三软煤层回采巷道刚柔结合强力支护技术研究 实施方案
（3）现场施工监测反馈法
依据岩体动态施工过程力学，复杂岩体工程的设计与施工是一个非线性力学过程，其稳定性与应力路径紧密相关，取决于分步开挖与支护的方案，必须运用动态规划原理对施工过程进行优化设计与分析。施工监测内容包括岩石的物理力学性质确定、巷道收敛、支护荷载以及典型地段围岩深部位移监测等。依据实测数据资料整理分析，反馈信息，及时调整工程设计参数，完善初步设计方案。
（4）非线性大变形力学设计法
何满潮教授根据三软煤层回采巷道工程力学支护理论的研究成果，首次提出了三软煤层回采巷道非线性大变形力学设计方法。该设计方法认为，地下工程围岩的破坏多数是由于支护体与围岩在强度、刚度和结构上存在不耦合造成的，三软煤层回采巷道工程的支护应该从分析其变形力学机制入手，对症下药，采取适当的支护转化技术，使复合型转化为单一型。十多年来，该设计方法在全国30多个矿井推广应用，并且取得了良好的经济和社会效益。
（5）计算机数值模拟设计法
随着计算机技术的飞跃发展，工程数值计算方法日臻成熟，如有限单元法、边界元法、离散元法等，以此为理论基础的、适用于不同工程对象特点的岩土工程数值计算软件大量涌现，如ADINA、FINAL、UDEC、FLAC以及ANSYS等程序。针对具体深部工程特性，选用能最大程度地体现其工程特点的数值软件，根据工程及岩体物理力学参数，设计不同的支护方案及参数设计，据此构建相应力学模型，通过模拟运算来优化设计方案及参数。该方法目前在深部巷道及其它地下工程支护设计中得到了广泛的应用。近年来，利用数值模拟手段对深部巷道支护的机理进行研究也取得了一定的成果，对大断面铜室及交叉点支护、动压巷道支护等方面都作了大量的卓有成效的研究。
2.2存在的主要问题
大量的理论研究和工程实践表明，三软煤层回采巷道失稳破坏与巷道围岩的工程地质条件、应力场特征、岩石的矿物成分、物理、化学、力学特性、采掘扰动等因素密切相关。关于巷道破坏机理的研究也从只考虑单一因素向多因素综合考虑深入，由此发展起来的三软煤层回采巷道稳定性控制技术，也从单一的强力
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支护向多因素综合控制方面发展。上述理论与技术，对于保证煤炭资源开采过程中巷道稳定性控制做出了重要的贡献。然而，随着煤炭资源开采逐渐向深部发展，特别是在“三高一扰动”的复杂地质力学环境下，使得现有理论与技术难以适应深部三软煤层回采巷道工程稳定性控制要求，现有的适用于浅部巷道稳定性分析理论、设计方法和控制对策在解决深部三软煤层回采巷道定性问题方面存在许多问题，主要表现在以下几个方面：
2.2.1让压支护技术在时间和空间上存在模糊性
随着高应力三软煤层回采巷道支护技术的发展，逐渐形成了一次让压支护，二次加强支护的支护思想。长期以来，一次让压支护多采用锚网、预留巷道断面和锚喷＋塑性充填层等支护方式，并获得了较好的支护效果。但总体来看，目前采用的一次让压支护，无论锚网喷支护还是预留巷道断面金属支架等支护方式都是预先必须限定围岩的变形空间，如果预先限定的变形空间太小就不能充分释放围岩的变形能，如果围岩变形空间过大会使浅部围岩的弱化程度加大，围岩的整体强度降低，不利于发挥围岩的承载能力，这也是造成二次支护失败的主要原因之一，寻求一种主动有控卸压与围岩变形的相协调的三软煤层回采巷道支护技术是解决此问题的关键。
2.2.2对三软煤层回采巷道最佳支护时间选择存在盲目性
工程实践和试验均已证明，三软煤层回采巷道的破坏是一个渐进的过程，一般都会出现蠕变速率衰减、稳定和加速三个阶段，三软煤层回采巷道在这三个阶段的流变参数也并非定值，而是与时间和所处的应力水平有关。尤其是对深部三软煤层回采巷道受“三高一扰动”的复杂地质力学影响，特别是受巷道掘进与其它采动集中应力的作用，使得深部三软煤层回采巷道表现出软岩变形破坏的复杂性，建立在传统的经典线性力学理论基础上的巷道失稳机理研究成果，已难以甚至无法解释深部三软煤层回采巷道工程破坏失稳的非线性力学过程。关于二次支护控制三软煤层回采巷道蠕变那个阶段以及控制方法都还缺少相应的研究。
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2.2.3对支护设计理念缺乏认识
传统支护方式没有意识到支护材料间、支护材料与围岩间的耦合作用，只是被动地、机械的通过多种支护材料的联合使用，以期增加支护强度。由于高应力三软煤层回采巷道工程在地质条件恶化、地应力增大、碎裂岩体增多等复杂环境下，巷道围岩的受力、变形和破裂特征、巷道围岩应力的时空分布规律等方面与浅部岩体工程具有许多不同的特点，从而造成深部三软煤层回采巷道变形破坏产生的机理也明显区别于浅部开采条件，对于三软煤层回采巷道仍沿用浅部的技术从而可能导致：①对已经进入深部的三软煤层回采巷道工程仍沿用传统的适用于浅部的理论、方法和技术，将造成巷道大量返修甚至出现工程事故；②一味出于安全等方面的考虑，对尚未进入深部的浅部三软煤层回采巷道工程采取过于保守的工程措施，造成大量不必要的浪费。 2.2.4三软煤层回采巷道理论研究缺乏实践性
三软煤层回采巷道二次支护设计的主要目的是控制围岩变形在允许的范围内，二次支护前最大程度地释放围岩的变形能，充分发挥围岩自身承载能力。因此，合理二次支护时间的确定就成为三软煤层回采巷道支护设计中的核心。当前采用的二次支护技术多是从新奥法、联合支护等理论发展形成的，这些理论也都间接考虑了围岩的蠕变特性对支护的影响，但由于新奥法等理论是由一些定性的原则组成，对三软煤层回采巷道的二次支护时间和最大允许变形量等支护设计参数，未能给出一个定量的解答，导致目前对三软煤层回采巷道的支护设计多是参考一些经验值，不能提供科学、准确地支护设计方案。现有的工程实践和理论研究成果表明，对支护材料的选型仍然停留在经验选择上，对支护结构的理论研究停留在破坏机理、作用机理、受力分析等方面。针对三软煤层回采巷道围岩强度低，大变形、长流变特点，提出适应于三软煤层回采巷道变形特征的围岩–支护协同承载体，将围岩变形速率控制在合理范围的支护技术与理论研究还不多见。 2.2.5对三软煤层回采巷道支护材料的物理力学性能研究缺乏
现有的煤矿工程实践和理论研究成果表明，对支护材料的选型停留在经验选
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择上。尤其是对三软煤层回采巷道支护起决定作用的壁后充填材料的物理力学性能、配合比、浆液的凝结时间、泵送时间、早凝早强和后期强度等方面缺乏研究，最终导致充填层早期开裂造成支护体完全破坏。对于锚喷支护起主要护表作用的混凝土喷层材料物理力学性能的研究更是缺乏，大量三软煤层回采巷道早期喷层脱落，一方面是由客观围岩应力所造成，另一方面是喷层材料物理力学性能影响和现场施工工艺所造成，因此，开展对壁后充填材料和混凝土喷层材料物理力学性能试验研究已成当务之急。
3主要研究内容、研究方法和技术路线
3.1主要研究内容
本文采用现场考察、理论分析、动态设计、数值模拟、实验室实验和现场信息化工业性试验等方法，主要开展以下几个方面的研究：
（1）三软煤层回采巷道围岩变形破坏机理研究
（2）三软煤层回采巷道支护结构与围岩相互作用机理研究 （3）U型钢可缩性支架联合支护机理研究
（4）三软煤层回采巷道强力复合支护的实验室相似模型试验研究 （5）三软煤层回采巷道强力复合支护的数值模拟计算研究 （6）主要影响因素对支架承载能力的影响研究
（7）壁后充填材料与混凝土喷层材料物理力学性能及试验研究； （8）三软煤层回采巷道强力复合支护关键技术研究； （9）三软煤层回采巷道支护技术方案动态信息化设计；
（10）三软煤层回采巷道强力复合支护过程设计与施工工艺研究； （11）现场工业性试验研究
3.2研究方法
（1）现场调查法。主要是收集巷道原来的支护方式、破坏状况和维修情况、目前的破坏状况。
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（2）理论分析法。研究相关的理论，并借鉴国内外其他矿井在这方面的技术成果，进行分析、评价，研究和建立科学的支护理论，确定出合理的修复加固方案和技术。
（3）现场试验研究和工程实践。通过现场试验和工程实践，运用各种检测手段考察现场实施效果，并对方案进行调整。
3.3技术路线
（1）对于现有的三软煤层回采巷道支护理论和支护技术进行全面分析，提出“U型钢支架+混凝土喷层+壁后充填”强力复合支护原理。
（2）通过工程地质调查、现场测试、室内试验、理论分析和数值模拟等方法，分析三软煤层回采巷道支护失稳机理，找出影响巷道稳定性的主控因素。
（3）根据室内外试验及现场实测结果，结合铁生沟煤矿11150工作面两巷变形破坏机理分析，运用强力复合支护原理来确定铁生沟煤矿11150工作面回采巷道变形力学机制，提出相应的控制对策；
（4）采用动态信息化设计方法对三软煤层回采巷道支护方案和参数进行初步设计；
（5）对三软煤层回采巷道强力复合支护初步设计方案应用FALC3D软件进行巷道稳定性数值模拟：
（6）进行现场工业性试验，并对实验效果进行观测分析； （7）根据井下试验效果，进一步优化设计方案和参数。
4关键性研究
（1）“U型钢支架+混凝土喷层+壁后充填”强力复合支护理论研究； （2）壁后充填材料的选择及其力学性能试验研究； （3）聚丙烯纤维混凝土喷层材料力学性能试验研究； （4）煤层注水防片帮、冒顶技术研究； （5）强力复合支护快速施工工艺研究。
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