和重力分力。
??? （2）卸壓增阻弱結(jié)構(gòu)補強雙支護方案設計
??? 構(gòu)造影響帶內(nèi)原始突出煤層巷道圍巖控制的基本原理是利用構(gòu)造切割方向支承壓力分布規(guī)律，采用合理的巷道布置方式、支護及卸壓保護技術，使巷道構(gòu)造應力提前釋放,避免或減少構(gòu)造應力的強烈影響，降低圍巖應力，提高圍巖強度控制，以達到控制圍巖變形、提高巷道圍巖穩(wěn)定性的目的。選擇合理的釋放鉆孔施工、注水參數(shù)的設計和合理可靠的支護時機,應用錨桿支護圍巖強化強度理論和錨索加強支護技術,優(yōu)化錨桿支護形式和支護參數(shù)，通過組合錨桿支護和高預應力高支護阻力且有適當變形能力的高強度錨桿控制兩幫和頂板的強烈變形，是支護技術的綜合利用。完善巷道錨桿支護施工與質(zhì)量監(jiān)測技術是巷道圍巖控制技術的關鍵手段。
??? （3）具體試驗巷道的掘進與支護施工技術
??? 根據(jù)卸壓增阻弱結(jié)構(gòu)補強雙支護技術理論，魏家地礦對東一采區(qū)構(gòu)造影響帶范圍的東一采區(qū)1102工作面掘進巷道進行實驗分析，并將西一采區(qū)構(gòu)造影響帶內(nèi)劃分表外儲量的1114工作面在回采過程中巷道變化情況觀測分析：
??? ①巷道斷面
??? 1102工作面切眼：巷道斷面為圓角矩形。掘進斷面S=22.26 ，凈斷面S=20.96 ，掘?qū)?.７m，凈寬7.５m，掘高2.9m，凈高2.8m。
??? 1102工作面機道：斷面形狀為圓弧拱形，拱半徑2.5m，拱高1.5m,墻高1.8m。 斷面尺寸：S掘＝14.13m2、S凈＝13.18m2；凈寬＝4.6m、掘?qū)?4.8m；凈高＝3.3m、掘高=3.4m。
??? ②巷道支護
??? 錨網(wǎng)索噴加桁梁錨索點柱配合的聯(lián)合支護。錨桿(錨索)錨固采用加長錨固，使用樹脂錨固劑。2600 mm錨桿每眼使用CK2360和Z2360各一節(jié)錨固劑，2000 mm錨桿每眼使用Z2360錨固劑兩節(jié)，短錨索使用CK2360錨固劑一節(jié)、Z2360錨固劑兩節(jié)共三支錨固，長錨索使用CK2360錨固劑一節(jié)、Z2360錨固劑三節(jié)共四支錨固。鋪單層菱形金屬網(wǎng)，噴厚100mm，錨桿預緊力：頂部2600 mm錨桿400Nm,幫部2000 mm錨桿350Nm。短錨索錨固力為20MPa，長錨索錨固力為28MPa。