论文导读：煤巷沿顶板掘进时常遇到复合顶板，所谓复合顶板是指在煤层顶板由多层岩层和煤线间隔复合而成，层间粘结力弱，暴露易发生离层，支护不良时还可能发生大面积垮落事故。但大量的实践又证明，选用单一的、一成不变的支护设计方案，是不符合复合顶的复杂性和多变性支护要求的，只有因地制宜，根据现场的复合顶板的状况，采用不同参数的锚杆支护设计方案，石桥煤矿在10402综采工作面回风巷、运输巷采用锚杆支护参数动态变化试验研究，并取得了成功。
关键词：复合顶板，锚杆锚索，支护设计
0. 概述
煤巷沿顶板掘进时常遇到复合顶板，所谓复合顶板是指在煤层顶板由多层岩层和煤线间隔复合而成，层间粘结力弱，暴露易发生离层，支护不良时还可能发生大面积垮落事故。过去石桥煤矿在复合顶板下掘巷时，支护方式常采用的是工字钢架棚支护，由于架棚支护是一种被动支护，易造成巷道两帮及顶底板移近量大，支架损坏严重，造成前掘后修的现象，严重影响安全生产。
为解决这一施工难题，在现阶段的技术条件下，复合顶板支护方式很多，锚杆支护以其良好的优越性排在所有支护方案的前列。但大量的实践又证明，选用单一的、一成不变的支护设计方案，是不符合复合顶的复杂性和多变性支护要求的，只有因地制宜，根据现场的复合顶板的状况，采用不同参数的锚杆支护设计方案，石桥煤矿在10402综采工作面回风巷、运输巷采用锚杆支护参数动态变化试验研究，并取得了成功。
1.支护原理
锚杆设计采用组合拱理论，锚索设计采用悬吊补强理论。锚杆形成承载基础，既然锚杆支护无法阻止深层岩体的松动，那么也无需特别提高顶板支护体强度，只需把锚杆的延展性、高抗拉强度、抗剪强度的优越性发挥出来。锚杆锚固厚度小，锚固体扩容变形量相对较小，扩容应力也较小，利用全长锚固等强螺纹钢锚杆支护，可满足复合顶板底层锚固体的扩容变形和扩容应力，形成初期支护阶段的顶板挤压加固拱平衡状态。锚索形成稳定承载体，利用钢绞线锚索预应力对岩体挤压加固作用，使锚索与锚杆支护相互促进、相互补强。锚索有很好的延展性和抗拉强度，使锚索形成的锚固岩体在巷道顶板中部形成一条强度大、结构稳定的承载体。锚索锚固点处在松动圈之外，增加了顶板承载体的稳定性。锚索布置在两排锚杆之间，增加了支护的密度，锚索的高延展性、高强度，进一步提高了承载体的强度、塑性和抗弯曲破坏能力，提高了承载体的自稳能力。
2.支护设计
巷道初始设计采用工程类比法与理论计算相结合的方法，在组织施工过程中，灵活运用支护参数动态设计法，对初始设计予以修正。根据要设计巷道的地质条件，通过类比相似地质条件的巷道支护设计，得出支护方案。根据顶板复合层的厚度来确定顶板冒落拱的高度，采用理论公式进行验算。顶板岩层结构探测与支护后顶板变形监测和稳定性预测技术，采用打锚索孔或地质探测孔的方法探测顶板的岩层结构，根据探测结果，优化、调整支护参数。随着掘进面的推进，动态监测顶板的岩层变化趋势，根据探测的结果及时发现隐患．并修改和调整待掘进区域设计。消除对围岩条件变化反应滞后的现象，对每个区域都能根据最新的实时反馈信息，得到符合实际的锚杆支护参数。
2．1 设计内容
①锚杆、锚索间排距及长度
②支护材料选择。
2．2 设计
①锚杆支护参数初始设计；②现场施工组织；③顶板岩层结构的动态探测；④ 支护效果监测；⑤参数修改，完善锚杆支护设计。
2．3 观测内容
顶板离层仪内外离层、巷道表面位移、顶板钻孔窥探仪观测
2．4 支护参数优化
根据矿压信息，不断修正设计，循环往复最后达到参数的最优化。同时对支护后的巷道顶板进行变形监测，预测顶板危险区域，采取控制措施，消除安全隐患。
2．5 煤壁管理
在巷道施工过程中，上帮高达4.0m，容易片帮，导致帮部在没有来得及支护之前，煤就已经塌帮。针对巷道施工过程中经常出现掉渣空肩现象，采用全封闭支护；由原来常规间排距800mm×800mm改为600mm×600mm。由于煤比较松软，普通的钢筋网网格较大，煤容易外漏，在钢筋网内充填背板笆片，能更好地防止煤壁片帮。在锚杆托盘下加一层木垫板，能起到让压作用，增加弹性，不以致于帮部一来压，减少托盘螺冒崩掉现象。
3. 应用举例
3．1 试验巷道地质情况
石桥煤矿10402机巷，以M4煤层集中运输巷Jk点向前为中，方位N360°跟M4煤层上分层顶板施工平距157m后，跟下分层顶板施工。巷道全长380m，其中跟上分层顶板施工157m，跟下分层顶板施工223m。巷道围岩特征：M4煤层上分层厚平均0.7m，煤层上部有1~2可见煤线，顶板为细砂岩，灰白色，中厚层状，致密坚硬，F=6~8，厚7~15m，局部有一层灰质泥岩或泥岩伪顶，厚0.1~0.2m，不稳定易冒落。夹矸为深灰色泥岩，厚0.5~1.2m。 M4煤层煤厚平均3.26m。
3．2 初始设计
顶部采用φ18mm—M20—1800mm型高强左旋无纵筋螺纹锚杆，锚杆间排距：800mm×900mm，每排5根呈矩形布置，配加3.6m长M型钢带、钢笆网联合支护，每根锚杆使用两卷Z2350型树脂锚固剂进行加长锚固。帮部采用WGSC20/20J φ18mm—L2000mm型玻璃钢锚杆，配加π型、钢笆网联合支护，800mm×900mm，帮部每排使用四根锚杆，每根锚杆使用两卷Z2350型树脂锚固剂。论文格式。网：6＃钢筋焊接的方格网，规格为1000m×1000mm，网格：100mm×100mm，网间要压茬连接。锚索选用φ15.24mm的高强度低松弛钢绞线，锚索长度根据M4煤层夹矸厚度及上分层煤的厚度来确定，每根锚索使用3支Z2350型树脂锚固剂，锚索托盘采用12号槽钢加工成，长600mm，中间加焊100×100×10mm的钢板，使用配套锁具。论文格式。锚索间排距为1600mm×1600mm。
3．3 理论验算
①悬吊理论计算锚杆参数：
a、锚杆长度计算：L=KH+L1+L2
式中：L---锚杆长度，m；H---冒落拱高度，m；K---安全系数，取2；
L1----锚杆锚入稳定岩层的深度,一般取0.4m；
L2----锚杆在巷道中的外露长度,一很取0.1m。
式中：B----巷道开掘宽度，取4.2m；
f----岩石坚固系数，砂岩取4。
则：L=2×0.53+0.4+0.1=1.56m
b、锚杆间距、排距计算：令锚杆间距、排距均为α，则
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