复杂条件下巷道围岩主动控制技术

复杂地质条件下巷道围岩主动控制技术山东科技大学秦忠诚2010年8月一、支护研究背景二、锚杆支护基本理论与新型锚杆、锚索三、巷道支护系统设计方法四、部分矿井巷道支护案例五、部分专利与成果汇报提纲

“复杂地质条件下巷道围岩变形与控制”是目前深井建设中遇到的普遍难题，针对复杂施工地质条件，探究经济合理的巷道支护技术，对矿井的安全高效生产具有重要的现实意义和工程应用价值。我国煤矿开采深度以8-12m/年的速度增加，东部矿井10-25m/年。1980年平均开采深度288m，1995年428.83m，2000年以后超过了500m。国有重点煤矿，开采深度达1000m深矿井有数十处，最大采深超过1300m。主要分布在新汶、淄博、开滦、北票、沈阳、徐州、淮南、徐州等矿区。到2009年底，新矿集团5个矿采深超过1000m，开滦、徐州、淮南等矿区平均采深大于800m。预计在未来20年我国很多煤矿将进入到1000-1500m的开采深度。一、支护研究背景一、支护研究背景高地应力：垂直应力明显增大；水平应力甚至超过静水压力；构造应力场复杂。高地温：地温梯度30-50°C/km。热应力问题明显，（0.4-0.5MPa）/△1°C高岩溶水压：高裂隙水压使岩石更易破坏且矿井突水严重。开采扰动：在高地应力下，叠加采动影响，巷道硐室破坏更加严重。岩体弱化：

不同围压下岩石具有不同的特性，在高围压下脆性岩石转化为塑性。流变特性：高应力作用下，岩石具有较强的时间效应，呈现明显的流变或蠕变。扩容特性：在大偏应力下岩石内部节理、裂隙、裂纹张开，出现扩容膨胀。垮落冒顶增加：围岩应力高于围岩强度，围岩易失稳性，支护难度大。冲击地压：煤岩体应力加大，冲击地压发生的频率、强度和规模增加。矿压显现强烈：巷道变形量明显增大，采面矿压显现强烈。深井开采矿压特点一、支护研究背景

巷道围岩变形的时间效应。围岩变形量大，有明显的时间性。初期来压快、变形显著，不采取有效支护措施，极易发生冒顶、片帮。即使围岩变形稳定后，围岩还以长期处于流变状态。

巷道围岩变形的空间效应。巷道来压方向多表现为四周来压。不仅顶板、两帮发生显著变形和破坏，底板也出现强烈变形和破坏，如不对底板采取有效控制措施，则强烈底臌会加剧两帮和顶板的变形和破坏。巷道围岩变形的易受扰动性。围岩变形对应力的变化非常敏感，受震动、邻近巷道掘进或回采工作面采动影响后，围岩变形和破坏均有明显增加。围岩的稳定性与巷道断面形状、施工工艺等因素都有关系。巷道围岩变形的冲击性。在有冲击倾向的巷道中，围岩变形有时并不是连续的、逐渐变化的，而是突然剧烈增加，导致断面迅速缩小，具有强烈的冲击性。深井巷道变形特点一、支护研究背景新奥法支护理论煤炭行业结合自身特点，完善和发展了新奥法：采用光面爆破；早强喷射混凝土及时封闭巷道周边，实施密贴支护；采用锚喷支护，主动加固围岩，提高其自承能力，在围岩内形成承载圈；实施二次支护；对破碎围岩实施注浆加固；实施动态设计和动态施工等。

联合支护理论

对深部巷道，只提高支护刚度难以有效控制围岩变形，要先柔后刚，先让后抗，柔让适度，稳定支护。但随着巷道条件变差，该理论受到挑战，有些巷道采用联合支护并不有效，多次维修，围岩变形一直不能稳定。二次支护理论对深部大变形巷道，应实施二次支护。一次支护在保证围岩稳定的条件下允许有一定变形，释放压力；在合适的时间进行二次支护，保持巷道的长期稳定。

深部巷道支护理论一、支护研究背景锚杆锚喷支护：锚杆锚喷支护性能优越，比较适合深部巷道支护。但必须选择合理的支护形式与参数，才能取得较好效果。U型钢可缩性支架：U型钢具有较好的断面形状和几何参数，型钢搭接后易于收缩，支架设计合理，使用正确，能获得较好的力学性能。支架结构分不封闭和封闭。但U型钢支架毕竟是一种被动支护形式，而且支护费用高，施工比较困难。注浆加固：注浆将破碎岩体固结，改善围岩结构，提高围岩强度，增加自身承载能力。水泥─水玻璃、高分子材料。注浆加固适于破碎围岩，且与其它支护方法联合使用。联合支护：两种或两种以上支护方式联合支护。如能充分发挥每种支护方式性能，优势互补，有更好支护效果和更广的适用范围。锚喷+注浆，锚喷+U型钢支架，U型钢支架+注浆，锚喷+注浆+U型钢支架。适用范围广，但费用高，支护形式选择不匹配时，往往造成各个击破。卸压技术：将巷道布置在应力降低区，或采取人工卸压措施，使巷道周边的高应力向深部转移，是深部巷道围岩变形控制的另一个途径。在应力降低区布置巷道是首选方法，人工卸压法（切缝、钻孔、爆破、掘卸压巷等），由于种种原因，目前还没有推广，仅作为一种辅助方法局部采用。

高强预应力锚杆、预应力锚索、让压锚杆、让压锚索支护已得到大面积应用,成为我国煤矿巷道首选的、主要的支护方式。深部巷道支护技术一、支护研究背景组合梁理论

机理：将锚固范围内的岩层挤紧，增加各岩层间的摩擦力，防止岩石沿层面滑动，避免各岩层出现离层现象，提高其自撑能力。将巷道顶板锚固范围内的几个薄岩层锁紧成一个较厚的岩层（组合梁）。在上覆岩层载荷的作用下，这种组合厚岩层内的最大弯曲应变和应力都将大大减小，组合梁的挠度亦减小。适用条件：层状复合顶板二、锚杆支护基本理论与新型锚杆、锚索1、基本理论二、锚杆支护基本理论与新型锚杆、锚索薄壁梁向深厚梁的转换理论理论要点深厚梁－理论薄壁梁－理论锚杆、锚索预应力形成的深厚梁锚杆无预应力或被动棚式情况下的薄壁梁二、锚杆支护基本理论与新型锚杆、锚索压缩拱(承载拱)理论机理：在破裂区中安装预应力锚杆时，在杆体两端将形成圆锥形分布的压应力，如果沿巷道周边布置锚杆群，只要锚杆间距足够小，各个锚杆形成的压应力圆锥体将相互交错，就能在岩体中形成一个均匀的压缩带，即承压拱，这个承压拱可以承受其上部破碎岩石施加的径向荷载。在承压拱内的岩石径向及切向均受压，处于三向应力状态，其围岩强度得到提高，支撑能力也相应加大。二、锚杆支护基本理论与新型锚杆、锚索对扰动围岩进行强度再强化，控制松动圈的扩展。适用条件：拱形巷道1945～1950：机械式锚锚杆的研究究与应用1950～1960：广泛采用用机械式锚锚杆，开始始对锚杆进进行系统研研究1960～1970：发明了树树脂药卷，，引发锚杆杆技术的一一次革命1970～1980：发明管缝缝式、水力力涨管式锚锚杆，研究究新的锚杆杆设计方法法，长锚索索产生1980～1990：混合锚头头锚杆、组组合锚杆、、桁架锚杆杆、各种特特种锚杆得得到应用，，树脂锚固固材料得到到改进。美国作为世世界上第二二采煤大国国，锚杆支支护技术是是最先进的的，美国锚锚杆支护技技术至今已已有一百多多年的发展展历史，但但锚杆支护护技术的广广泛应用，，仅是近五五、六十年年的时间，，现在美国国矿井的锚锚杆支护率率为100％。美国每每年锚杆使使用量在8000万套以上，，每年有2.5万km的煤巷使用用锚杆支护护。锚杆支护技技术发展二、锚杆支支护基本理理论与新型型锚杆、锚锚索美国在复杂杂的地质条条件下成功功使用锚杆杆的经验是是采用高预预应力、高高强度锚杆杆，对巷道道顶板采取取积极主动动的支护，，极大地提提高了巷道道围岩的自自承载能力力和巷道的的稳定性，，减少了锚锚杆数量、、提高了巷巷道掘进速速度、降低低了巷道的的支护成本本。美国巷道支支护理念：锚杆、锚锚索是支护护结构的主主体，为了了充分实现现锚杆主动动支护的效效果，通过过提高锚杆杆预应力去去主动加固固受掘进破破岩影响的的松动围岩岩，以提高高围岩的自自身承载能能力，控制制松动圈的的扩展。现现矿井喷射射的混凝土土，由于受受巷道初始始成型的影影响，混凝凝土喷层厚厚度很不均均匀，现混混凝土喷层层主要作用用是封闭围围岩，防止止围岩风化化，保证围围岩的长期期强度。另外，澳大大利亚作为为第三大采采煤国，也也几乎全部部采用锚网网支护。国外发达国国家锚网支支护的特点点：(1)单体锚杆强强度大；(2)锚杆安装应应力大；(3)间排距大；；(4)锚网支护效效率高，支支护效果良良好。锚杆支护技技术发展二、锚杆支支护基本理理论与新型型锚杆、锚锚索自50年代以来来，锚杆杆支护技技术在我我国得到到了逐步步应用，，特别是是进入90年代，许许多矿井井改变传传统的棚棚式和砌砌体支护护的理念念，开始始试用推推广锚网网支护，，大量的的实践验验证了锚锚网支护护安全、、高效、、经济的的优势。。同时，在在矿井软软岩、动动压巷道道及煤巷巷中采用用锚杆支支护也获获得了良良好的效效果。原煤炭工工业部1995年提出：：“煤巷巷锚杆支支护是我我国煤矿矿继综合合机械化化采煤之之后的第第二次支支护技术术革命””，并将将“煤矿矿锚杆支支护技术术”列为为煤炭工工业“九九五”重重点科技技攻关项项目的五五个项目目之一，，在攻关关研究的的基础上上，在煤煤矿中大大力推广广煤巷锚锚杆支护护技术。。但是煤矿锚网网支护作为一一种主动支护护方式，要达达到理想的支支护效果，在在技术细节上上尚未完全解解决。如锚杆杆组件、锚杆杆结构、锚杆杆施工安装机机具和锚杆与与其它支护结结构的耦合问问题等。锚杆支护技术术发展二、锚杆支护护基本理论与与新型锚杆、、锚索⑴锚杆支护设设计主要依靠靠现场经验，，设计理论依依据有待完善善和补充；⑵各类巷道锚锚杆千篇一律律；很多设计计单位只是笼笼统选择了锚锚杆直径和长长度。但是不不同的锚杆结结构和施工工工艺会很大的的效果差别。。⑶没有考虑地地应力大小、、方向、比值值的影响；⑷没有进行地地质力学分析析和巷道压力力显现与锚杆杆支护参数的的匹配关系分分析与选择，，所以提出的的支护方案很很难适应地质质条件的变化化，不能实现现量体裁衣、、对症下药。。⑸单根锚杆强强度低、预紧紧力低、可靠靠性低、间排排距小(单体锚杆钻机机推力小(小于0.5t)、扭距小(小于160Nm)，锚杆基本上上没有预应力力)；⑹锚杆消耗量量大、施工速速度慢、工效效低、费用高高、安全性较较低。锚杆支护技术术发展我国现有锚杆杆支护存在的的不足二、锚杆支护护基本理论与与新型锚杆、、锚索国内外锚杆支支护技术对比比比较项目中国美、澳、英锚杆材料强度（MPa）235、335、500450、500、600、700锚杆锚固力（t）5～15>20锚杆直径（mm）16～2220～22锚杆间排距（m）0.7～0.91.0～1.2锚杆长度（m）1.6～2.42.2～2.6锚杆安装应力（t）0～44～8二、锚杆支护护基本理论与与新型锚杆、、锚索锚杆和锚固区区域围岩体形形成统一的承承载结构锚杆支护可以以提高锚固体体的力学性质质提高残余强度度值改变围岩的受受力状态,提高承载能力力减少破碎区、、松动区范围围控制松动圈扩扩展预应力锚杆、、锚索支护是是主动强化破碎碎围岩的主要方法；；后注浆锚杆、、锚索是被动强化围岩岩的一种方法。。2、主动控制锚锚杆支护系统统扰动围岩再强强化支护理念念二、锚杆支护护基本理论与与新型锚杆、、锚索高地应力、软软弱破碎围岩岩巷道平衡支支护问题位移平衡支护护法－新型预应力力让压锚杆1）巷道开挖后后地应力释放放的不可抗拒拒性2）对地应力释释放实施有控控制让压应力平衡支护护法－通过变换支支护参数平衡衡巷道不同位位置的地应力力1）受构造应力力或采动应力力的影响，巷巷道周边应力力分布不均一一，所以不能能用均一的支支护参数去支支护巷道围岩岩。2）巷道围岩强强度的不均一一性，应根据据围岩的强度度设计支护参参数。龙固煤矿在建建设期间的硐硐室和主要大大断面巷道均均采用了高强强让压锚杆，，取得了较好好的效果。让让压锚杆在新新矿集团、枣枣矿集团、兖兖矿集团和潞潞安集团的动动压高地应力力巷道支护中中被广泛应用用。二、锚杆支护护基本理论与与新型锚杆、、锚索位移平衡支护护法－新型的的预应力让压压锚杆单起动防冲让让压锚杆双起动点防冲冲让压锚杆二、锚杆支护护基本理论与与新型锚杆、、锚索预应力让压锚锚杆工作特性性曲线高强高预应力力让压锚杆－－让压前无让压管和有有让压管工作作特性曲线高强高预应力力让压锚杆－－让压后二、锚杆支护护基本理论与与新型锚杆、、锚索应力平衡支护护法－通过变变换支护参数数平衡巷道不不同位置的地地应力二、锚杆支护护基本理论与与新型锚杆、、锚索预应力锚杆与与围岩主动控控制支护效果果—计算机模拟1.0T安装载荷时的应力分布和变形图1.0T安装载荷时放大后的顶板离层

2.0T安装载荷时的的应力分布和和变形图2.0T安装载荷时放放大后的顶板板离层二、锚杆支护护基本理论与与新型锚杆、、锚索3.0T安装载荷时的应力分布和变形图3.0T安装载荷时放大后的顶板离层

4.0T安装载荷时的应力分布和变形图4.0T安装载荷时放大后的顶板离层

二、锚杆支护护基本理论与与新型锚杆、、锚索预应力锚杆与与围岩主动控控制支护效果果—计算机模拟新矿集团集团团1200m采深巷道支护护效果对比高强预应力锚锚杆支护全螺纹锚杆等等强锚杆支护护二、锚杆支护护基本理论与与新型锚杆、、锚索关于预应力让让压锚杆(锚)应用的体会第一时间主动动控制：复杂围岩条件件下，锚网索索支护成功的的关键是围岩岩早期控制和和主动控制。。锚杆锚索第第一时间产生生预应力是非非常重要的。。锚杆、锚索协协同支护：提高锚杆锚索索预应力后，，锚杆锚索的的增阻速度会会明显加快。。锚杆、锚索索的受力匹配配和变形匹配配是保障支护护系统协同完完成支护任务务的关键。通通常锚杆的预预应力宜在3～5t左右。锚索的的预应力应以以施打锚索时时刻的锚杆受受力大小来确确定。让压量和让压压吨位匹配：：让压锚杆、让让压锚索的使使用是有条件件的。宜在围围岩能量有积积蓄倾向、动动压、围岩变变形速度、地地应力释放快快的条件下使使用。让压量量和让压吨位位的匹配是让让压支护成功功的关键。支护一体：在锚网索支护护体系中，锚锚杆、锚索是是“支”的作用；钢带带、钢筋梯和和网子及喷射射混凝土是“护”作用，良好的的支护系统应应该以“支”为主、以“护”为辅，支护一一体。综合控制：对复杂条件下下的围岩控制制，通常是综综合控制。锚锚注只能适用用于巷道的二二次维修，是是松动圈大量量扩展后使用用的一种支护护方法。成功功的锚网支护护是松动圈得得到了有效控控制，此时围围岩无需锚注注加固。二、锚杆支护护基本理论与与新型锚杆、、锚索锚杆分类材质：木质锚杆、、塑料或是玻玻璃钢锚杆、、金属锚杆锚固：机械锚锚固、粘结锚锚固锚固长度：局局部锚固、全全长锚固目前90％以上的锚固固为金属杆体体，树脂局部部锚固锚杆金属锚杆左旋细丝锚杆杆（Q335、Q500）右旋全螺纹钢钢锚杆（Q335）圆钢麻花锚杆杆（Q215、Q335）3、锚杆形式与与锚杆结构二、锚杆支护护基本理论与与新型锚杆、、锚索左旋预应力阻阻尼锚杆是一种预应力力锚杆。阻尼尼有树脂或塑塑料阻尼、销销式阻尼、金金属盖片式阻阻尼三种;锚固力靠树脂脂粘结力实现现;阻尼打开实现现树脂的充分分搅拌;等待40－60s后，施加锚杆的预预应力操作。4、新型锚杆形式与与锚杆结构二、锚杆支护基本本理论与新型锚杆杆、锚索②左旋细丝预应应力锚杆该锚杆的缺点：加加工过程多了压圆圆、滚丝两个工艺艺。该锚杆的优点：(Ⅰ)锚杆预应力大。由于该锚杆螺纹纹是国标螺纹，螺螺纹螺距2.5mm，螺纹自锁效果好好，通过特制的阻阻尼螺母，锚固树树脂搅拌充分、锚锚固力大，120型气动锚索钻机即即可实现4吨的预紧力。(Ⅱ)锚杆锚固力高。因该锚杆杆体设设计的螺纹方向为为左旋方向和锚杆杆的搅拌树脂方向向（右旋）相反，，在搅拌树脂的过过程中会对树脂产产生一个轴向挤压压力，大量测试表表明，同样杆体直直径和同样树脂的的情况下，左旋细细丝预应力锚杆的的锚固力比右旋等等强全螺纹钢锚杆杆锚杆，锚固力可可提高20％以上。(Ⅲ)杆体的有效断面大大，锚杆强度高。大量试验表明，，同直径同材质的的左旋细丝预应力力锚杆的破断力比比右旋等强全螺纹纹钢锚杆的破断力力高出20％以上。(Ⅳ)左旋细丝预应力锚锚杆因采用了合理理的阻尼螺母，螺螺母材质为球墨铸铸铁，球墨铸铁和和锚杆杆体的摩擦擦力是最小的，另另外采用了减阻特特制塑料垫圈，使使锚杆的扭矩应力力比大大提高。左旋预应力阻尼锚杆二、锚杆支护基本本理论与新型锚杆杆、锚索②左旋细丝预预应力锚杆A六方螺母预应力力锚杆B四方螺母预应力力锚杆图2左旋细丝预应力力锚杆组装示意意图二、锚杆支护基基本理论与新型型锚杆、锚索右旋无阻尼等强强螺纹钢锚杆二、锚杆支护基基本理论与新型型锚杆、锚索该类锚杆的优点：加工制造简单单。该类锚杆的缺点：(Ⅰ)杆体螺距大。通常在10-12mm左右，大螺距螺螺母与杆体咬合合力低，摩擦力力大，时常出现现退丝现象，而而且锚杆安装应应力低，很难达达到2吨以上的预紧力力。(Ⅱ)锚杆锚固力低。因该锚杆杆体体设计的螺纹方方向(右旋)和锚杆的搅拌树树脂方向(右旋搅拌)旋向相同，在搅搅拌树脂的过程程中会对树脂产产生一个向外的的输送力，大量量测试表明，同同样杆体直径和和同样树脂的情情况下，右旋全全螺纹等强锚杆杆的锚固力比左左旋细丝预应力力锚杆，锚固力力降低20％。(Ⅲ)杆体的强度低。大量试验表明明，同直径同材材质的右旋等强强锚杆的破断力力比左旋细丝预预应力锚杆低20％以上。所以右旋全螺纹纹钢等强锚杆已已经不能满足深深部锚网支护的的要求，现在深深部支护中很少少选用。右旋无阻尼等强螺螺纹钢锚杆二、锚杆支护基本本理论与新型锚杆杆、锚索左旋与右旋螺纹钢钢锚杆强度对比左旋滚丝螺纹钢锚锚杆杆体强度右旋等强螺纹钢锚锚杆杆体强度杆体直径(mm)钢材级别（MPa）屈服强度（吨）抗拉强度（吨）国标实测国标实测Ф18MG3358.7≥9.112.6≥13.0Ф20MG33510.8≥10.215.6≥15.0Ф22MG33513.1≥13.3518.9≥20.25杆体直径钢材级别屈服强度(kN)抗拉强度(kN)国标实测国标实测Ф16MG33563≥9092≥130Ф18MG33583≥110121≥160Ф18MG500125≥150163≥200Ф20MG335110≥125160≥185Ф20MG500153≥180202≥240Ф22MG335127≥154186≥220Ф22MG500178≥200235≥270二、锚杆支护基本本理论与新型锚杆杆、锚索③鸟巢锚索目前国内所使用的的光面锚索（如上上图）都是简单的的一条钢绞线。其其缺点有：①锚索直径主要要为15.24mm和17.8mm两种规格，而钻孔孔直径是28mm。锚索树脂和孔壁壁之间很难达到理理想的配合，影响响锚索的锚固力。。②锚索表面光滑滑，影响锚固力。。相同锚固长度的的情况下，光面锚锚索的锚固力小于于螺纹钢的锚固力力。③锚索长度大，，安装时很可能靠靠到孔壁一侧，造造成锚索一侧有树树脂，另一侧无树树脂的现象。这会会大大影响锚索的的抗拉拔力。传统的锚索是钢绞绞线＋锚索托盘＋＋锚具组成，因钢钢绞线为高碳钢材材料、表明光滑，，且钢绞线缠绕角角度很小，造成钢钢绞线的锚固力小小；为增加锚固力力，需增加锚固剂剂使用量，但是锚锚固剂使用量增加加会带来锚索安装装困难，有时候会会出现大尾巴现象象。鉴于此，需开发新新型锚索5、锚索形式与结构构二、锚杆支护基本本理论与新型锚杆杆、锚索③鸟巢锚索①对中、增加锚固面面积：鸟笼的大小一般比锚索索钻孔小2mm，可保证锚索在孔孔中对中,使得树脂在锚索周周围均匀分布,并增加锚固面积，，从而用较少的树树脂用量取得最大大的抗拉拔力。②更好的搅拌树脂：可起到均匀搅拌拌树脂作用，从而而增加锚索抗拉拔拔力。③树脂-锚索有机结合：鸟笼为中空，在树脂搅搅拌过程中，树脂脂充满鸟笼，可使树脂和锚索索融为一体，从而而进一步增加锚索索抗拉拔力。加强管：为了安装方便，，增加加强管，在在锚索接触树脂后后，更容易送入孔孔中。鸟笼具有以下作用用新型笼形锚索二、锚杆支护基本本理论与新型锚杆杆、锚索③鸟巢锚索注浆鸟巢锚索预应力鸟巢锚索国外球形索具国外双股组合锚索索二、锚杆支护基本本理论与新型锚杆杆、锚索科学的锚杆支护设设计，不是简单地地在顶板安装锚杆杆，而应该使每一一根安装的锚杆都都发挥它的最大作作用。煤矿顶板是由不同同层状岩体组合成成的层状组合梁，，为达到最佳组合合梁的锚杆系统设设计应满足下列条条件：1、支护系统设计的的基本原则三、巷道支护系统统设计方法①通过调整锚杆长长度及安装应力，，使锚杆支护系统统应能够控制锚固固范围内的顶板离离层，这需要选择择合理的锚杆类型型、长度和安装应应力。②锚固系统应能够够减少或消除顶板板的拉应力区。③锚杆应能够锚固固在稳定的岩层中中。④锚固系统应有足足够的能力来控制制顶板，并且在整整个需要支护期间间内不失效。松动圈加固与控制制：巷道开挖后必必然要形成松动圈圈，但围岩松动圈圈实际上是动态的的，它与施加的支支护体系的强度、、预应力大小、预预应力施加时间及及围岩结构、地压压强度都有关系。。施加合理的支护护结构，控制围岩岩松动圈的发展和和松动煤岩体的自自身强度是巷道支支护的主要目标。。三、巷道支护系统统设计方法2、煤矿巷道支护的的关键要素合理的安装应力锚杆安装应力的作作用和液压支架的的初撑力的作用很很相似。对于高应应力软岩巷道，合合适的安装应力对对顶板支护效果影影响很大。它是防防止离层发生，增增加围岩自承能力力和减少围岩变形形的关键因素；是是巷道支护成功的的关键因素之一。。合理的锚杆长度锚杆长度是锚杆支支护系统成功的另另一关键因素。合合理的锚杆长度应应保证锚杆锚固在在相对比较坚硬稳稳定的岩层中。但是，若一定范围围内难找到合适的的稳定岩层，应保保证锚固区形成能能承载一定压力、、合理厚度的梁或或拱。合理的锚杆强度和和直径选用锚杆强度与直直径应考虑合理的的效费比，即在提提供同等支护强度度的条件下，单一一支护面积内支护护单元所提供的支支护强度与所需费费用的比值。合理的表面控制由于巷道在软岩或或煤层中掘进，表表面控制对于充分分发挥锚杆支护系系统的作用非常重重要。有效的表面面控制系统应保证证无片帮和冒顶现现象。三、巷道支护系统统设计方法锚杆安装与施工锚杆安装过程中要要实现两个及时①及时施打锚杆杆。实现对围岩的的尽早控制，避免免松动圈的扩展。。②及时实现锚杆杆的安装应力。实实现主动早期加固固围岩，拟制松动动圈扩展。锚杆施工安装过程程中注意事项①三径匹配问题②确保一定的扭矩矩③尽可能选用大扭扭矩帮顶钻机锚杆安装扭矩放大大器合格的锚杆安装应应该满足下列标准准螺母阻尼必须全部部脱落，否则锚杆杆无法达到安装载载荷;塑料垫圈必须溶化化掉;锚杆外露长度不超超过20~30mm;扭矩不能低于240Nm(经验值)。三、巷道支护系统统设计方法螺纹钢杆体与球墨墨铸铁螺母的摩擦擦系数最小，可提提高安装应力。摩摩擦系数比螺纹钢钢杆体＋钢螺母降降低50％以上。特制塑料垫圈能够够使锚杆安装旋转转时产生的热量熔熔化塑料垫圈，以以降低螺母与杆体体的摩擦力。杆体螺母组合摩擦擦系数螺杆和螺母材料µs值①淬火钢对青铜0.06～0.08钢对青铜0.08～0.10钢对耐磨铸铁0.10～0.12钢对灰铸铁0.12～0.15钢对钢0.11～0.17钢对球墨铸铁0.07～0.10预应力锚杆结构与与组成：杆体＋托盘＋阻尼尼螺母＋承载垫圈圈＋减阻垫圈3、支护系统构件匹匹配问题三、巷道支护系统统设计方法锚杆预应力控件：：控制吨位3～6t，锚索预应力控件件：控制吨位6～10t。锚杆预应力控件：：控制吨位3～6t，锚索预应力控件件：控制吨位6～10t。预应力控件三、巷道支护系统统设计方法普板Q235-150×150×10火山口加球形垫圈圈－28.8T普板Q235-150×150×10火山口不加球形垫垫圈－23.6T锰板Q345150×150××6负差（5.5mm）19.0T以上150×150××8负差（7.5mm）23.0T以上150×150××10负差（9.5mm）28.0T以上中板分剪、冲压成成型的球形托盘，，承载力明显提高高。托盘的承载力力与钢材材质有直直接关系，并且还还与托盘的球面大大小、曲率半径有有很大的关系。托盘及钢带等三、巷道支护系统统设计方法W钢带示意图单边钢筋梯示意图图双边钢筋梯示意图图M钢带示意图梯型钢带示意图三、巷道支护系统统设计方法双向高分子聚酯网网－普通的塑料编制制网的优点是成本本低、轻便、抗腐腐蚀等，但其强度度和刚度较低。－双向高分子聚酯酯网具有强度大、、重量轻、刚度好好等诸多优点。但但由于价格较高，，还没有广泛使用用。三、巷道支护系统统设计方法注浆锚杆三、巷道支护系统统设计方法四、部分矿井巷道道支护案例厚松散层深深埋构造复复杂矿井开开拓巷道－－山东鲁西南南地区(菏泽及济宁宁周边一带带)新近施工建建设的一批批矿井均为为厚松散层层深埋矿井井，如滕东东、唐口、、梁宝寺、、龙固、赵赵楼、郭屯屯、彭庄、、杨营、霄霄云、阳城城等煤矿，，均遇到了了深井高地地压软岩巷巷道支护难难的问题。。高地应力深深井回采支支护－新汶矿区有有5个矿井华丰丰、协庄、、孙村、潘潘西、良庄庄开采深度度超过1000m，其中孙村村煤矿延深深水平－1100，采深达到到1300m。华东地区区的徐州矿矿区、淮南南矿区、淮淮北矿区的的老区矿井井和附近的的新建矿井井开采深度度很多接近近1000m或超过1000m。深井开采的的巷道支护护问题已经经成为一个个普遍的技技术难题。。深井软岩围围岩巷道支支护理念应应该是－采用主动围围岩控制方方法，提高高围岩的自自身承载能能力，使支支护结构－－锚杆、锚锚索、金属属网和混凝凝土喷层协协同有效抵抵抗地应力力释放，以以平衡巷道道围岩的变变形，真正正实现锚网网主动支护护。滕东生建煤煤矿：主井井筒筒深度921m，副井井筒筒深度949m，主副井井井壁均采用用素混凝土土。井筒施施工至700m左右时，滕滕东煤矿与与山东科技技大学合作作，采用高高强预应力力锚杆、锚锚索主动预预加固井壁壁围岩，在在井底硐室室群施工过过程也同样样采用了高高强预应力力锚杆＋锚锚索＋金属属网＋钢带带(钢筋梯)＋喷射混凝凝土等复合合支护技术术，取得了了显著的支支护效果，，所有硐室室和巷道达达到了预期期的支护效效果，巷道道维修率不不到2％。四、部分矿矿井巷道支支护案例唐口煤矿：是全国唯唯一一个主主井、付井井、风井均均超1000m的新建矿井井，是当时时济西矿区区最早建设设的新井，，设计年产产300万吨。在矿矿井建设时时期采用了了设计院的的原有设计计，但是硐硐室施工完完毕后，很很短时间内内多处发生生了较大的的变形。针针对这种情情况采用了了锚索、加加长高强锚锚杆和注浆浆锚杆等综综合二次加加固措施，，取得了较较好的加固固效果，最最终获得了了国家科技技进步二等等奖。但是是该成果是是巷道二次次加固维修修取得的，，并没有硐硐室开始施施工时采用用加强支护护的预案，，造成工期期延长。鲁能彭庄煤煤矿：彭庄煤矿矿矿井设计计生产能力力0.45Mt/a，服务年限限51.5年。主付井井井底车场场深度500m，揭露岩性性以细砂岩岩为主，岩岩性相对稳稳定，岩石石硬度系数数平均f＝4~6。个别地段段裂隙发育育，岩性松松软，砂岩岩裂隙水较较多。井底底车场及硐硐室支护以以锚索网喷喷支护为主主，锚杆主主要采用高高强预应力力锚杆，个个别地段因因施工后变变形较大采采用了锚注注加U型钢棚支护护。四、部分矿矿井巷道支支护案例霄云煤矿：霄云煤矿矿是由济宁宁矿业集团团投资兴建建的中型现现代化矿井井，矿井由由济南煤炭炭设计院设设计，采用用立井开拓拓，设主、、副两个井井筒，设计计生产能力力0.9Mt/a。主井深度度840m，付井深度度860m，表土段423m，冻结深度度472m。从主、付井井检查孔得得知，部分分井下硐室室和巷道要要揭露一层层2米左右的膨膨胀性泥岩岩。因此该该矿与山东东科技大学学合作进行行了软岩深深井巷道支支护研究，，由于通过过加强支护护预案，矿矿井建设顺顺利，现在在矿井所有有硐室和巷巷道全部顺顺利施工完完毕。龙固煤矿：是由新矿矿集团开发发建设的国国家重点特特大型矿井井，设计能能力600万t/a，设计深度度为840m。井下硐室联联络复杂，，穿过岩性性变化很大大，以粉砂砂岩、细砂砂岩为主，，中砂岩相相对较少，，且处于构构造破碎带带，岩石平平均硬度在在f＝3～5之间，巷道道支护难度度大。同时时，该矿井井在建设施施工过程中中砂岩裂隙隙水大，给给巷道支护护带来很大大困难。通通过与科研研机构合作作，因地制制宜地采取取了不同支支护形式，，确保了95％的巷道一次支支护成功，并为为矿井的按时投投产提供了可靠靠的技术保障。。四、部分矿井巷巷道支护案例杨营煤矿：肥矿集团投资兴兴建，井田位于于梁山县杨营镇镇。济南煤炭设设计院设计，采采用立井开拓，，设主、副两个个井筒，设计生生产能力0.9Mt/a，矿井服务年限限为42.0年。主井深度681m，付井深度668m。井筒采用冻结结法施工，主、、副井冻结深度度定为540m、588m。自09年6月井筒施工刚过过冻结段，杨营营煤矿即提前与与山东科技大学学开展合作，针针对井底车场所所处层位岩性软软弱破碎、地压压大等特点，对对即将开始施工工的井下硐室群群及车场巷道(马头门、主