三软煤层回采巷道刚柔结合强力支护技术研究 实施方案
行巷道变形及荷载测量的重要性认识不足，不仅时常出现不合理的套用理论来解释煤矿采动影响巷道、极软弱膨胀松散围岩巷道的支护机理，而且也出现过因应用新奥法不当，而造成锚喷或锚网喷支护的巷道大面积垮落、坍塌等事故，导致人力、物力的巨大浪费与损失。
②应变控制理论
日本的山地宏和樱井春提出了围岩的应变控制理论。该理论认为：隧道围岩的应变随支护结构的增加而减少，而允许应变则随支护结构的增加而增大。因此，通过增加支护结构，能较容易地将围岩应变控制在允许范围之内。支护结构的设计则是在由工程测量结果确定了对应于应变的支护工程的感应系数后确定的。
③能量支护理论
20世纪70年代，萨拉蒙（M.D.Salamon）等又提出了能量支护理论，该理论认为：支护结构与围岩相互作用、共同变形，在变形过程中，围岩释放一部分能量，支护结构吸收一部分能量，但总的能量没有变化。因而，主张利用支护结构的特点，使支架自动调整围岩释放的能量和支护体吸收的能量，支护结构具有自动释放名余能量的功能。
④数值计算方法
目前，数值计算方法日趋成熟，如有限元、有限差分、边界元，离散元等，以此为基础出现了大量的计算软件，如ANSYS、ADINA、UDEC、FLAC、FINAL、SAP等都开始逐渐为用户熟悉，这些软件与一些支护理论相结合，在地下工程中得到了广泛的应用。
（2）国内研究现状
我国在高应力三软煤层回采巷道支护理论等方面的研究工作起于上世纪 50 年代，但当时许多矿区还未进入深部开采，这方面的技术和理论研究发展比较缓慢。随着开采深度的增加，到了上世纪 80 年代高应力三软煤层回采巷道支护理论和技术得到了较大的发展，现已形成了几种具有代表性的支护理论。
①轴变理论和系统开挖理论
由于学馥等人（1981年）提出的“轴变理论”和“系统开挖控制理论”，“轴变理论”认为：巷道围岩破坏是由于应力超过岩体强度极限所致，坍塌是改变巷道轴比，导致应力重新分布，高应力下降低应力上升，直至自稳平衡，应力均匀分布的轴比是巷道最稳定的轴比，其形状为椭圆形。“开挖系统控制理论”认为
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是开挖扰动了岩体的平衡，这个不平衡系统具有自组织功能，可以自行稳定。
②联合支护理论
由冯豫、郑雨天、陆家梁、朱效嘉等人在总结新奥法支护的基础上，又提出了“联合支护技术”，认为：对于三软煤层回采巷道支护，一味强调支护刚度是不行的，要“先柔后刚、先挖后让、柔让适度、稳定支护”，并由此发展起来了锚喷网技术、锚喷网架支护技术、锚带网架、锚带喷架等联合支护技术。
③锚喷一弧板支护理论
以郑雨天教授、孙钧教授和朱效嘉教授为代表的学者提出了锚喷一弧板支护理论，该理论认为：对三软煤层回采巷道总是强调放压是不行的，放压到一定程度，要坚决顶住，即联合支护理论的先柔后刚的刚性支护形式为“钢筋混凝土弧板”，要坚决限制和顶住围岩向中空的位移。
④关键部位耦合组合支护理论
由何满潮教授提出的关键部位耦合组合支护理论，认为：巷道支护破坏大多是由于支护体与围岩体在强度、刚度、结构等方面存在不耦合造成的。要采取适当的支护转化技术，使其相互耦合，复杂巷道支护要分为两次支护，第一次是柔性的面支护，第二次是关键部位的点支护。
⑤围岩强度强化理论
由侯朝炯、勾攀峰教授等人提出的锚杆“围岩强度强化理论”，提出锚杆与围岩相互作用组称锚固体，锚杆可改善锚固体力学参数，提高锚固体的强度，使岩体强度，特别是峰后强度和残余强度得到强化，形成共同承载结构，充分发挥围岩自承能力。锚固体
随锚杆支护强度的增加而提高，锚固体强
度得到强化，达到一定程度就可保持围岩稳定。
⑥围岩松动圈理论
由董方庭教授等人提出的围岩松动圈理论，其主要观点为：儿是裸体巷道，其围岩松动圈都接近于零，此时巷道围岩的弹塑性变形虽然存在，但并不需要支护，松动圈越大，收敛变形越大，支护越困难，因此，支护的目的在于防止围岩松动圈发展过程中的有害变形。
⑦定量的控制分析理论
定量支护理论研究的历史实质上是围岩力学模型的研究历史。目前，流变力学、断裂力学、非连续介质力学、复合材料力学、损伤力学、时间序列分析理论、
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灰色系统理论和人工神经网络理论等都引入了三软煤层回采巷道工程的研究。但由于考虑了各种因素的本构关系过于复杂，涉及的各种参数甚多，计算非常复杂和困难，而要确定支护力的大小，尚需要强度理论或稳定准则，复杂条件下的强度理论或稳定准则目前研究尚很不充分，所以难以将力学模型用于支护力的大小设计。而且目前建立的模型难以考虑支护过程和围岩变形过程，现有的定量支护理论既不能像新奥法那样可以直接指导三软煤层回采巷道支护的设计与施工的各个环节，也不能确定支护力的大小。不过随着计算机和数值计算方法的发展，以有限单元法、边界元法、离散元法等为理论基础的计算机软件大量涌现，为地下工程围岩支护理论及其方法的研究提供了更加有力的工具。 2.1.2三软煤层回采巷道支护技术研究现状
（1）国外三软煤层回采巷道支护技术
美国和澳大利亚早期煤矿支护为砌碹、锚喷、金属支架等，近几十年以锚杆支护为主体。对于稳定和较为稳定的围岩重点采用普通锚杆支护，对于深部围岩多采用锚网、组合锚杆（网）、高强超长锚杆（网）等支护形式，对于极不稳定围岩主要采用组合锚杆桁架、锚索支护等，对一些特殊地点如随掘随冒，淋水大又破碎的地方采用金属支架。
西欧如英、法、德等国直到80年代仍以金属支架为主，对于不同围岩采用不同的金属支架，金属支架有专门的工厂统一加工，质量过硬、性能可靠、机械化安装调试，因此支护效果很好，但是从80年代以后开始引进锚杆技术。
俄罗斯和波兰等国至今以金属支架为主，金属支架用量约占支护总量的70%左右，辅以锚喷、木支架和砌碹等。对于深部高应力三软煤层回采巷道采用翻修的办法处理。
（2）国内三软煤层回采巷道支护技术
我国的支护类型更为多样，目前对于三软煤层回采巷道支护仍然是以金属支架支护为主流，现在尽管煤巷锚杆支护有了较大的发展，但是，由于三软煤层回采巷道围岩的特殊性，种种原因，锚杆支护技术始终没有在三软煤层回采巷道中得到广泛的推广和应用。
①锚喷支护
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1872年，英国北威尔士露天页岩矿山首次使用锚杆加固边坡。1912年，德国列兹矿山首次使用锚杆支护矿井。所以说锚杆技术已经有100多年的发展历史，但是真正被广泛使用主要是近五十年的时间。我国自50年代开始尝试使用锚杆技术，70年代煤炭工业部将锚喷技术定为井巷支护的发展方向，对锚喷支护技术进行系统研究总结和锚索实践，促进了锚喷技术的应用研究。80年代出现了一些锚喷支护技术用于隧道三软煤层回采巷道支护的成功范例，使锚喷技术得以巩固和发展。
这些年来，锚喷技术有了长足进步，从早期的胀壳锚杆、倒楔锚杆、楔缝锚杆等机械锚杆过渡到锚固性能良好、适应性更为广泛的树脂锚杆、水泥药卷锚杆以及自进式锚杆等。喷层材料从原来的素砂浆水泥、素混凝土到研制出掺加各种纤维的具有一定柔度的纤维混凝土。通过掺加聚乙烯、丙烯、尼龙等结晶聚合物制成的复合纤维材料大大增加了喷层适应三软煤层回采巷道大变形的能力，通过掺加微硅等微细填充材料，增加了喷层与岩面的密贴性能与强度等。
但是实践证明，普通锚杆有时难以满足三软煤层回采巷道大变形、高低应力的支护要求。超高强度螺纹钢锚杆具有更高的屈服强度（600MPa）和破断强度（800MPa），预紧力可以提高到600N/m。采用超高强度螺纹钢锚杆支护为巷道围岩提供了强大的支护阻力（比普通锚杆支护高36倍以上），大大增加了巷道围岩离层、变形和层理裂隙等弱面发展的约束力。此外高强度或超高强度螺纹钢可以实现全长锚固，有效控制巷道的大变形，提高支护系统的安全可靠性。
另外，三软煤层回采巷道松动范围大、岩体强度低，单纯使用锚杆支护难以使破碎岩块完全处于受压状态形成组合拱。要真正发挥锚杆的支护优势，必须从提高围岩的强度和变形模量入手，改变围岩的变形规律。
②金属支架支护技术
80年代末期，随着矿井采深日益加大，三软煤层回采巷道问题日渐突出，锚喷支护技术的成效开始降低，矿井发生底鼓、片帮等大变形现象，U型钢可缩支架受到重视，并受到了良好的效果。
U型钢可缩支架具有良好的断面和几何参数，搭接后可以缩让，支架本身没有塑性变形和损坏。不足的地方是支护强度仅为0.05～0.1MPa，不能有效控制围岩变形，自身可缩量有限，在很小的压缩量下就会发生破坏。但是，在三软煤层回采巷道中采用U型钢可缩支架+壁后充填技术，大大提高了U型钢可缩支架
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支护强度，如果在U型钢可缩支架和巷道围岩之间预留一定间隙和增加缓冲层，提高了支护体与围岩变形规律的耦合性，对三软煤层回采巷道无疑是一种理想的支护形式。
③联合支护技术
联合支护是采用两种或两种以上的支护方式联合支护巷道。如果能充分发挥每种支护方式的支护性能，优势互补，就会提升支护效果和扩大使用范围。
联合支护有多种类型，如喷射混凝土+U型钢可缩性支架、U型钢可缩性支架+注浆壁后充填加固、锚喷+注浆加固、锚喷+弧板支架以及锚喷+注浆+U型钢可缩支架等。
总体而言，国内支护技术和国外相比差距不大，但国外的支护设计和制造更为规范和先进，安装和检测设备也更为先进和可靠。
上述研究成果在三软煤层回采巷道支护的各个方面都具有一定的代表性，但是大多数主要针对于原始开掘的巷道锚网索支护技术上，而系统的研究三软煤层回采巷道U型钢支架+混凝土喷层壁后充填支护技术极为少见。 2.1.3三软煤层回采巷道稳定性控制设计方法研究现状
在三软煤层回采巷道稳定性控制设计方法研究方面，也取得了较大的进展。最开始由于相关理论研究的不成熟广泛采用工程类比法，随着支护理论及相关学科的发展，出现了理论计算法、现场施工监测反馈法、非线性大变形力学设计法、计算机数值模拟设计法及多种设计方法的有机结合等，经历了一个逐渐发展的过程。现分述如下：
（l）工程类比法
依据可靠的基础资料、工程环境资料和类似地质条件相邻矿井的支护及围岩变形的有关资料，在对这些资料、工程条件分析的基础上进行类比方案设计。
（2）理论计算法
根据三软煤层回采巷道工程岩体和工程环境的相关资料确定三软煤层回采巷道类别、岩体结构、地压显现类型，建立相应力学模型和计算方法。通过验算巷道位移、支架的最大反力及支护结构力学参数等，从总体上验算工程类比法所选取的支架类型及设计参数是否符合巷道围岩变形规律。
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