0 前言魏家地煤礦是靖遠(yuǎn)煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司的骨干生產(chǎn)礦井，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力150萬(wàn)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(gè)月。礦井有瓦斯、火災(zāi)、煤塵、水、頂板等重大災(zāi)害，是國(guó)家重點(diǎn)監(jiān)控的礦井之一。
??? 魏家地煤礦煤層賦存條件復(fù)雜，主采煤層為一層煤，極軟、特厚、高瓦斯、突出、高地應(yīng)力。綜放開(kāi)采技術(shù)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(dòng)強(qiáng)度，極大地提高了廣大職工的勞動(dòng)積極性和主動(dòng)性。
??? 1 煤層巷道支護(hù)現(xiàn)狀
??? 隨著礦井開(kāi)采深度的加大、水平接替緊張、綜放工作面的連續(xù)開(kāi)采和綜放開(kāi)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(jìn)的解突巷道和構(gòu)造影響帶應(yīng)力集中的巷道。屬典型的“三軟”煤層，高CH4、高地應(yīng)力的特殊條件使巷道支護(hù)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(fēng)巷的錨網(wǎng)支護(hù)中采用錨網(wǎng)索噴支護(hù)技術(shù)，不論是頂部采用短錨索代替錨桿或全錨桿支護(hù)，巷道變形急劇的狀況仍然難以控制。觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示，巷道在掘成初期的20天內(nèi)，頂?shù)装逡平窟_(dá)800mm，而巷道兩肩部的內(nèi)斂量則高達(dá)1000mm以上，巷道支護(hù)處于失穩(wěn)狀態(tài)。在工作面設(shè)備安裝前，巷道斷面已不能滿足回采要求，必須提前進(jìn)行一次返修維護(hù)，而在回采過(guò)程中，受超前支撐應(yīng)力的影響，兩道斷面的內(nèi)斂不能滿足運(yùn)輸和通風(fēng)需求，隨回采推進(jìn)反復(fù)進(jìn)行擴(kuò)巷維修，不僅造成了大量人力和財(cái)力的浪費(fèi)，而且給礦井的正常接續(xù)帶來(lái)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(jìn)與支護(hù)改革的必要性從施工過(guò)程和現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)看：1）煤軟、大傾角易垮邦。2）瓦斯大、爆聲大、動(dòng)壓頻繁。3）構(gòu)造影響帶原始煤層煤體松散。
??? 從支護(hù)過(guò)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(dòng)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(hù)實(shí)質(zhì)性問(wèn)題：1）原始煤層在掘進(jìn)中一致處于動(dòng)壓狀態(tài)，現(xiàn)有支護(hù)在動(dòng)壓狀態(tài)下受力不均衡。2）煤軟、煤體松散時(shí)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(dá)不到要求。3）使用巷道整體位移，斷面縮小，松動(dòng)圈擴(kuò)大，錨桿支護(hù)失效。4）返修巷道多次維修已破壞圍巖的原始應(yīng)力，采取的各種支護(hù)方式已成被動(dòng)支護(hù)，支護(hù)效果越來(lái)越差。
??? 對(duì)構(gòu)造影響帶內(nèi)原始煤層巷道掘進(jìn)與支護(hù)技術(shù)進(jìn)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(jìn)行，改善礦井生產(chǎn)的被動(dòng)局面，是礦井生產(chǎn)技術(shù)管理的重點(diǎn)和難點(diǎn)，也是實(shí)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(duì)構(gòu)造影響帶內(nèi)原始突出煤層巷道支護(hù)技術(shù)進(jìn)行研究，一方面可以提前實(shí)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(hù)和維護(hù)成本占礦井綜放開(kāi)采成本的比例，減少巷道返修率，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)礦井厚煤層綜放開(kāi)采的安全高產(chǎn)高效，具有重大的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。
??? 3 卸壓增阻弱結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)雙支護(hù)技術(shù)錨桿支護(hù)巷道質(zhì)量的好壞取決于錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)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(jì)的要求。（1）卸壓增阻弱結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)雙支護(hù)方案設(shè)計(jì)原則首先利用釋放卸壓和注水增阻改善煤體自身?xiàng)l件，然后利用支護(hù)體與圍巖相互作用和共同承載的原理，使支護(hù)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(dòng)，使巷道斷面不致過(guò)度縮小，同時(shí)防止已散離和破壞的圍巖冒落，以達(dá)到施工簡(jiǎn)便快捷、經(jīng)濟(jì)合理和安全生產(chǎn)的目的。為此，在原始突出煤層巷道支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮以下幾點(diǎn)：
??? ① 圍巖是一種天然的承載結(jié)構(gòu)。要認(rèn)清巷道的地質(zhì)條件和圍巖的力學(xué)性質(zhì)，合理確定原始突出煤層巷道布置位置和掘進(jìn)與解突、瓦斯釋放時(shí)間,避免或減少圍巖受瓦斯釋放過(guò)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(hù)方式和支護(hù)參數(shù)應(yīng)當(dāng)充分利用圍巖的自身承載能力。有利于節(jié)約支護(hù)材料，達(dá)到經(jīng)濟(jì)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(dāng)變形，起到適當(dāng)卸載作用，但又不能讓它過(guò)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(xiǎn)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(hù)系統(tǒng)與圍巖在相互約束的狀態(tài)下共同承載。為了達(dá)到這種狀態(tài)，最可行有效的方法之一就是使支護(hù)系統(tǒng)向圍巖提供一定的支護(hù)阻力，使得圍巖在承受一定支護(hù)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(shí)在應(yīng)力釋放后及時(shí)對(duì)煤體進(jìn)行支護(hù)。
??? ⑤ 復(fù)雜條件下的煤巷或軟巖，頂板應(yīng)采用高強(qiáng)度、超高強(qiáng)度全長(zhǎng)樹脂錨桿進(jìn)行綜合支護(hù)，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(fù)雜條件下的煤巷或軟巖巷道，應(yīng)適當(dāng)增加組合梁的支護(hù)厚度，采用錨索代替錨桿。錨索的可彎曲性使它在施工過(guò)程中能有限的增加長(zhǎng)度成為可能。
??? ⑦ 為控制巷道底臌，應(yīng)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(yīng)采用釋放和注水的作用來(lái)改善煤體內(nèi)在條件，在錨索架套U型鋼梁對(duì)弱結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)的情況下，雙支護(hù)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(qiáng)烈變形的前提是控制好兩幫和頂板的變形,尤其是兩幫,應(yīng)當(dāng)采用既有高預(yù)應(yīng)力高支護(hù)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(yīng)力狀態(tài)轉(zhuǎn)向雙向三向應(yīng)力狀態(tài)。
??? ⑩煤層坡度大，掘進(jìn)過(guò)程中煤壁極易垮幫時(shí)，沿走向按煤層傾角在斷面上設(shè)計(jì)走向錨索，降低水平走向應(yīng)力和重力分力。
??? （2）卸壓增阻弱結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)雙支護(hù)方案設(shè)計(jì)
??? 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(hù)及卸壓保護(hù)技術(shù)，使巷道構(gòu)造應(yīng)力提前釋放,避免或減少構(gòu)造應(yīng)力的強(qiáng)烈影響，降低圍巖應(yīng)力，提高圍巖強(qiáng)度控制，以達(dá)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(shè)計(jì)和合理可靠的支護(hù)時(shí)機(jī),應(yīng)用錨桿支護(hù)圍巖強(qiáng)化強(qiáng)度理論和錨索加強(qiáng)支護(hù)技術(shù),優(yōu)化錨桿支護(hù)形式和支護(hù)參數(shù)，通過(guò)組合錨桿支護(hù)和高預(yù)應(yīng)力高支護(hù)阻力且有適當(dāng)變形能力的高強(qiáng)度錨桿控制兩幫和頂板的強(qiáng)烈變形，是支護(hù)技術(shù)的綜合利用。完善巷道錨桿支護(hù)施工與質(zhì)量監(jiān)測(cè)技術(shù)是巷道圍巖控制技術(shù)的關(guān)鍵手段。
??? （3）具體試驗(yàn)巷道的掘進(jìn)與支護(hù)施工技術(shù)
??? 根據(jù)卸壓增阻弱結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)雙支護(hù)技術(shù)理論，魏家地礦對(duì)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(jìn)巷道進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，并將西一采區(qū)構(gòu)造影響帶內(nèi)劃分表外儲(chǔ)量的1114工作面在回采過(guò)程中巷道變化情況觀測(cè)分析：
??? ①巷道斷面
??? 1102工作面切眼：巷道斷面為圓角矩形。掘進(jìn)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(jī)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(hù)
??? 錨網(wǎng)索噴加桁梁錨索點(diǎn)柱配合的聯(lián)合支護(hù)。錨桿(錨索)錨固采用加長(zhǎng)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(zhǎng)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(yù)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(zhǎng)錨索錨固力為28MPa。