專題-淺析深井巷道支護技術

專 題 部 分淺析深井巷道支護技術摘要：隨著煤炭工業(yè)的發(fā)展,礦井開采正經歷著一個由淺到深、由簡單到復雜的過程,深部礦井逐漸增多。影響巷道穩(wěn)定性的因素也隨著增加,深部巷道支護問題越來越引起人們的重視。本文通過對深部巷道礦壓特點、變形規(guī)律、巷道破壞機理、圍巖影響因素以及巷道支護技術的理論研究,提出了深井巷道礦壓的控制應該著重考慮巷道的優(yōu)化布置和改善巷道的支護形式,充分發(fā)揮以錨桿為主體的新型支護以及錨噴、錨索、錨網等聯(lián)合支護形式。關鍵詞：深部開采；礦壓顯現(xiàn)特征； 支護技術0引言 隨著煤炭工業(yè)的發(fā)展,礦井開采正經歷著一個由淺到深、由簡單到復雜的過程,深部礦井逐漸增多。影響巷道穩(wěn)定性的因素也隨著增加,深部巷道支護問題越來越引起人們的重視,煤礦深部開采中的巷道支護成為重要部分。1緒論1.1國內外煤礦深井開采的現(xiàn)狀煤炭資源從淺部開始開采，隨著煤炭采出，開采煤層的埋藏深度必然要增加，開采規(guī)模擴大和機械化水平提高加速了生產礦井向深部發(fā)展。煤礦深井開采是世界上大多數(shù)主要采煤國家目前和將來要面臨的問題，隨著能源需求量大，礦井延深速度加快，一些國有煤礦已開始轉向或即將進入深部開采。由于不同的產煤國家在煤層賦存的自然條件、技術裝備水平和開采技術上的差異、以及在深部開采中出現(xiàn)問題的程度不同。因此國際上尚無統(tǒng)一和公認的根據(jù)采深劃分深井的定量標準。根據(jù)本國國情，一些采煤國家的學者對深井的界定提出的一些見解和論述。前蘇聯(lián)的一部分學者將采深超過600m的礦井歸于深井，而另一部分學者把采深800m作為深井的標準。原西德學者把采深8001200m定為深部開采，把1200m以下稱為超深開采。英國與波蘭把煤礦深部開采的起點定為750m，日本定為600m。我國的中國煤礦開拓系統(tǒng)一書提出按開采深度將礦井劃分為4類，各類的深度范圍見表1-1。表1-1 中國煤礦開拓系統(tǒng)按開采深度對礦井分類礦井類別淺礦井中深礦井深礦井特深礦井采深H/m40040080080012001200在世界主要采煤國家中，德國、英國、波蘭、俄羅斯、日本等都有深部開采礦井。英國煤礦的平均采深為700m，最深的達1000m。德國煤礦礦井的平均采深為947m，最深的達1713m。波蘭煤礦的平均采深為690m，最深的達1300m。俄羅斯已經有許多礦井采深達到12001400m。我國國有煤礦生產礦井中，采深大于700m 的有50處,占總數(shù)的8.35，采深已超過800m 的礦井有25處，分布在開灤、北京、雞西、沈陽、撫順、新汶和徐州等開采歷史較長的老礦區(qū)，特別是東部礦區(qū)。在采深超過1000m 的礦井中，有沈陽彩屯礦(1199m)、開灤趙各莊礦(1160m)、新汶孫村礦(1055m)、北票冠山礦(1059m)和北京門頭溝礦(1008m)。開灤唐山礦、馬家溝礦和林西礦、北票臺吉礦、新汶華豐礦和阜新王家營礦等礦井的開采深度接近1000m。預計1020年后，開采深度大于700m 的礦井將不斷增加。由此可見，深部礦井的開采技術既是當前一些礦井面臨的問題，也是我國煤炭工業(yè)長遠發(fā)展需要十分重視和研究解決的問題。1.2 煤礦深井開采存在的問題1.2.1 礦壓顯現(xiàn)加劇，巷道維護困難隨著礦井采深的不斷增加,礦井逐漸出現(xiàn)礦壓顯現(xiàn)強烈，巷道維護困難，地溫升高和勘探困難，開采條件惡化，生產技術效果和經濟效益下降等問題。一方面,巷道斷面必需加大；另一方面,地壓增大,在深部高應力作用下，圍巖移動更為劇烈,巷道產生變形破壞更為嚴重。深井巷道維護問題已成為整個礦井生產系統(tǒng)中的最薄弱環(huán)節(jié)。1.2.2 煤巖破壞過程強化，沖擊地壓危險性增加我國發(fā)生沖擊地壓的深度在2001000m,由于開采深度的增加,煤巖體應力升高,有沖擊地壓危險的煤層數(shù)量增加,有沖擊地壓的礦井逐漸增多。經調查發(fā)現(xiàn),沖擊地壓發(fā)生的次數(shù)、強度和危害程度隨深度的增加日趨嚴重。1.2.3 瓦斯壓力增高，煤與瓦斯突出危險嚴重我國是世界上煤與瓦斯突出最嚴重的國家之一,截止1986年,已發(fā)生突出的礦井200多個,突出次數(shù)約為 12000 次,約占世界發(fā)生總突出次數(shù)的 1/3。從國內外開采實踐上看，礦井深部開采時瓦斯涌出量一般比較大,煤與瓦斯突出的問題已成為深部開采中不容忽視的重要問題。1.2.4 深熱礦井增加，氣候條件惡化隨著礦井向深部開采,許多國家都遇到了不同程度的熱害問題。礦井氣溫過高嚴重影響人體健康,引發(fā)各種疾病,造成事故率上升,勞動生產率下降,甚至被迫停產。我國深井熱害問題相當嚴重,而我國熱害的治理工作由于缺乏技術、資金等問,大部分礦井熱害治理僅靠通風降溫、灑水降溫,部分礦井采用機械制冷降溫方法?？偟默F(xiàn)狀是技術落后、效果較差,應引起有關方面的高度重視。1.2.5 礦井生產費用升高，經濟效益下降隨著采深的增加，勘探強度加大，地壓、地溫升高，沖擊地壓及煤與瓦斯突出危險增大，相應的要采取一系列措施，如增加設備，加強支護等。同時，井下需要維修的巷道長度增加，到工作地點的距離和時間增加，提升高度大、時間長，主副井提升系統(tǒng)、排水系統(tǒng)環(huán)節(jié)增多，通風系統(tǒng)趨于復雜。這些都導致煤炭生產成本增加，噸煤成本生產費用提高，經濟效益迅速下降。1.3 主要研究內容和預期達到的目標及研究意義在已有研究成果的基礎之上，本文主要研究以下幾個問題：（1）深井巷道圍巖變形影響因素及其變形規(guī)律；（2）深井巷道圍巖變形機理；（3）深井巷道圍巖變形控制的支護對策及錨桿支護參數(shù)設計。采取的研究方法：在廣泛閱讀收集資料的基礎上，采用力學理論分析綜合對比等方法，以期得出深部巷道圍巖變形的機理及其制約因素，進而得出巷道支護設計參數(shù)。隨著我國煤礦開采規(guī)模的擴大,開采深度的逐漸增加,深部開采已經成為煤礦生產的必然過程。深部開采中遇到的礦壓、地熱、瓦斯等主要技術問題日益增多,對當前的煤礦生產和今后礦井建設的影響日趨嚴重。因此,如何面對深部開采的復雜地質條件,及時解決深部開采所涉及的技術性問題，從長遠看，它將對安全、經濟、合理地開發(fā)深部煤炭資源有重要的戰(zhàn)略意義。2 深井巷道壓力特點及變形規(guī)律2.1 深井巷道礦壓顯現(xiàn)的基本特點隨開采深度的增加產生巖石溫度增加，地壓增大，巖石破壞過程強化，巷道圍巖變形劇烈，沖擊地壓強度增大和頻度增加等自然現(xiàn)象。它將嚴重影響著煤礦的安全生產和經濟效益。深部煤層開采復雜化的主要影響因素是礦山壓力，在高應力作用下，圍巖移動更為劇烈，巷道產生變形和破壞也更為嚴重，巷道圍巖變形速度快、變形量大，巷道周邊變形范圍大；巷道對支架的工作特性要求高，初撐力、工作阻力和可縮量均大，即使開掘在底板巖石中的巷道，用拱形金屬支架和各種結構封閉式支護的巷道有時也有巨大變形。巷道從使用期間維護困難已發(fā)展到掘進期間維護困難，掘出后廢棄的巷道增多，巷道掘好后不久將失穩(wěn)，圍巖收縮變形較大，其巷道穩(wěn)定性隨深度增加而逐漸惡化，使深部巷道的維護費用劇增。2.2 深井巷道圍巖變形規(guī)律在重力、工程偏應力、地質構造、巖性、動壓等諸多因素的影響下，深井巖石巷道圍巖具有如下的變形規(guī)律:(1) 深井巷道圍巖具有軟巖流變特性。 (2) 深井巷道圍巖變形具有明顯的時間效應。(3) 深井動壓巷道圍巖自穩(wěn)時間短，收斂變形量大。2.3 深井巷道變形特點2.3.1 巷道變形量大深井巷道礦壓顯現(xiàn)的顯著特點之一是巷道開挖就產生大的收斂變形量。這一特點是由深井巷道圍巖處于破裂狀態(tài)和深井巷道圍巖有較大的破裂范圍決定的。圖2-1 頂?shù)装逡平颗c開采深度的關系圖2-2 巷道變形量隨采深變化的理論前蘇聯(lián)的研究表明，隨開采深度加大，巷道變形量呈近似線性關系增大，從600m開始，開采深度每增加100m，巷道頂?shù)装逑鄬σ平科骄黾?1011，如圖 2-1所示。理論分析表明，深部開采的巷道變形量隨開采深度增大呈近似直線關系增大，如圖 2-2 所示，開采深度每增加 100m 的巷道變形增量與巖體強度有關。2.3.2 掘巷初期變形速度大深井巷道礦壓顯現(xiàn)的另一個顯著特點是，巷道剛掘出時的變形速度很大。巷道掘出后，變形速度隨時間的延續(xù)呈負指數(shù)曲線急劇衰減，經過一定時間后趨于穩(wěn)定，如圖2-3所示。巷道收斂變形主要是由于處于殘余強度狀態(tài)的破裂區(qū)圍巖破裂膨脹變形的結果。因此，深井巷道變形速度的上述規(guī)律表明：（1）巷道圍巖破裂區(qū)的形成經歷了一個時間過程(此時間過程的長短與圍巖破裂范圍即破裂區(qū)厚度有關)；（2）深井巷道圍巖破裂的發(fā)展速度在巷道剛開掘時較快，以后逐漸衰減，直至破裂區(qū)完全形成。圖2-3 深井巷道變形速度特點2.3.3 變形趨于穩(wěn)定的時間長和長期蠕變變形趨于穩(wěn)定要經歷一個較長的時間過程是深井巷道礦壓顯現(xiàn)的又一大特點。從圖2-3可見，巷道的變形穩(wěn)定期(變形趨于穩(wěn)定經歷的時間)約兩個月。巷道變形穩(wěn)定期與圍巖破裂范圍大小有破裂區(qū)厚度越大，巷道變形穩(wěn)定期越長。雖然深井巷道開掘后要經過較長時間變形才能趨于穩(wěn)定，但巷道的收斂變形大部分發(fā)生在開掘后較短的一段時間內。掘巷引起的巷道圍巖變形趨于穩(wěn)定后，變形速度維持在一個較低水平。此后，巷道圍巖保持這一速度不斷變形，長時期處于蠕變狀態(tài)，直至受采動影響。2.3.4 巷道底臌量大底臌量大是深井巷道礦壓顯現(xiàn)的又一個顯著特點。而且，從國內外的有關報道看，深部開采的巷道底臌現(xiàn)象具有普遍性。據(jù)前蘇聯(lián)對部分深井資料的統(tǒng)計分析：（1）隨開采深度增大，易于產生底臌的巷道比重越來越大；（2）底臌量及其在頂?shù)装逑鄬σ平恐兴嫉谋戎仉S開采深度增大而增大。2.3.5 沖擊地壓發(fā)生的頻率和強度增大理論研究和生產實踐都表明，礦山沖擊地壓的發(fā)生、發(fā)生的頻率和沖擊強度與開采深度有密切的關系。隨開采深度增加，煤、巖體因變形而積聚的能量呈二次方關系增加。因此，在深部開采條件下，煤、巖體中積聚了巨大的能量，當采礦活動引起的能量釋放速度大于煤、巖體破壞消耗的能量速度時，導致沖擊地壓的發(fā)生?？傊?，深部開采發(fā)生沖擊地壓的頻率大大增加，沖擊的強度顯著增大。深部開采的沖擊地壓問題在巖體強度較大的礦山更為突出。2.4 深井動壓巷道破壞機理隨著開采深度的增加，巷道圍巖處于高地應力的作用之下，還要受到采動的影響，在淺部表現(xiàn)為硬巖的巖石會逐漸過渡到軟巖范疇，會呈現(xiàn)大地壓、難維護局面。此種意義上的圍巖變形主要指在重力作用下巷道圍巖的變形破壞。這種破壞具有與深度有關而與方向無關（構造應力作用時除外）的特點。剛性支護不能適應圍巖的無休止的流變變形。另一方面，巷道在開挖后，圍巖應力狀態(tài)發(fā)生了較大的改變，切向應力在巷道壁附近出現(xiàn)局部集中，距巷道壁愈遠則愈接近原巖應力狀態(tài)。這時巷道圍巖中任一點其應力狀態(tài)可用二階應力張量表示。而此二階應力張量可分解為兩部分，即球應力張量和偏應力張量。球應力張量不引起形變，它是一種三向均壓狀態(tài)。偏應力張量引起巷道圍巖的變形破壞，因此工程開挖引起的偏應力局部集中是深井巷道圍巖變形破壞的另一主要原因。巷道在掘進工程中，不可避免的要遇到地質構造，如斷層破碎帶、背斜、向斜軸、褶皺帶等，由于煤層群的開采，巷道圍巖還要受到重復采動的動壓影響，雖然有煤柱保護，但實踐證明，由于開采方法的不合理，巷道多數(shù)遭到破壞。研究表明，深井動壓巷道，特別是圍巖強度相對較弱的巷道，圍巖的主要破壞形式和變形機理為擠壓流動變形，其特點是巷道的圍巖為己經遭受過變形破壞的軟弱破碎巖體，在受采動影響或隨時間流變時，這些軟弱破碎圍巖的再變形破壞過程中的體積碎脹導致巷道發(fā)生大的變形。2.5 深井巷道圍巖破壞范圍的影響因素圍巖普遍處于破裂狀態(tài)是深井巷道礦壓的主要持點之一。巷道圍巖破裂范圍破裂區(qū)厚度是圍巖應力與圍巖強度共同作用的結果，可以作為評價深并巷道穩(wěn)定性和支護難易程度的指標。并且，圍巖破裂是深井巷道變形量大的根本原因，破裂區(qū)厚度是巷道變形量的主要決定因素。顯然，巷道圍巖破裂范圍破裂區(qū)厚度是深井巷道礦壓控制的一個重要的基礎參數(shù)。 (1)開采深度的影響1）隨開采深度增大，圍巖破裂區(qū)厚度開始時呈非線性增大，速度較快。以后逐漸變緩，呈近似線性關系增大；2）開采深度對圍巖破裂區(qū)厚度的影響程度與巖石力學性質關系密切：巖體強度越大，影響越小，反之，則影響越大。在一定的應力條件下，圍巖處于彈性狀態(tài)還是塑性狀態(tài)，決定于其極限強度大??；而圍巖處于塑性狀態(tài)還是破裂狀態(tài)，則不僅取決于它的極限強度，而且取決于它的殘余強度和應變軟化程度，特別是殘余強度。分析表明，與巖體極限強度相比，殘余強度對巷道圍巖破裂區(qū)厚度的影響更為突出。（2）極限強度的影響在開采深度、巖體殘余強度和應變軟化程度等條件一定時，巷道圍巖破裂區(qū)厚度隨巖體單向抗壓極限強度增大而減小。（3）殘余強度的影響圖2-4 破裂區(qū)厚度隨開采深度變化的規(guī)律當巖體單向抗壓殘余強度 小于其極限強度c 的5%10%即 /c0.050.10時，巷道圍巖破裂區(qū)厚度隨殘余強度的減小急劇增大；而當殘余強度大于極限強度c的 20%，即/c0.20時，圍巖破裂區(qū)厚度的減小不明顯。巖石力學性質的實驗室試驗表明，巖石(體)的殘余強度一般遠小于其極限強度，因此，加固圍巖，提高其殘余強度應作為深井巷道礦壓控制的一個重要內容。（3）殘余強度的影響當巖體單向抗壓殘余強度 小于其極限強度c 的5%10%即 /c0.050.10時，巷道圍巖破裂區(qū)厚度隨殘余強度的減小急劇增大；而當殘余強度大于極限強度c的 20%即/c0.20時，圍巖破裂區(qū)厚度的減小不明顯。巖石力學性質的實驗室試驗表明，巖石(體)的殘余強度一般遠小于其極限強度，因此，加固圖巖，提高其殘余強度應作為深井巷道礦壓控制的一個重要內容。 (4) 應變軟化程度的影響應變軟化系數(shù)是描述巖石破裂后強度隨應變增大衰減幅度大小的參數(shù)。應變軟化系數(shù)k越大說明巖石的應變軟化程度越大。當其它條件一定時，巖石的應變軟化程度越大即k越大。巷道圍巖破裂區(qū)厚度越大，反之，則越小。（5）支護的影響 支護在巷道圍巖破裂中的作用是一個相當復雜的問題，這里主要從理論上討論支護阻力)Pi對深井巷道破裂范圍的影響。從理論上講提高支護阻力可以減小巷道圍巖破裂范圍。圖2-5是繪制的Lb與Pi的理論曲線。從圖2-5可見：支護阻力Pi對破裂區(qū)厚度的影響很大，這種影響在支護阻力較小時尤為突出。圖2-5 支護阻力對破裂區(qū)厚度的影響得出支架不可能改變圍巖的狀態(tài)的結論，即支架不可能控制圍巖破裂的發(fā)生。因為：現(xiàn)有的支護(架)還沒有控制深并巷道圍巖使之不破裂的能力；支護不及時，不可能在圍巖破裂前實施支護措施；支架架設時與圍巖不能密切接觸只有在圍巖產生較大變形并作用于支架時支護才能反作用于巷道圍巖，而此時圍巖已經破裂。（6）開采的影響開采對巷道圍巖破裂范圍的影響是顯著的。當其它條件一定對，開采相當于使巷道的埋深成倍增加，因而使圍巖破裂范圍明顯增大。2.6 深井巷道的礦壓控制2.6.1 優(yōu)化巷道布置采準巷道的布置應避開煤柱集中應力、構造集中應力、采動應力的影響,選擇在巖性較為穩(wěn)定的巖石中。深部采區(qū)主要準備巷道應以巖巷為主或至少布置一條巖巷。隨著深度的增加，回采工作面推進后煤體塑性區(qū)增加，致使區(qū)段煤柱留設寬度隨之增加，為保證采區(qū)回收率，減少巷道維護，工作面回采巷道宜采用無煤柱護巷的形式。巷道施工在遇到以壓應力為主的褶曲、逆斷層時，巷道方向盡量與褶曲軸或斷層走向垂直或斜交；在遇到以拉應力為主的正斷層時，巷道方向則與斷層走向一致或斜交，從而達到減小礦壓顯現(xiàn)的目的?；夭上锏啦贾玫姆轿粦构ぷ髅骐x開斷層推進，使采區(qū)一翼內工作面同向推進。避免巷道相向掘進和巷道近距離平行布置，減少相交巷道(或避開銳角),從而減小應力集中，減少發(fā)生沖擊地壓的危險性。2.6.2 改革巷道支護形式對國內外大量深井開采礦井的研究表明，布置在中硬以下巖層中的巷道變形破壞嚴重，當采深在8001000m以上時，在中硬及中硬以上巖層內布置的巷道，若采用傳統(tǒng)的支護方式，巷道維護仍很困難。因此，深井中，除要求合理布置巷道位置外，還應根據(jù)深井礦壓特點，巷道支護必須滿足既能加固圍巖又能提供較大的支護力、具有較大的可縮性和一定的初撐力等要求，根據(jù)圍巖狀況和巷道條件，采用不同的支護形式。目前，深井巷道應采用的主要支護及控制措施有以下幾方面：(1) 在采準巷道中發(fā)展多種形式的U鋼可縮性支架，是解決圍巖高應力、大變形的有效支護形式。提高支架架設質量，加強壁后充填，改善支架受力狀況。(2) 發(fā)展以錨桿為主體的新型支護，即錨噴支護、錨梁網組合支護、錨桿與可縮性支架聯(lián)合支護以及可縮性錨桿等。合理選擇支護形式和參數(shù)，加強質量管理，完善檢測手段等是錨桿支護應用的重要問題。(3) 針對采準巷道不同時期，采動影響引起的不同圍巖移動特征，采用改變巷道支護方式、調節(jié)巷道支護強度的非等強多次支護工藝，對改善深井巷道的技術經濟效益有重要意義。(4) 錨噴網聯(lián)合支護在服務年限長，圍巖較穩(wěn)定的深井巷道中廣泛應用，這一支護形式能充分發(fā)揮圍巖自承能力，防止水及空氣對圍巖的風化作用。2.7 深井回采工作面的礦壓控制措施 (1) 對工作面前方已產生裂隙的煤、巖體，超前工作面注漿，注入樹脂類粘結劑，使其固化，提高煤巖體自身強度，保證其穩(wěn)定性；也可采用深孔樹脂錨桿加固頂板和煤壁。(2) 盡量縮小端面空頂距,減小無支護面積。若液壓支架前探梁有伸縮功能,更有利于新暴露頂板的及時維護,特別有利于片幫后裸露頂板的管理。(3) 提高前梁支撐力,及早地使支撐力與頂板壓力取得平衡,減小新暴露頂板的離層、撓曲機率。加強移架工序的管理,盡力減少破碎頂板的活動程度。(4) 對單體支柱工作面,頂梁上盡量鋪笆或金屬網,若有漏頂,應及時構頂填實,以防頂板失控,導致支架的失穩(wěn)。(5) 要有合理的開采順序和回采方向,避免應力疊加造成煤壁壓酥,頂板破壞。(6) 工作面上、下出口及上、下順槽超前支承壓力的應力疊加帶,應優(yōu)先選用穩(wěn)定性較好的十字鉸接頂梁支護系統(tǒng)。(7) 要踏實地做好測壓工作,掌握初次垮落、初次來壓、周期來壓步距、超前支承壓力的有害影響范圍、支柱載荷及巷道圍巖變形規(guī)律,以便針對性地做好量化管理。3 深部巷道支護技術研究3.1 深部開采支護技術圍巖狀態(tài)是巷道礦壓控制的基礎。由于開采深度大，深井巷道圍巖普遍處于破裂狀態(tài)，這與中淺部開采有所不同。并且，現(xiàn)有支護不可能改變深井巷道圍巖的破裂狀態(tài)因此，深部開采巷道礦壓控制原則的確定和控制措施的采用都應建立在圍巖破裂狀態(tài)的基礎上。支護不能改變深并巷道圍巖破裂狀態(tài)的含義是支護不能控制圍巖破裂的發(fā)生，這有理論和實踐兩方面的原因。開采深度越大，巖體強度越小，欲控制圍巖不破裂從理論上應提供的支護阻力就越大，如圖3-1所示。從圖3-1可見，即使支架能提供1MPa的支護阻力，支架從理論上控制圍巖不破裂的可能性對于泥巖在開采深度超過260m時已不存在，砂頁巖只在開采深度小于490m、砂巖只在開采深度小于約900m時存在這種可能性。支護阻力越小、巷道圍巖強度越低支架從理論上能控制圍巖不破裂的開采深度就越小。圖3-1 Pmin與開采深度和巖性的關系泥巖： c =3.8MPa；=0.2MPa； =25；k =1沙頁巖： c =9.8MPa；=0.49MP； =30；k =1；砂巖： c =19.6MPa；=0.98MPa； =35；k =13.1.1 深井巷道控制的原則巷道圍巖破裂范圍是深井巷道圍巖穩(wěn)定性、變形量大小和支護難易程度的決定因素。雖然深井巷道圍巖的破裂狀態(tài)不能改變，但采取包括支護在內的一切礦壓控制措施，控制圍巖破裂的發(fā)展、減小圍巖破裂范圍是可能的。礦山壓力的任何控制措施都是建立在礦山壓力的影響因素基礎上的；影響圍巖破裂范圍的主要因素也就是影響深井巷道礦壓的主要因素。這些因素包括：（1）巷道所處應力場，包括開采深度和采動影響等；（2）巷道圍巖的力學性質，主要有巖體的極限強度、殘余強度和應變軟化程度，此外，巖體彈性模量對巷道變形有較大的影響；（3）巷道支護與維護方式等。通常，開采深度是不可選擇的，只要人類繼續(xù)有對礦產資源的需求，開采就必然向深部發(fā)展，或遲或早。而其它因素的影響都可以通過采取適當?shù)拇胧┙档偷揭欢ǔ潭龋械膭t完全可以消除它們的影響。例如，采用前進式采煤法可以避免超前支承壓力的影響而掘前預采則可以完全消除采動的影響。（1）深并巷道礦壓控制的總體原則深井巷道礦壓控制總的原則是：采取一切可能的措施，減小巷道圍巖的破裂范圍。這是由深井巷道圍巖狀態(tài)的特點決定的。減小巷道圍巖破裂范圍可以采取多方面的技術措施，如圖3-2所示。這些技術措施歸根結底是通過降低應力和保證巷道圍巖有較高的強度或提高巖體強度，從而達到減小巷道圍巖破裂范圍、提高巷道穩(wěn)定性的目的。圖3-2 巷道保護方式1無煤柱，2小煤柱，3大煤柱；破裂區(qū)，塑性區(qū)，彈性(應力升高)區(qū)，原巖應力區(qū)選擇適當?shù)南锏牢恢煤拖锏辣Ｗo方法是深井巷道礦壓控制的基本要求和原則，合理的巷道支護是深井巷道礦壓控制的根本保證。通常，巖層卸壓和單純的巖層加固作為深并巷道礦壓控制的輔助措施。然而，在圍巖條件相當差的情況下，巖層加固是必須的；在巖層壓力很大的情況下，巖層卸壓是必需的；有時，巖層卸壓和巖層加固都是必要的。深井巷道礦壓控制的難點依然是采準巷道，特別是不得不布置在煤層中的回采巷道，在深部開采條件下當受到數(shù)倍于原巖應力的支承壓力作用時將變得很難維護。改善煤層平巷的維護條件應采取多方面的措施，最根本的措施是改變開采體系，即改后退式回采為前進式回采。后退式采煤法，由于區(qū)段平巷在工作面回采前一次掘出，在深部開采條件下掘巷時就會產生較大變形，受采煤工作面超前支承壓力的影響，巷道維護狀況將進一步惡化，產生嚴重變形甚至破壞，結果不得不翻修。采用前進式采煤體系時，區(qū)段平巷隨采隨掘，不僅維護時間短，而且不受工作面前方移動支承壓力的影響，對深部開采的煤層平巷維護比較有利。開采深度越大，前進式采煤體系的優(yōu)點越突出。然而，需要指出的是，由于前進式采煤法必然要與沿空留巷相結合，而在厚煤層中沿空留巷通常比較困難，特別是在深部開采的條件下，因此前進式采煤法應首先在薄煤層和厚度較小的中厚煤層中推廣應用。（2）深井巷道布置原則同中淺部開采一樣，深部開采的巷道也應布置在：1）開采形成的應力降低區(qū)；2）強度高、整體性好的穩(wěn)定巖層中。就巷道位置而言，不外乎巷道的埋藏深度、巷道與采場或其它巷道的相對位置以及巷道所處的巖層層位。開采深度是不可選擇的，因而從這種意義上說，巷道埋藏深度也不可選擇。然而，巷道與采空區(qū)的相對位置和巷道的巖層層位通常有較大的選擇余地。巖石力學性質是影響深井巷道礦山壓力的一個主要方面。好的圍巖條件能在一定程度上甚至大大削弱開采深度和采動對深井巷道圍巖穩(wěn)定性的影響，因為巷道圍巖穩(wěn)定性取決于圍巖應力與圍巖強度相互作用的結果，即圍巖狀態(tài)或圍巖破裂范圍。煤礦開采的實踐也表明，若巷道圍巖為厚層砂巖或整體性好的石灰?guī)r，即使開采深度超過1000m，巷道變形量也很小，用一般支護方法也能成功地維護。相反，若巷道圍巖為節(jié)理裂隙發(fā)育、強度低的松散軟弱巖層，即使開采深度僅300400 m，巷道變形量也很大，常規(guī)支護方法已很難維護。因此，可以認為，在深部開采條件下，巖性對巷道圍巖穩(wěn)定性的影響比中、淺部開采突出。巷道布置在開采形成的應力降低區(qū)內，不僅可以免受采動的影響，而且，由于應力降低區(qū)內的應力低于原巖應力，因此還可以在一定程度上減小開采深度的影響。眾所周知，開采將在采場四周形成支承壓力，并向底板巖層中傳播在煤層底板巖層中形成應力升高區(qū)。通常，開采形成的支承壓力是原巖應力的數(shù)倍，甚至十倍以上，與采動狀況、距離煤壁邊緣的距離和與采空區(qū)的相對位置等因素有關。顯然，開采的影響等價于開采深度的成倍增加，從而使巷道所處的應力成倍增大。在很大程度上可以說，采動對深井巷道維護的影響遠遠超過開采深度的影響。不過，開采深度不能選擇，而通過適當?shù)卮_定巷道位置，可以避免或減小開采形成的支承壓力的影響。這就是將巷道布置在開采形成的應力降低區(qū)。（3）無煤柱護巷原則留煤柱和不留煤柱是巷道保護的兩種基本方式。在深部開采條件下，由于支承壓力峰值處距煤壁邊緣的距離x0和支承壓力的影響范圍 L 增大，因此，為了避免支承壓力的影響，留煤柱護巷勢必大大增大護巷煤柱寬度 (圖3-2 中第3種巷道布置方案)。然而理論分析和現(xiàn)場實踐都表明，要完全避免支承壓力的影響，在深井條件下煤柱寬度將達100150m以上，如圖3-3和圖3-4所示。開采深度越大，煤體強度越低，不受支承壓力影響需要留的護巷煤柱寬度越大。毫無疑問，通過加大煤柱尺寸來改善深井巷道的維護條件效果并不理想，并且會造成煤炭資源的極大損失。 留煤柱護巷在實踐中較普遍的是留寬度較小的煤柱，這對深井巷道的維護極為不利。在深部開采條件下，若護巷煤柱的寬度為 1020m，巷道將位于支承壓力峰值附近，甚至恰恰位于支承壓力峰值處(圖3-2中巷道位置2)。由于煤柱上作用的支承壓力向底板巖層中傳播，在煤柱下方的底板巖層中形成應力升高區(qū)，應力成倍增大，因此，留煤柱對底板巖巷或下部煤層巷道的維護極為不利。無煤柱護巷的實質是將巷道布置在應力降低區(qū)或使巷道處于低應力區(qū)，避免開采形成的數(shù)倍于原巖應力的支承壓力的影響，這對深井巷道維護較為有利。因此，無煤柱護巷應作為深井巷道礦壓控制的一條基本原則。圖3-3 壓力與煤柱寬度的關系 圖3-4 巷道變形與煤柱寬度的關系H=300m；H600m；1圍巖穩(wěn)定性好；2圍巖穩(wěn)定性差（4）巷道圍巖破裂區(qū)原則它的內涵是，在深部開采條件下，支護不可能改變巷道圍巖的破裂狀態(tài)，因此應允許圍巖出現(xiàn)破裂區(qū)，即應允許支架工作在巷道圍巖特性曲線的破裂點之后。在深部開采條件下：有支護不可能提供足以阻止巷道圍巖破裂的支護阻力； 支護無法在巷道圍巖破裂前施加影響，因為掘巷(炮掘爆破)時圍巖已開始破裂。因此，與中、淺部開采不同，對于煤系地層，深部開采的巷道圍巖破裂是必然的，應該并且只能允許圍巖破裂。按照現(xiàn)有的巷道支護理論(如圖3-5所示)，巷道支架的工作點應在圍巖破裂點之前。并且，當支架工作點位于圍巖破裂點之后時，支架將有可能承受較大的壓力。圖 3-5 圍巖與支架相互作用關系1圍巖特性曲線；2支架特性曲線；c圍巖破裂點 綜上所述，應允許深井巷退圍巖破裂，但必須將破裂控制在一定范圍內。允許圍巖破裂有利于充分利用圍巖的自承能力，減小支架載荷。（5）先柔后剛、二次支護原則這一原則是由深井巷道的變形特點決定的。深井巷道剛掘進時，圍巖破裂發(fā)展很快，巷道變形速度大，壓力大，來壓快；以后變形速度逐漸減小并趨于穩(wěn)定，保持較低的變形速度而處于長期蠕變狀態(tài)，直至受到采動影響。為了適應深井巷道的上述變形特點，應采用先柔后剛的二次支護方式。一次支護應允許巷道圍巖變形，具有一定“柔性”，以釋放大的變形壓力，充分利用圍巖的自承能力。理想的一次支護方式應既能適應掘巷初期巷道變形速度大的特點，又能加固巷道圍巖，盡早控制圍巖破裂的擴展。從這種意義上說、以加固圍巖為主的錨噴(網)支護是比以被動支護為特征的支架更理想的一次支護方式。二次支護應能適應圍巖破裂區(qū)形成后巷道長期緩慢變形的特點，具有較大的剛性、以保證破裂區(qū)圍巖的穩(wěn)定性。此外，還要求支架(護)必須具有足夠大的可縮量。3.1.2 巷道支護的主要形式可縮性金屬支架；錨桿支護；錨索支護；錨桿噴射混凝土支護（簡稱錨噴支護）；錨桿、金屬網支護（簡稱錨網支護）；錨桿、金屬網、噴射混凝土支護（簡稱錨噴網支護）；錨桿、金屬網、鋼架、噴射混凝土支護（簡稱錨網噴架支護）；錨桿、噴射混凝土和錨索聯(lián)合支護（簡稱錨噴索支護）；錨桿、金屬網和錨索聯(lián)合支護（簡稱錨網索支護）；錨桿、梁、金屬網聯(lián)合支護（簡稱錨梁網支護）；錨桿、金屬網和可錨性金屬支架聯(lián)合支護（簡稱錨網架支護）；錨桿、金屬網和桁架支護（簡稱錨網桁支護）；錨、梁、網、噴、注漿聯(lián)合支護；錨、網、噴、碹聯(lián)合支護等。3.1.3 開拓巷道支護礦井的斜井、大巷、硐室、石門等工程，多屬永久性工程，服務年限長，又稱為開拓巷道，因此對此巷道的支護要首先考慮以下3個主要因素：巷道布置層位；開采時動壓作用影響；支護形式。(1) 對于巷道的開拓布置，避開人為的巷道破壞是非常重要的。巷道的布置選在穩(wěn)定和較穩(wěn)定的巖層中。(2) 在開采過程中，為巷道免受圍巖二次變形的破壞，最好在巷道掘進之前或掘進后就應該先采出位于巷道之上的一個煤層或一個亞階段，使巷道在卸壓區(qū)域中開掘和使用，其后開采其它區(qū)段對它不再有較大的影響，周圍的巖層也相應的保持了穩(wěn)定。(3) 巷道支護形式，在穩(wěn)定或較穩(wěn)定的圍巖中，以錨、網、噴結構形式支護最為理想。(4) 在不穩(wěn)定和極不穩(wěn)定的巖層中，單靠一種支護形式難以取得滿意效果，因此可因地制宜的采取不同形式進行加固或聯(lián)合支護。3.1.4 采區(qū)巷道支護采區(qū)上山(下山)巷道多數(shù)采用煤、半煤巖掘進，一部分也可布置在煤層的底板，但其影響支護的關鍵是無煤柱開采，多回收煤柱而帶來的動壓破壞變形，這種情況在近距離煤層開采中尤為突出。因此，作為上山(下山)在巷道斷面與支護上，考慮首先要采用拱形斷面為宜,并留有一定的可縮系數(shù),以保證巷道的使用斷面，支護上采用錨、網、噴支護,在上部回采工作跨采之前對上山(下山)巷道采用錨梁、型棚可縮支架、錨索等強全螺紋全錨錨桿進行加固。當矩形斷面跨度超過3m時,在錨、背、網的基礎上,則必須再加外部支架進行支護,特別是上山(下山)片口更應如此,防止巖梁受拉斷裂冒頂。通過上述支護措施,便可達到巷道維護,不丟失煤柱資源和安全使用的目的。3.1.5 采區(qū)工作面支護采區(qū)工作面受回采工作面采動壓力作用破壞變形最為嚴重,它的支護好壞直接影響著生產和安全。解決這一問題,煤柱護巷已不能從根本上解決深部開采條件下的支護問題，軌運合一，采后留巷，也很難對采空區(qū)邊緣的巷道支護好。因此,以沿空擦邊送巷,取消保護煤柱,將對巷道支護起到巨大作用。在支護上采用組合式錨桿支護,即巷道以金屬網、W鋼帶背實,沿巷道兩肩窩和底角配備加長錨桿和異形托盤進行錨固,頂板再每隔一排錨桿間距打二排錨索加固。對于厚煤層開采的中下分層支護,因頂板處于假頂狀態(tài),故兩幫除錨、背、網外，還需要另增設框式可縮性支架。3.1.6 回采工作面切眼支護回采工作面除綜采切眼外，斷面較小,而且停放時間短,比較容易控制,一般的支護采用錨、背、網與增設單體支柱掛頂梁聯(lián)合支護即可。但在綜采工作面切眼支護上難度較大,它受斷面大,且支護的支架受安裝綜采支架的影響,以及原支護支架的回收因素。因此,如沒有相應對策,將難以保證安全。所以,對綜采切眼的支護應按照下列方法進行支護：(1) 采用“錨、帶、網、支聯(lián)合支護,一次成巷,避免分次支護,刷大時造成冒頂事故,特別是對復合頂板,給二次擴幫支設支架帶來不安全因素。(2) 使用錨桿、金屬網、W鋼帶要緊跟掘進工作面,避免復合頂板離層現(xiàn)象,尤其是安裝綜采設備回收框式支架后,錨、帶、網將給安裝工作帶來安全保證。(3)框式支架的兩根立柱,必須具備可縮性和初撐力,安裝時先支后回來調整兩立柱之間的距離,便于綜采支架安裝?？傊?，降低應力，加固圍巖和在此基礎上采用符合圍巖變形規(guī)律的支護形式是深井巷道維護的基本方法。3.2 可縮性金屬支架3.2.1 U 型鋼拱形可縮性支架U型鋼拱形可縮性支架結構比較簡單，承載能力大，可縮性較好，是U型鋼可縮性支架中使用最廣泛的一種，如圖 3-6所示。分為：(1) 半圓拱可縮性支架；(2) 三心拱直腿可縮性支架；(3)三心拱曲腿可縮性支架。拱形U型鋼可縮性支架的優(yōu)點是：(1)支架受力均勻，特別是對非均勻載荷，不穩(wěn)定圍巖和動壓巷道有良好的適應性。(2)由于支架鉸接處彎矩較小，從而使支架承載能力提高了23倍。(3)支架的可縮性較好，支護效果好。拱形U型鋼可縮性支架的缺點是：(1)在煤層開采厚度較小的情況下掘進巷道時，不利于保持巷道頂板的完整性和穩(wěn)定性，在工作面與巷道連接處比較難以安裝；(2)在非機械化掘進的條件下，拱形巷道斷面施工也比較困難。3.2.2 U 型鋼環(huán)形可縮性支架環(huán)形可縮性支架又稱封閉形可縮性支架，支架各節(jié)連接形成一個環(huán)形。封閉形支架與拱形、梯形支架的不同之處在于其底部是封閉的，其優(yōu)點是：由于支架本身是一個閉合體，其承載能力較拱形、梯形支架有較大的提高，支架變形損壞小；由于支架底部封閉，對巷道底臌有良好的控制作用，對巷道兩幫也有較強的控制能力。環(huán)形可縮性支架缺點是結構復雜、鋼材消耗多、成本高。通常只在圍巖松軟、采深大、壓力大、底臌嚴重、兩幫移近量很大的巷道才使用這種支架。環(huán)形可縮性支架的主要類型有馬蹄形、圓形、方環(huán)形、長環(huán)形等。圖3-6 四節(jié)三心拱曲腿U型鋼可縮性支架3.2.2 U 型鋼環(huán)形可縮性支架環(huán)形可縮性支架又稱封閉形可縮性支架，支架各節(jié)連接形成一個環(huán)形。封閉形支架與拱形、梯形支架的不同之處在于其底部是封閉的，其優(yōu)點是：由于支架本身是一個閉合體，其承載能力較拱形、梯形支架有較大的提高，支架變形損壞??；由于支架底部封閉，對巷道底臌有良好的控制作用，對巷道兩幫也有較強的控制能力。環(huán)形可縮性支架缺點是結構復雜、鋼材消耗多、成本高。通常只在圍巖松軟、采深大、壓力大、底臌嚴重、兩幫移近量很大的巷道才使用這種支架。環(huán)形可縮性支架的主要類型有馬蹄形、圓形、方環(huán)形、長環(huán)形等。3.2.3 梯形可縮性金屬支架梯形可縮性金屬支架一般采用礦用工字鋼制作的，它是一梁二柱結構。頂梁用礦用工字鋼制造，與剛性梯形支架的頂梁一樣不能收縮讓壓。柱腿由帶可縮性柱頭的兩節(jié)U型鋼組成。該支架只對頂壓有可縮性，梁柱接口長度150mm，柱腿扎角為80（或自行調整）。圖3-7 六節(jié)馬蹄形U型鋼可縮性支架梯形可縮性支架在我國巷道金屬支架系列中采用兩種礦用工字鋼（11號、12號）和兩種U型鋼（25U、29U）。礦用工字鋼可縮性支架的力學性能是它垂直可縮，其承載能力小。它適用于圍巖較穩(wěn)定，頂壓較大，側壓較小，多用于巷道斷面小于18m2的炮采工作面的兩巷及綜采工作面回風平巷。梯形可縮性金屬支架的特點：掘進施工簡便，斷面利用率高，有利于保持頂板完整性，巷道與工作面連接處支護作業(yè)簡單，但支架承載能力較小。因此梯形支架通常適用于開采深度不大、斷面較小、壓力不太大的巷道，也可用在圍巖變形較大的巷中。3.2.4 可縮性金屬支架的選擇拱形支架在我國使用廣泛，特別是在巷道圍巖變形量和壓力較大的情況下，使用拱形支架更有其優(yōu)越性。環(huán)形可縮性金屬支架的承載能力大，能有效地控制巷道底臌和兩幫移近，適宜在圍巖壓力大，特別是兩幫壓力大、底臌嚴重的巷道中使用。當側壓和底臌不甚嚴重、巷道壓力和圍巖變形亦不太大(一般頂?shù)住蓭鸵平啃∮?00800mm)，并且巷道斷面積小于10 m2時，可使用梯形可縮性金屬支架。U型鋼可縮性金屬支架，我國煤礦已有許多架型，但在理論上比較成熟，現(xiàn)場使用效果較好的主要有8種，它們是：梯形可縮性支架、半圓拱可縮性支架、三心拱直腿可縮性支架、三心拱曲腿可縮性支架、多鉸摩擦可縮性支架、馬蹄形可縮性支架、圓形可縮性支架、方(長)環(huán)形可縮性支架，現(xiàn)將它們的力學特性及其適用條件見表3-1中。表3-1 U型鋼可縮性金屬支架力學特性及其適用條件支架架型主要力學特性適用條件梯形可縮性支架垂直、側向均可縮，承載能力較小圍巖較穩(wěn)定，頂壓較大，側壓較小，變形量中等（k=1025），凈斷面小于 10m2的巷道(k巷道移近量)半圓拱可縮性支架承載能力較大，特別是在均壓時適用于回采巷道和集中皮帶機道連通的石門，圍巖壓力較大，較均勻或由一定的側壓，k1035的巷道三心拱直腿可縮性支架承載能力較大，特別是在頂壓大時適用于回采巷道和集中皮帶機道連通的石門，圍巖壓力較大，特別是頂壓較大，k1035的巷道三心拱曲腿可縮性支架承載能力較大，具有一定抗側壓能力適用于回采巷道和集中皮帶機道連通的石門，圍巖壓力較大，壓力較均勻，頂壓、側壓均較大，k1035的巷道多鉸摩擦可縮性支架承載能力大，能適應各方向來壓 圍巖壓力大，且不均勻或為動壓，k1035的巷道馬蹄形可縮性支架承載能力大，有一定的抗底臌和兩幫移近的能力圍巖松軟，移近量較大，特別是在底臌和兩幫移近較嚴重，k3035的巷道圓形可縮性支架承載能力大，抗底臌和兩幫移近的能力大，特別是在均壓時圍巖松軟，移近量較大， 底臌和兩幫移近較嚴重，壓力較均勻，k3035的巷道方(長)環(huán)形可縮性支架承載能力大，抗底臌和兩幫移近的能力大，特別是在肩壓大，壓力不勻時圍巖松軟，移近量較大，底臌和兩幫移近較嚴重，壓力不太均勻，k3035的巷道3.3 錨桿支護原理及設計方法3.3.1 錨桿支護原理錨桿的懸吊作用是用錨桿將軟弱的危巖、偽頂或直接頂懸掛于上方堅固的穩(wěn)定巖層之中，如圖3-8所示。該理論直觀簡單，在不穩(wěn)定巖層厚度容易確定的條件下應用較為方便。錨桿長度按3-1式確定。不穩(wěn)定地層厚度根據(jù)地質調查或冒落拱高度確定，當其數(shù)值較難確定或厚度過大時，支護參數(shù)不易確定，此時懸吊理論的應用遇到困難。 L = KH+L1 +L2 (3-1)式中 L錨桿長度；H軟弱巖層厚度或冒落頂高度；K安全系數(shù)，一般 K2；L1錨桿錨入穩(wěn)定巖層的深度，一般可按經驗取 0.3m；L2錨桿在巷道中外露的長度。層狀頂板中，較薄的頂板巖層容易發(fā)生離層開裂破壞，錨桿支護的組合梁作用是通過錨桿的錨固力把數(shù)層薄的巖層組合起來，增大了巖層間的摩擦力，同時錨桿本身也提供一定的抗剪力，阻止巖層層間的相對移動，從而形成類似錨釘加固的組合梁。圖3-8錨桿支護的懸吊作用組合梁中全部錨固層共同變形，提高了頂板巖層整體的抗彎能力，從而大大減少巖層的變形和彎張應力，其工作原理如圖3-9和圖3-10所示。但是在深部工程中，圍巖應力及變形量大，頂板巖層連續(xù)性遭受破壞，從而失去傳遞拉應力和彎矩的能力，層狀頂板失去“梁”的應力及變形特征，組合梁觀點不再適用。圖 3-9 錨桿支護的組合梁原理圖 圖 3-10 板梁組合前后的撓曲應力對比關于錨桿對圍巖的支護原理，首先是從懸吊概念開始認識的，即認為錨桿的作用僅在于把圍巖表面的松脫巖石“懸吊”在深部穩(wěn)定巖體上。但后來一系列的事實說明這種概念并不能全面反映客觀情況，錨桿不一定非要深深錨入穩(wěn)固巖體中才能起到支護作用。所以就產生了“壓縮拱”作用理論。該理論認為，在錨桿錨固力的作用下，每根錨桿周圍形成一個兩頭帶圓錐的筒狀壓縮區(qū)。各錨桿所形成的壓縮區(qū)彼此聯(lián)成一個有一定厚度的均勻壓縮帶，該帶具有較大的承載能力（如圖3-11所示）。如果是拱形或圓形巷道，把錨桿以適當?shù)拈g距沿拱形系統(tǒng)安裝，就會在巷道周圍形成連續(xù)的均勻壓縮帶，并起到拱的作用（圖3-12所示）。圖3-11 錨固體的均勻壓縮帶 圖3-12 錨桿支護的均勻壓縮拱錨桿的長度與間距，決定了連續(xù)均勻壓縮拱能否形成及形成后的厚薄。加固拱的厚度可按式3-2確定。由于均勻壓縮拱內的徑向及切向均受壓，故這部分圍巖強度得到了很大提高，其承載能力也相應增大。 b=l-a/tg (3-2)式中 b加固拱厚度；a錨桿間距；l錨桿長度；錨固體與錨桿的夾角，一般取45。圖3-13錨固體的應力應變曲線另外錨桿支護還可對破裂圍巖起加固作用。巷道開挖后，圍巖發(fā)生破裂，在打入錨桿后，一方面可以阻止圍巖裂隙的過度發(fā)展，另一方面錨桿將破裂圍巖錨固起來，使其強度大大提高?？傊?，錨、網對破碎巖體有強有力的支護作用。3.3.2 錨桿支護設計方法井下巷道（特別是回采巷道）突出特點就是承受采動支承壓力，圍巖破碎、變形量大。煤礦井下巷道錨桿支護設計，首先要對巷道所要經受采動影響過程及影響程度進行準確的評估，對巷道使用要求和設計目標要予以準確定位。工程設計之前，對圍巖的地質條件、巖體強度、松動圈、采動影響程度、礦壓顯現(xiàn)規(guī)律等因素要進行深入的調查分析，必要時對原巖應力的大小和方向進行測試，為支護設計提供可靠的基礎數(shù)據(jù)資料，這是取得良好設計效果的重要保證。目前，我國煤巷錨桿支護參數(shù)設計，主要應用工程類比法和理論計算方法，工程類比方法占較大比重。理論計算方法往往用來檢驗工程類比法的可靠性程度。工程類比法，是在現(xiàn)有理論基礎上，參照已有大量工程實踐的經驗參數(shù)，通過工程相似條件下的類比，直接確定新開工程支護參數(shù)的一種方法。理論計算方法是在測得巖體和支護材料力學參數(shù)前提下，根據(jù)圍巖力學特征建立數(shù)學模型，然后利用相應錨桿支護作用機理和相關支護理論確定錨桿支護參數(shù)的方法。3.4 錨噴支護3.4.1 錨噴支護方法錨噴支護是指聯(lián)合使用錨桿和噴混凝土或噴漿的支護。這類支護的特點是，通過加固圍巖、提高圍巖自撐能力來達到維護的目的。深井巷道錨噴支護能加固圍巖，提高圍巖強度，減小破裂區(qū)厚度。噴射混凝土，是將混凝土的混合料以高速噴射到巷道圍巖表面而形成的支架結構。其支護作用主要體現(xiàn)在：(1)加固作用 巷道掘進后及時噴上混凝土，封閉圍巖暴露面，防止風化；在有張開型裂隙的圍巖中，噴射混凝土充填到裂隙中起到粘結作用，從而提高了裂隙性圍巖的程度。(2)改善圍巖應力狀態(tài)，由于噴射混凝土層與圍巖全面緊密接觸，緩解了圍巖凸凹表面的應力集中程度；圍巖與噴層形成協(xié)調的力學系統(tǒng)，圍巖表面由支護前的雙向應力狀態(tài)，轉為三向應力狀態(tài)，提高了圍巖的穩(wěn)定程度。3.4.2 錨噴支護的特點錨噴支護能大量節(jié)約原材料，且簡單、易行、易機械化施工，施工速度快，其主要特點有：(1)支護及時迅速，在松軟巖層或松散破碎的巖層中，能較好的提供支護抗力，有效地防止圍巖松動、失穩(wěn)。(2)保證支護結構與圍巖相互作用,共同承載,改善載荷分布,防止圍巖松動、惡化。(3)錨噴支護可以增加支護結構的柔性和抗力,有利于控制圍巖的變形和壓力。(4)錨噴支護可以及時封閉圍巖,有利于防水,防風化,也可以填塞裂縫,從而減小應力集中,增強巖體強度。3.5 錨索支護3.5.1 錨索支護方法錨索支護是指在巷道圍巖鉆孔中安設錨索，并給錨索預加拉力的一種支護方法。預應力錨索，施工簡便，可以和多種支護措施相結合，如錨索支護，錨索梁支護，錨索金屬網支護，錨