中国煤炭学会

目的　　随着开采深度、广度和强度的不断增加，煤矿出现了大量复杂困难巷道。虽然高强度锚杆支护已成为煤矿巷道首选的支护方式，且在一般条件下取得了良好的支护效果，但对于深部及复杂困难巷道，高强度锚杆支护效果差，成本高，不能满足巷道支护要求。本文在研究深部及复杂困难巷道支护理论的基础上，开发高预应力、强力锚杆支护系统，以期为深部巷道提供有效的支护技术。方法　　采用理论分析方法，研究深部巷道围岩变形特征、预应力锚杆支护的主要作用、锚杆预应力及其扩散对支护效果的作用、预应力锚杆支护系统的临界支护刚度和锚杆支护系统的延伸率等。在理论研究成果的指导下，开发高预应力、强力锚杆组合支护系统，包括强力锚杆、强力钢带及强力锚索系列材料。最后，进行深部巷道支护井下试验。采用有限差分数值模拟方法确定锚杆支护形式与参数。进行矿压监测与支护效果评价，验证支护理论的正确性与支护技术的有效性。结果　　(1) 深部及复杂困难巷道锚杆支护的主要作用在于控制锚固区围岩离层、滑动、裂隙张开、新裂纹产生等不连续的扩容变形，使围岩处于受压状态，抑制围岩弯曲变形、拉伸与剪切破坏的出现；合理的支护形式是：大幅度提高支护系统的初期支护刚度与强度，最大限度地保持围岩完整性，尽量减少围岩强度的降低；同时，支护系统应具有足够的延伸率，允许巷道围岩有较大的连续变形，使高应力得以释放。(2) 锚杆预应力及其扩散对支护效果起决定作用。根据巷道地质条件确定合理的预应力，并使其实现有效扩散是支护设计的关键。锚杆托板、钢带与金属网等护表构件在预应力支护系统中发挥极其重要的作用。(3) 开发出强力锚杆材料，屈服强度达到600 MPa，抗拉强度达到800 MPa，延伸率大于18%，锚杆预应力级别可超过100 kN；强力钢带拉断载荷达到500 kN以上；强力锚索直径达到22 mm，拉断载荷超过600 kN，延伸率达到7%，拉断载荷与延伸率分别比原来直径15.24 mm的钢绞线增加1.3，1.0倍。(4) 高预应力、强力锚杆支护系统在新汶矿区协庄矿千米深井巷道中得到应用，巷道围岩变形降低70%左右，顶板离层仅为原来的5%，巷道围岩完整、稳定，满足了煤矿安全生产的要求。结论　　大幅度提高锚杆支护系统的初期支护刚度与强度，采用高预应力、强力支护系统可有效控制深部巷道围岩变形与破坏。提高顶板支护刚度与强度，可有效减小煤帮压力和底臌。深部及复杂困难巷道支护特性应该是“先刚后柔再刚、先抗后让再抗”。在深部巷道支护中应尽量一次支护就能有效控制围岩变形与破坏，避免二次支护和巷道维修。

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