巷道支护施工与设计新技术

巷道支护新技术山东科技大学潘立友汇报提纲1基本情况2巷道变形破坏机理分析3数值模拟研究4煤巷支护5最新支护技术1基本情况巷道围岩压力与控制原理（1）原始应力场（2）采动应力场（3）构造应力场（4）环境应力场控制基本原理（1）降低围岩应力（2）提高围岩稳定性（3）合理支护技术巷道围岩压力控制（1）巷道布置（2）巷道维护（保护）（3）巷道卸压（4）巷道支护（围岩加固-支架类型）连续开采形成的应力场　　根据结构力学模型，推断压力拱的空间形态、参数，建立内、外应力场演化的力学达式，在类比综放开采条件下的煤层破坏机理基础上，确定应力场在未开采区域的分布形态和相关参数。实施方式--------研究（1）开采前静态应力场分布特征研究推进方向断面图　　从理论上建立上覆岩层断裂与运动施加于煤柱上的应力的分布模型，通过力学、数学解答，获得开采范围与应力分布及大小的关系，可进一步描述巷道围岩变形破坏规律。（2）深部开采形成的局部动态应力场特征研究（3）动静应力场的耦合作用　　通过静态应力场与动态应力场的时空关系模拟，可以确定两个应力场耦合作用的范围和大小的分布规律。　　上述应力场的分布随着开采范围的增加，会按某种关系发展，当开采范围增加到某一临界尺寸，应力场达到最不利的分布，导致巷道变形破坏强度的增加，通过研究临界尺寸，划分出高应力区域，通过对高应力区域巷道进行预先采取措施，达到对巷道变形破坏的整体可控。某时刻模拟的主应力和声发射图如下所示：动静应力场的耦合作用巷道在不同边界条件下，围岩破坏范围、破坏程度的对比研究。2巷道变形破坏机理分析顶板离层是指采场顶板岩层中一点与其上方一定深度岩层中某点的相对位移量，可称其为广义顶板离层。“顶板离层”字面理解为顶板岩层中各分层层面间的相对分离，可称其为狭义顶板离层。顶板离层的概述离层位置在B点上下两处离层位置在A点以上离层位置在B点之下离层位置在A点与B点之间顶板离层的位置变化由围岩弹塑性变形引起的顶板离层岩层扩容引起的顶板离层狭义顶板离层顶板离层的几种形式地应力围岩力学性质围围岩结构采场顶板离层与采矿活动锚杆支护参数影响顶板离层的主要因素巷道变形破坏的发展过程（模式）（1）、构造应力引起的围岩破坏顶板破坏的力学分析破坏准则:当时，变化很小，时变化幅度增大，而当时，明显增大，以致趋于无穷大。这就是说，巷道顶板岩层所受轴向压力时，变形（下沉）明显增大，严重时产生冒落。8.06.0<crNN8.0>底板岩层破坏条件（底鼓原因和条件）破坏准则22lEJNcrp=当巷道底板岩层所受轴向力时，将发生屈曲现象，即产生明显底鼓、破裂现象。上式表明，当顶、底板岩性相同时，底板岩层产生屈曲的临界轴向力与巷道顶板岩层屈曲破坏的最小轴向压力相同。所不同的是，对于巷道顶板岩层来说，自重帮助其下沉，亦即帮助顶板岩层出现屈曲（由自重产生的弯曲沉降为N提供了力臂）。而底板岩层的自重阻止其变形（阻止底板岩层鼓起），对屈曲起到了抑制作用。crNN8.0>两帮岩体破坏条件（受压岩体破坏条件问

题

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）构造应力作用的结果导致顶底板岩体发生破坏，在一定的范围内的构造应力得到释放。巷道围岩主要承受重应力场的作用，在巷道两帮形成支承压力，两帮出现压缩破坏，两帮的破坏随着支承压力向深部转移而逐渐发展，直到支承压力达到稳定后，两帮围岩才趋于稳定。巷道围岩破坏发展过程和应力转移的模式及过程a、破坏发展过程在构造应力作用下，顶板与底板岩层发生挤压与屈曲破坏，构造应力逐步得到释放；促使巷道围岩发生破坏的力转化为重应力，分布于巷道两帮的支承压力导致两帮岩层的压缩破坏或维持稳定，破坏的发展与支承压力的转移程度密切相关。b、应力转移过程顶底板的大范围破坏（鼓出），使得构造运动残余水平应力得到充分释放。重力应力场随着围岩构造应力的释放（解除）而发展成为促使围岩向已采空间运动的主动力。随着围岩周边破坏向深部发展，岩石破裂范围不断增大，应力高峰相应向深部转移，支撑压力分为由明显运动的岩层重力作用的内应力场和由巷道围岩结构整体重力作用的外应力场两个部分。c、围岩破坏及应力场发展模式西大巷的围岩呈现为两帮岩层上软下硬的结构，巷墙上部的泥岩首先发生破坏，两帮出现较大的松动圈，随着破坏范围的加大，破坏转移到底版岩层，引起底鼓现象。支承压力开始为峰值在巷帮边缘的单调下降曲线，随着两帮岩层的破坏，应力高峰向深部转移，形成内外应力场。根据巷道支护体破坏的力学机制，将首先破坏的部位，称为薄弱部位。薄弱部位的变形特征是明显的，巷道工程中常在一些局部区域出现细小的工程裂纹，根据工程裂纹的力学性质（拉、压、剪、扭、弯）、复合力学性质（压扭性、张扭性等）和裂纹体系的配套关系，可以推得产生裂纹部位的工程载荷性质及整个巷道工程的工程载荷组合特性。将巷道的薄弱部位分为:（1）与岩层结构有关的薄弱部位；（2）与应力有关的薄弱部位；（3）与支护有关的薄弱部位。薄弱部位的概念薄弱部位破坏机理巷道的开挖位置一旦确定，其围岩结构状态就不再改变，岩层结构上的薄弱部位即为巷道控制的关键部位。特别是对于巷道两帮岩性属于复合岩层的结构，其中厚度较小、强度较弱的岩层首先发生破坏，并引起岩层向纵深部发展，显然软弱岩层是薄弱部位。与岩层结构有关的薄弱部位与岩层结构有关的薄弱部位分为：（1）巷道两帮为薄弱部位（2）顶板为薄弱部位（3）底板与两帮为薄弱部位巷道两帮为薄弱部位顶板为薄弱部位底板与两帮为薄弱部位当巷道位于构造应力区，且构造应力占据主导地位时，巷道开挖后，顶底板岩层中较硬的岩层，在长期的构造应力作用下，积聚较高的应力及弹性能量，当该岩层的上部岩层开挖后，必然发生屈曲破坏，出现向上的弯曲运动，当岩层的挠度超过极限时，出现较大的拉应力，导致巷道的直接顶底板岩层出现拉伸破坏，因此巷道顶底板存在软硬岩层时，顶底板岩层是与应力有关的薄弱部位。而巷道顶底板主要为软弱岩层的互层结构时，积聚构造应力的能力很弱，积聚的能量很容易在长时间的流变过程中释放掉。因此，顶底板岩层的破坏程度弱，顶底板是与应力无关而与结构有关的薄弱部位。与应力有关的薄弱部位在巷道的薄弱部位，工程裂纹出现时常伴随着高应力腐蚀现象，即在支护体薄弱部位产生片状支护体剥落。出现高应力腐蚀现象的部位是需要二次支护的薄弱部位。高应力腐蚀现象可以作为识别薄弱部位的标志。与支护有关的薄弱部位工程实践表明，无论是初次支护的新开巷道，还是实施了多次支护的翻修巷道，其巷道支护体破坏是一个过程，总是从某一个或几个部位首先产生变形、损伤、破坏、进而导致整个之护体失稳，我们把不能抵抗围岩变形破坏部位叫薄弱部位。因此，巷道支护破坏的根本原因是巷道支护力学特性、围岩力学特性和岩体应力荷载性质的不耦合所造成的，其力学过程如图2-12所示。巷道失稳的力学过程由于在锚索支护中采用“Z”型不对称支护时，同排锚索间由于间距很大而出现了支护的薄弱部位。尤其当巷道顶板主要为软弱岩层结构时，连接锚索和锚索间的支护力的能力很弱，锚索间很容易积聚的能量，在其释放过程中会导致顶板的破坏。锚索支护下出现的与支护有关的薄弱部位巷道为6m时的不对称支护巷道为4m时不对称支护巷道为6m时对称支护巷道为4m时对称支护顶板3m处顶板4m顶板6m—常规与强支比较薄弱部位耦合支护技术支护色特点是：①最大限度地提高利用围岩的自承能力；②最大限度地发挥刚性锚杆的支护能力；③充分转化了围岩中膨胀性塑性能；④适时支护，主动促稳而不是被动等稳；⑤围岩和支护体实现优化组合，从而使支护系统达到耦合的最佳支护状态。　薄弱部位耦合支护技术原理就是根据位移反分析原理，确定支护系统二次组合的最佳时间（段），在薄弱部位实施支护体和围岩的再次组合，最大限度地发挥围岩的自承能力，从而使支护体对围岩的支护力降到最小。耦合支护技术的具体实施过程为：巷道开挖后，首先对围岩施加锚网支护，通过巷道顶底板、两帮移近量以及锚杆托盘应力的监测，确定最佳时间（段），对巷道围岩薄弱部位施加高预应力的锚索、锚注提高围岩强度，使围岩和支护体达到耦合支护力学状态。3数值模拟研究本次数值模拟计算主要针对巷道顶板环境和地质构造特点，设计了三个计算模型。（1）模拟巷道开挖后无支护下顶板情况；（2）模拟巷道开挖后锚杆支护下顶板情况；（3）模拟巷道开挖后锚杆支护和锚索加固下顶板情况。无支护下锚杆支护锚杆和锚索联合支护锚杆的早期作用巷道开掘阶段顶板破坏范围较小，此时锚杆的作用主要是控制顶板下部岩层的滑动、离层、失稳。锚杆安装越及时，预紧力越大，则效果越好。锚杆支护机理锚杆安装后沿h1与h2层间增加的抗剪力为：为4煤巷支护设计当锚杆能深入到上部稳定岩层时，锚杆的作用主要表现为：（1）将破坏区内的岩层与稳定岩层相连，阻止破坏岩层垮落；（2）锚杆提供径向和切向约束，阻止破坏区岩层扩容、离层及滑动，提高岩层的水平承载能力，使稳定岩层内的应力分布均匀。锚杆工作阻力越大，效果越明显。当锚杆不能伸入稳定岩层时，锚杆的作用主要为：（1）阻止锚固区域内的岩层扩容、离层及滑动，从而提高岩层的水平承载能力，在破坏范围内形成次生承载层，它可以阻止上部破坏岩层的进一步扩容和离层；（2）次生承载层形成后，会使上部岩层内的应力分布趋于均匀，有利于巷道的稳定。锚杆的中期作用当巷道支护时间很长或受到回采影响后，巷道围岩破坏区会进一步扩大，围岩变形急剧增加，锚杆受力增大。对于锚杆能深入到上部稳定岩层的条件，有可能出现3种情况：（1）锚固端仍处于稳定岩层中，只是由于破坏区内的岩层进一步扩容、离层而引起锚杆受力增加，顶板下沉增大。但只要保证锚杆不被拉断，巷道仍能保持稳定；（2）稳定岩层上移，锚杆完全处于破坏岩层内，此时锚杆的作用发生了较大变化。只要锚杆参数选择比较合理，顶板仍能保持稳定；（3）情况2的继续发展。当锚杆参数不合理或次生承载层所受载荷很大时，承载层内仍会出现较大的扩容、离层，承载能力下降，厚度减小。当次生承载层先稳定后，有可能导致巷道顶板垮落。锚杆的后期作用与锚杆相比，锚索具有锚固深度大、锚固力大、可施加较大的预紧力等诸多优点，是困难巷道工程支护加固不可缺少的重要乎段。目前，在回采巷道中普遍采用的是小孔径树脂锚固预应力锚索。一般认为这种锚索主要起悬吊作用，锚索把下部不稳定岩层悬吊于上部稳定的岩层。根据以上分析的锚杆支护机理，锚索的作用主要是将锚杆支护形成的次生承载层与围岩的关键承载层相连，阻止因次生承载层失稳而引起的顶板垮落。同时，由于锚索可施加较大的预紧力，可挤紧和压密岩层中的层理、节理裂隙等不连续面，增加不连续面之间的摩擦力，从而提高围岩的整体强度。锚索作用机理锚注支护是指将锚喷支护与注浆加固技术结合起来，采用注浆锚杆来实现锚、注合一，对巷道破碎围岩进行主动加固与支护，发挥加锚注浆围岩的自承载能力，实现积极支护。应用锚注支护的条件，一方面是破碎围岩中常规锚固结构承载力低，或易失稳破坏的情况下采用，一般是在锚喷支护的基础上实施的锚注二次预加固；另一方面是围岩极破碎，而无法实施积极支护情况下采用，也可以是在巷道破坏后经返修而形成的支护结构基础上进行的及时加固，主要是在一些被动支护方式的基础上进行的后加固。锚注加固作用机理锚注加固结构的概念通过锚注作用形成的加固拱结构，其承载机理主要反映在以下几个方面：（1）注浆和固结改善了破碎围岩的物理和力学状态（2）加锚注浆改变了加固范围内岩体峰后承载和变形特性（3）多层组合拱结构的可靠性与承载能力显著提高（4）锚注加固结构的高抗力阻止了围岩深部塑性区的发展锚注加固结构承载机理支护设计巷道围岩破坏指数计算煤帮松塌破坏深度C的确定将数据代入公式得：CC——煤帮松塌破坏深度，m；K——平衡自然拱角应力集中系，取；γ1——顶板岩层平均溶重，50kN/m3；H——巷道埋深，300m；B——固定（残余）支撑压力影响系数，1；F1——煤体单向抗压强度，；KC——煤体完整性系数，；a——煤层倾角，0°；h——巷道掘进高度，；Φ——煤体内摩擦角，34°。顶板潜在冒落拱高度b的确定b——顶板潜在冒落拱高度，m；c——巷道两帮松塌破坏深度，；α——巷道顶板有效跨度之半，；KY——直接顶煤岩类型系数，；F2——直接顶普氏坚固性系数，2。将数据代入公式得：b由顶板实际情况可知顶板冒落拱一直达到软弱顶板为止，根据实际取。锚杆和锚索的参数计算巷道锚杆参数的计算顶板锚杆长度LL——垂直锚杆长度，m；L1——锚杆外露长度，；L2——锚杆有效长度，；L3——锚杆锚固长度，。将数据代入公式得：L经验公式N——与稳定性有关的系数，B——巷道宽度，4m。将数据代入经验公式得：l＜结合实际（复合顶板、有水软化），取锚杆长度为2200mm。顶板锚杆的直径dd——锚杆直径，mmQ——实测锚固力，70kNδ1——抗拉强度，510MPa将数据代入公式得：d考虑锚杆屈服变形后，势必造成顶板的离层变形严重，取δ1=335MPa进行计算：dd=l/110d——锚杆直径，mm；l——锚杆长度，2000mm。将数据代入经验公式得：d经验公式公式＜根据实际情况，确定锚杆直径为Φ20mm。树脂锚固剂的数量nn——树脂锚固剂的数量，卷；l1——树脂锚固剂的长度，500mm/卷；l2——数值锚固剂的填充长度，1000mm；Φ1——树脂锚固剂的直径，28mm；Φ2——锚杆直径，20mm；Φ3——钻孔直径，32mm。将实际数据代入公式得：n≈由实际要求选用2个树脂锚固剂，托板使用与锚杆配套的等强铁托板。根据矿区生产地质条件和巷道支护经验，如果巷道主支护结构的间排距超过800mm，则抗巷道围岩变形能力明显不足。一般间距取700mm。排距的确定按下式计算：顶板锚杆的间排距d——锚杆的排距，m；m——每排锚杆的数量，5；N——每锚杆的屈服载荷，70kN；K——安全系数，2；r1——顶板岩石容量，25kN/m；A——巷道掘进跨度，；L——锚杆长度，；l0——锚杆外露长，。将数据代入公式得：d所以间距取，排距取为合适。每根锚杆悬吊岩体重量：将实际数据代入公式可得：G≈则作用在每根锚杆上的拉力强度为：将实际数据代入公式可得：P≈经计算锚杆悬吊岩石重量小于锚杆的屈服强度（335MPa）和抗拉强度（710MPa），故顶锚杆设计参数选择合理，并确定锚杆拉拔力测定达70kN为合格。锚杆强度校验G——每根锚杆悬吊岩体重量，kN；K——锚杆安全系数，；a——锚杆排距，；b——锚杆间距，；L2——锚杆有效长度，；γ——岩石容重，25kN/m3。P——作用在每根锚杆上的拉力强度，MPa；r——锚杆半径，10mm。顶板锚杆锚固力P校核P——锚杆锚固力，kN；Φ1——树脂锚固剂的直径，28mm；l3——锚固端的长度，2×500mm；ξ——锚固剂与孔壁之间的粘结强度，20kN/mm2；m——强度备用系数，。要求顶板锚杆的锚固力必须大于所选锚杆的破断力70kN。将数据代入公式得：P顶板锚杆锚固力为139.78kN≥70kN，锚杆选用合适。帮锚杆作用主要是控制因剪切滑移而造成的两帮煤体的松动与挤出，帮锚杆必须穿过潜在的剪切松塌。其长度必须满足下式要求：煤帮锚杆参数的选择帮锚杆的长度L——帮锚杆长度，m；l0——帮锚杆外露长度，；l3——帮锚杆在潜在松塌区之外的锚固长度，；c——煤帮松塌破坏深度，。将数据代入公式得：L实际选用长为的煤帮锚杆。帮锚杆的排距与顶板锚杆的的排距相同，为。帮锚杆的间距按下式计算：公式：煤帮锚杆的间排距两煤帮侧压值Qs的计算公式：D——帮锚杆的间距，m；F——每根锚杆锚固力设计值，70kN；h——煤帮高度，；K——安全系数，；d——排距，；QS——两帮侧压值，100kN/m。b——顶板潜在冒落拱高度，4m；KU——采动影响系数，2；C——巷道两帮松塌破坏深度，；r2——煤体溶重，15kN/m3；h1——巷道掘进高度，；a——煤层倾角，0°；Φ——煤体内摩擦角，34°。将数据代入可得：Qs≈100kN/m将数据代入公式得：D结合实际考虑应取。锚索参数的计算锚索的长度Ld——锚索长度，m；△h——自然平衡拱高度，；Ld1——自然平衡拱外锚固长度，；Ld2——锚索外露长度，。将数据代入公式得：Ld所以选取6m的锚索合适。结合实际情况，在软弱岩层厚度较大的位置应选用更长的7m甚至8m长的锚索。锚索的间、排距锚索支护方式考虑到经济和施工上的合理性，顶板中间布置两道锚索，锚索间距。按锚索承担的潜在冒落拱范围内岩层自重载荷计算。m——锚索的排距，m；F——锚索锚固力的设计值，2×260kN；K——安全系数，2；V——潜在锚落拱范围内的岩层的体积，8m3；r1——岩层的容重，22kN/m3。将数据代入公式得：m结合巷道实际情况锚索排距取，排与排之间对应位置的锚索由工字钢连接，每根锚索配一块钢托板。锚索支护强度验算将数据代公式得：P索≈Q——岩体拉力强度，kN/m；γ——岩层平均容重，22kN/m3；△h——自然平衡拱高度，4m；a——巷道宽度，4m；C——煤帮松塌破坏深度，。将数据代入公式得：Q≈286kN/mP索——锚索支护强度，kN/m；n——每排锚索数量，2；F——锚索破坏负荷，260kN；D排——锚索排距，。公式：故锚索支护强度满足支护要求。286kN/m＜锚注技术锚注支护材料包括锚杆体、锚固剂、托盘、螺母（钢筋托梁）、金属网、锚索及注浆材料等。这些材料是锚注支护的基础，它们的力学特性显著控制着锚固支护效果的发挥。因此，深入研究锚注支护部件的力学性能和几何参数是锚固支护技术的一个重要

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。锚注支护机具包括锚杆钻机、锚索钻机、注浆泵、锚索张拉设备及钻头钻杆等。机具是保证锚固支护高质量、快速施工的必要条件。目前有多种锚固支护形式。按组合构件的形式可分为以下几类。锚注支护形式锚注支护材料锚杆（索）：屈服载荷—锚杆（索）杆体的屈服载荷，kN；破断载荷—锚杆（索）杆体的拉断载荷，kN；弹性模量—锚杆（索）杆体屈服前的弹性模量，MPa；变形模量—锚杆（索）杆体屈服后的变形模量，粘结力—锚固剂与钻孔岩石之间的最大抗剪力，kN；握裹力—锚杆（索）在拉拔试验中承受的最大抗剪力，kN，它是破断载荷、粘结力、握裹力及托板承载能力中的最小值；预紧力—安装锚杆（索）时所施加的预紧力，kN；托板承载力—锚杆（索）托板的最大承载能力，kN；抗剪力—锚杆（索）最大抗剪能力，kN；工作阻力—锚杆（索）在支护状态下承载的载荷，kN；锚固支护的力学参数组合构件：屈服载荷—组合构件发生屈服时的载荷，kN；破断载荷—组合构件被拉断时的载荷，kN；抗弯刚度—组合构件的抗弯曲刚度，MPa·m4；预紧力—安装组合构件所施加的预紧力，kN；注浆材料：抗压强度—注浆材料的单轴抗压强度，MPa；弹性模量—注浆材料的弹性模量，MPa；粘结强度—注浆材料与岩体的粘结强度，MPa。锚杆锚杆是用于加固地下工程围岩及其它结构物的构件，它包括杆体、锚固件、托板及螺母等。按照锚杆的锚固方式可分为以下几类：（1）机械锚固式锚杆：包括楔缝式、倒楔式及胀壳式锚杆。（2）粘结式锚固杆：包括树脂锚杆、水泥锚杆及水泥砂浆锚杆。（3）摩擦锚固式锚杆：包括管缝锚杆及胀管式锚杆。（4）混合锚固式锚杆：同时使用两种或两种以上锚固方式的锚杆。按照锚固部位的长度可划分为端部锚固、加长锚固及全长锚固式锚杆。按照锚杆杆体的材质可划分为金属锚杆及非金属锚杆（木锚杆、竹锚杆及聚脂锚杆等）。有一定弯曲柔性的钢绞线通过预先钻出的钻孔以一定的方式锚固在围岩深部，外露端由工作锚通过压紧托盘以围岩进行加固补强的一种手段。其特点是锚固深度大、承载能力高、可施加较大的预紧力，因而可获得比较理想的支护加固效果，是目前最可靠、最有效的一种手段。是加固范围、支护强度、可靠性是普通锚杆支护所无法比拟的。锚索有多种形式：（1）按钢绞线的根数分：有单根锚索和锚索束；（2）按锚固材料分：有树脂锚固锚索、水泥锚固锚索及树脂水泥联合锚固锚索；（3）按锚固长度分：有端部锚固锚索和全长锚固锚索；（4）按预紧力分，有预应力锚索和非预应力锚索。锚索锚注锚杆的创新研究前苏联研制的锚注锚杆结构1—楔子；2—切缝；3—杆体；4—止浆塞；5—托板；6—压紧螺母；7—钻孔；8—连接管；9—压盘；10—压紧套管；11—钎杆；12—树脂。国外锚注支护技术国内外锚内注射锚杆外锚内注式锚杆的结构外锚内注式锚杆结构1—杆体；2—托盘；3—压紧螺母；4—螺纹线扣；5—挡环；6—射浆孔；7—钻孔；8—环形密封锚固卷；9—空心钢管；10—注浆段；11—锚固段。注浆锚杆1—螺纹段；2—锚固段；3—马牙扣；4—注浆段；5—射浆孔。内螺旋注浆锚杆1—甲液注浆管；2—乙液注浆管；3—螺纹段；4—锚固段；5—射浆孔；6—注浆段；7—Φ4mm钢筋螺旋。正确合理地选择一种或几种注浆材料，必将直接影响注浆工程的成败和经济技术指标。注浆之所以能够对被注围岩体和煤体起到堵水和改性增强加固的作用，主要是由于注浆材料在注浆进程中经过一段可人工控制的时间，在被注的围岩体内流动，并发生由液相到固相的物理和化学变化，再到结石体充填被注围岩体或煤体内的空隙，并将松散块体联结成整体的结果。注浆材料从最早的石灰和粘土、水泥，发展到水泥——水玻、粘土——水泥浆和各种化学浆液，品种繁多，因此正确选择浆液材料是实现岩土改良、完成注浆工程的关键，它直接影响注浆工艺过程、注浆效果及注浆工程的成本和工期。理想的注浆改性增强材料应该是：粘度低、流动性好；具有可调节控制的凝胶时间；结石率高、强度大、抗渗透性强；稳定性好；价格低廉、来源富足，配制方便，并且不污染环境、对人体无害的物质。目前各种注浆工程是以水泥浆液、粘土水泥浆和水泥水玻璃为主要材料，只有当水泥浆、粘土水泥浆和水泥水玻璃不能满足要求时，才用其它化学注浆材料。薄弱部位锚注改性增强注浆材料支护选取（1）东一采区一煤巷道顶板属于复合顶板；（2）巷道断面大（4000×2700mm）；（3）必须及时控制巷道的初期变形，要求支护系统必须有足够的安装载荷；（4）复合顶板结构对巷道稳定性影响极大。一方面要采取措施防止顶板离层的发生，另一方面，锚杆支护系统必须有“预紧”的功能。即保证锚杆杆体不会在初期发生破坏，又保证巷道的稳定性。巷道支护条件和特点根据崔家寨煤矿的顶板岩层条件，为了保证巷道顶板的稳定性，支护系统应满足下列条件：（1）安装应力（预应力）：锚杆安装应力（预应力）对主动支护体系－锚杆支护系统来说非常关键的，锚杆支护系统必需有充足的安装应力能够防止顶板离层和松动圈的进一步发展。尽可能的控制锚杆的早期变形。（2）支护系统的可靠性：崔家寨煤层属于复合顶板，所支护系统既要具有足够承载静压力的能力，而且还应该具有承载动力载荷的能力。（3）安全性：设计的支护系统必需确保现场施工人员的安全和顶板控制的安全。（4）支护系统的有效性：支护系统必需确保能够有效的控制巷道变形，确保巷道的安全使用。（5）高效性：在满足上述安全性、有效性和可靠性的前提下，要尽可能增大锚杆锚索间排距，以提高巷道掘进速度。（6）支护系统的效率系数：支护系统的效率系数是衡量支护系统合理性的重要指标。效率系数分为初期效率系数、过程效率系数和最终效率系数。合理的锚杆预应力是衡量锚杆初期效率系数的重要指标，合理的支护系统其初期效率系数应该控制在40％左右，最终效率系数应该控制在80％左右。（1）高安装应力。锚杆安装应力的作用和液压支架的初承力的作用很相似。对于高应力软岩巷道，合适的安装应力对顶板支护效果影响很大。它是防止离层发生，增加围岩自承能力，和减少围岩变形的关键因素：是巷道支护成功地关键因素之一。（2）锚杆长度：锚杆长度是锚杆支护系统成功的另一关键因素。合理的锚杆长度应保证锚杆锚固在相对比较坚硬的岩层中。在崔家寨的条件下，由于厚层软岩顶板的存在，很难锚到坚硬的岩石中。为了保证锚杆充分发挥其效能，提高锚杆的支护效率，锚杆应锚固在松动变形区之外。（3）锚杆强度和直径：对于崔家寨的条件，必须采用高强锚杆。（4）表面控制：由于巷道在煤层中掘进，表面控制对于充分发挥锚杆支护系统的作用非常重要。有效的表面控制系统应保证无片帮和片顶现象。（5）辅助支护：由于厚层软岩的剧烈超前支撑压力，辅助支护是必须的。为了简化支护程序，提高支护效率，最好把锚杆支护系统和辅助支护结合在一起。支护产品选择崔家寨矿支护的关键要素根据支护系统的设计原则和崔家寨矿的支护特点，支护类型选择为：锚杆+锚索+网+钢带锚杆类型选取的为：快装全长高预应力锚杆。该系列锚杆捷马公司最典型也是应用最广泛的一种锚杆，美国和和澳大利亚应用连续采煤机掘进巷道时几乎全部采用此类锚杆。该类锚杆最大优点是安装速度快、安装应力大、优化组合梁效果好。快装全长高预应力锚杆已经在世界范围内与JOY、DBT的连续采煤机用户广泛配套，并取得了非常理想的顶板控制效果。然而国内由于安装机具的限制，还很难推广应用这种锚杆。锚杆选取根据崔家寨矿的安装设备和具体条件，高预应力“鸟窝”锚索是最佳选择。锚索选取对中：鸟窝的大小一般设计制造的比钻孔小2mm，这样可以保证锚索在孔中对中。使得树脂在锚索周围均匀分布。从而用较少的树脂用量取得最大的拉拔力。更好的搅拌树脂：鸟窝可以起到均匀搅拌树脂的作用。从而增加锚索的拉拔力。树脂—锚索有机结合：鸟窝是中空的，在树脂搅拌过程中，树脂充满鸟窝，可以使树脂和锚索成为一整体。从而进一部增加锚索的拉拔强度。减少树脂用量。加强管：加强管石为了安装方便，在锚索接触树脂后，锚索更容易送入孔中。索具：不像目前国内常用锚索是在井下安装索具。捷马锚索的索具是预先安装好在钢绞线上的。这一方面减少了井下工人的安装量。另一方面也是最重要的，锚索是根据设计定长的。安装工人无法随意剪断锚索。鸟窝”具有以下作用：最终选取的锚杆和锚索产品支护位置锚索支护位置锚杆锚注位置5巷道支护新技术5.1预应力锚杆和锚索支护选取具有代表性的巷道，一般为50～60m，进行预应力锚杆与锚索支护试验，锚杆采用预应力安装技术。井下现场测试现场测试主要是对锚杆的安装应力、扭矩应力比、锚杆锚固力、锚固剂性能等实际技术参数进行测试，以确定锚杆的安装参数和工艺要求。选取试验地段对锚杆的性能和参数进行了井下试验。试验地点：一煤层上山迎头区域试验锚杆参数：直径：20mm；长度：2400mm；钢材：Q500高强钢；托盘：150mm×150mm×8mmQ345高强钢。树脂参数：K2350×2。施工工艺基本参数：锚杆类型：扭矩—应力锚杆；锚杆长度：2400mm；锚杆直径：20mm；钻孔直径：28mm；树脂：2只直径23mm长度500mm的快速树脂（K2350×2）。（1）打孔，用锚杆机打2420mm深的钻孔。孔深比锚杆长20mm。（2）把树脂药卷和锚杆推入规定的孔位。利用锚杆和锚杆搅拌器通过锚杆机的上推力把树脂推入孔中直到锚杆托盘离顶板20mm左右。注意在上推树脂时严禁旋转，严禁把托盘死死压在顶板上。（3）完成第2步后，迅速旋转锚杆搅拌15～20s（旋转搅拌时不要施加上推力），然后顺势上推锚杆使托盘贴近顶板（托盘离顶板的间隙5mm左右）。（4）停：完成搅拌后停止60～120s左右让树脂充分凝固。（5）上紧螺母：旋转搅拌器上紧螺母。在紧螺母时应给最大扭矩而不要施加上推力以最大限度的上紧螺母。（6）用扭矩放大器或手动加长扳手，进一步上紧螺母，达到规定的安装应力。安装步骤：锚杆安装可以总结为：一推（推树脂至钻孔规定位置），二转（旋转搅拌树脂），三等（等树脂充分凝固），四紧（紧固螺母）。合格的锚杆安装应该满足下列标准：（1）充填在螺母的树脂阻尼必须全部脱落，否则锚杆无法达到安装载荷。（2）塑料垫圈必须溶化掉。（3）锚杆外露长度不能超过30mm。（4）用扭矩扳手检验，扭矩不能低于250Nm。锚杆安装质量检查标准锚索拉拔试验的高强锚索的拉拔力需要大于30吨，设计选用Z2350树脂4支，正常情况下可以满足锚索的拉拔力。锚索安装（1）钻孔深度大于锚索长度（从托盘到锚索前端的距离）3～5cm。（2）钻孔打好后，轻轻将选定的锚固剂推入钻孔，要确保不使锚固剂外壳破裂。（3）用安装好垫圈和托盘的锚索将锚固剂缓缓推入钻孔，直至推不动为止。（4）将预先安装在钻机上锚索搅拌器跟锚索的尾部连接，快速搅拌锚固剂，搅拌锚固剂的同事钻机推力要最大。锚固剂搅拌时间为25～30s，搅拌锚固剂停止时要确保锚索托盘靠近岩面。（5）锚固剂搅拌完毕后15～20min后，用锚索涨拉器拉紧锚索，锚索预应力要达到15吨。锚索安装与测试选取具有代表性的巷道，一般为30～40m，进行锚注支护试验，基本支护不变。5.2锚注支护5.3自钻自钻式长锚杆（注浆）支护示意图自钻锚杆结构图高强可变形让压锚杆总装和试验室综合拉拔试验让压管成品试验后的让压管让压管拉拔试验曲线比较5.5油膜支护巷道控制准则（1）一次成巷时，支护在承载情况下的变形（拉伸或压缩）能力，必须适应应力再次重新分布进入稳定条件下围岩变形的要求。（2）二次支护成巷时，二次支护的阻抗力必须足以防止围岩破坏和应力高峰向深部扩展。巷道围岩控制模型巷道的承载结构只承担内应力场以内的冒落岩层的总重量即可，其力学模型见图7-1所示。由力学模型图知，拱型承载结构承担压力拱内的全部冒落岩层的总重量。a、支承压力平衡方程：b、内应力场压力平衡方程：5.6网壳支护巷道断面仪器布置示意图巷道围岩表面位移监测断面布置示意图进行巷道矿压观测，主要监测顶板离层、锚杆（索受力）、巷道表面位移。矿压观测