一、支護研究背景
二、錨杆支護基本理論與新型錨杆、錨索
三、巷道支護係統設計方法
四、部分礦井巷道支護案例
五、部分專利與成果
“複雜地質條件下巷道圍岩變形與控製”是目前深井建設中遇到的普遍難題，針對複雜施工地質條件，探究經濟合理的巷道支護技術，對礦井的安全高效生產具有重要的現實意義和工程應用價值。
我國煤礦開采深度以8-12m/年的速度增加，東部礦井10-25m/年。
1980年平均開采深度288m，1995年428.83m，2000年以後超過了500m。
國有重點煤礦，開采深度達1000m深礦井有數十處，最大采深超過1300m。
主要分布在新汶、淄博、開灤、北票、沈陽、徐州、淮南、徐州等礦區。
到2009年底，新礦集團5個礦采深超過1000m，開灤、徐州、淮南等礦區平均采深大於800m。
預計在未來20年我國很多煤礦將進入到1000-1500m的開采深度。
高地應力： 垂直應力明顯增大；水平應力甚至超過靜水壓力；構造應力場複雜。
高 地 溫： 地溫梯度30-50°C/km。熱應力問題明顯，（0.4-0.5 MPa）/△ 1°C
高岩溶水壓：高裂隙水壓使岩石更易破壞且礦井突水嚴重。
開采擾動： 在高地應力下，疊加采動影響，巷道硐室破壞更加嚴重。
岩體弱化： 不同圍壓下岩石具有不同的特性，在高圍壓下脆性岩石轉化為塑性。
流變特性： 高應力作用下，岩石具有較強的時間效應，呈現明顯的流變或蠕變。
擴容特性： 在大偏應力下岩石內部節理、裂隙、裂紋張開，出現擴容膨脹。
垮落冒頂增加：圍岩應力高於圍岩強度，圍岩易失穩性，支護難度大。
衝擊地壓： 煤岩體應力加大，衝擊地壓發生的頻率、強度和規模增加。
礦壓顯現強烈：巷道變形量明顯增大，采麵礦壓顯現強烈。
巷道圍岩變形的時間效應。圍岩變形量大，有明顯的時間性。初期來壓快、變形顯著，不采取有效支護措施，極易發生冒頂、片幫。即使圍岩變形穩定後，圍岩還以長期處於流變狀態。
巷道圍岩變形的空間效應。巷道來壓方向多表現為四周來壓。不僅頂板、兩幫發生顯著變形和破壞，底板也出現強烈變形和破壞，如不對底板采取有效控製措施，則強烈底臌會加劇兩幫和頂板的變形和破壞。
巷道圍岩變形的易受擾動性。圍岩變形對應力的變化非常敏感，受震動、鄰近巷道掘進或回采工作麵采動影響後，圍岩變形和破壞均有明顯增加。圍岩的穩定性與巷道斷麵形狀、施工工藝等因素都有關係。
巷道圍岩變形的衝擊性。在有衝擊傾向的巷道中，圍岩變形有時並不是連續的、逐漸變化的，而是突然劇烈增加，導致斷麵迅速縮小，具有強烈的衝擊性。
新奧法支護理論
煤炭行業結合自身特點，完善和發展了新奧法：采用光麵爆破；早強噴射混凝土及時封閉巷道周邊，實施密貼支護；采用錨噴支護，主動加固圍岩，提高其自承能力，在圍岩內形成承載圈；實施二次支護；對破碎圍岩實施注漿加固；實施動態設計和動態施工等。
聯合支護理論
對深部巷道，隻提高支護剛度難以有效控製圍岩變形，要先柔後剛，先讓後抗，柔讓適度，穩定支護。但隨著巷道條件變差，該理論受到挑戰，有些巷道采用聯合支護並不有效，多次維修，圍岩變形一直不能穩定。
二次支護理論
對深部大變形巷道，應實施二次支護。一次支護在保證圍岩穩定的條件下允許有一定變形，釋放壓力；在合適的時間進行二次支護，保持巷道的長期穩定。
錨杆錨噴支護：錨杆錨噴支護性能優越，比較適合深部巷道支護。但必須選擇合理的支護形式與參數，才能取得較好效果。
U型鋼可縮性支架：U型鋼具有較好的斷麵形狀和幾何參數，型鋼搭接後易於收縮，支架設計合理，使用正確，能獲得較好的力學性能。支架結構分不封閉和封閉。但U型鋼支架畢竟是一種被動支護形式，而且支護費用高，施工比較困難。
注漿加固：注漿將破碎岩體固結，改善圍岩結構，提高圍岩強度，增加自身承載能力。水泥─水玻璃、高分子材料。注漿加固適於破碎圍岩，且與其它支護方法聯合使用。
聯合支護：兩種或兩種以上支護方式聯合支護。如能充分發揮每種支護方式性能，優勢互補，有更好支護效果和更廣的適用範圍。錨噴+注漿，錨噴+U型鋼支架，U型鋼支架+注漿，錨噴+注漿+U型鋼支架。適用範圍廣，但費用高，支護形式選擇不匹配時，往往造成各個擊破。
卸壓技術：將巷道布置在應力降低區，或采取人工卸壓措施，使巷道周邊的高應力向深部轉移，是深部巷道圍岩變形控製的另一個途徑。
在應力降低區布置巷道是首選方法，人工卸壓法（切縫、鑽孔、爆破、掘卸壓巷等），由於種種原因，目前還沒有推廣，僅作為一種輔助方法局部采用。
高強預應力錨杆、預應力錨索、讓壓錨杆、讓壓錨索支護已得到大麵積應用,成為我國煤礦巷道首選的、主要的支護方式。
組合梁理論
機理：將錨固範圍內的岩層擠緊，增加各岩層間的摩擦力，防止岩石沿層麵滑動，避免各岩層出現離層現象，提高其自撐能力。
將巷道頂板錨固範圍內的幾個薄岩層鎖緊成一個較厚的岩層（組合梁）。在上覆岩層載荷的作用下，這種組合厚岩層內的最大彎曲應變和應力都將大大減小，組合梁的撓度亦減小。
適用條件：層狀複合頂板
薄壁梁向深厚梁的轉換理論
理論要點
深厚梁－理論
薄壁梁－理論
壓縮拱(承載拱)理論
機理：在破裂區中安裝預應力錨杆時，在杆體兩端將形成圓錐形分布的壓應力，如果沿巷道周邊布置錨杆群，隻要錨杆間距足夠小，各個錨杆形成的壓應力圓錐體將相互交錯，就能在岩體中形成一個均勻的壓縮帶，即承壓拱，這個承壓拱可以承受其上部破碎岩石施加的徑向荷載。在承壓拱內的岩石徑向及切向均受壓，處於三向應力狀態，其圍岩強度得到提高，支撐能力也相應加大。
錨杆和錨固區域圍岩體形成統一的承載結構
錨杆支護可以提高錨固體的力學性質
提高殘餘強度值
改變圍岩的受力狀態,提高承載能力
減少破碎區、鬆動區範圍
控製鬆動圈擴展
預應力錨杆、錨索支護是主動強化破碎圍岩的主要方法；
後注漿錨杆、錨索是被動強化圍岩的一種方法。
高地應力、軟弱破碎圍岩巷道平衡支護問題
位移平衡支護法－新型預應力讓壓錨杆
1）巷道開挖後地應力釋放的不可抗拒性
2）對地應力釋放實施有控製讓壓
應力平衡支護法－通過變換支護參數平衡巷道不同位置的地應力
1）受構造應力或采動應力的影響，巷道周邊應力分布不均一，所以不能用均一的支護參數去支護巷道圍岩。
2）巷道圍岩強度的不均一性，應根據圍岩的強度設計支護參數。
龍固煤礦在建設期間的硐室和主要大斷麵巷道均采用了高強讓壓錨杆，取得了較好的效果。讓壓錨杆在新礦集團、棗礦集團、兗礦集團和潞安集團的動壓高地應力巷道支護中被廣泛應用。
位移平衡支護法－新型的預應力讓壓錨杆
預應力讓壓錨杆工作特性曲線
應力平衡支護法－通過變換支護參數平衡巷道不同位置的地應力
預應力錨杆與圍岩主動控製支護效果—計算機模擬
預應力錨杆與圍岩主動控製支護效果—計算機模擬
新礦集團集團1200m采深巷道支護效果對比
滕東生建煤礦：主井井筒深度921m，副井井筒深度949m，主副井井壁均采用素混凝土。井筒施工至700m左右時，滕東煤礦與山東科技大學合作，采用高強預應力錨杆、錨索主動預加固井壁圍岩，在井底硐室群施工過程也同樣采用了高強預應力錨杆＋錨索＋金屬網＋鋼帶(鋼筋梯)＋噴射混凝土等複合支護技術，取得了顯著的支護效果，所有硐室和巷道達到了預期的支護效果，巷道維修率不到2％。
唐口煤礦：是全國唯一一個主井、付井、風井均超1000m的新建礦井，是當時濟西礦區最早建設的新井，設計年產300萬噸。在礦井建設時期采用了設計院的原有設計，但是硐室施工完畢後，很短時間內多處發生了較大的變形。針對這種情況采用了錨索、加長高強錨杆和注漿錨杆等綜合二次加固措施，取得了較好的加固效果，最終獲得了國家科技進步二等獎。但是該成果是巷道二次加固維修取得的，並沒有硐室開始施工時采用加強支護的預案，造成工期延長。
霄雲煤礦：霄雲煤礦是由濟寧礦業集團投資興建的中型現代化礦井，礦井由濟南煤炭設計院設計，采用立井開拓，設主、副兩個井筒，設計生產能力0.9Mt/a。主井深度840m，付井深度860m，表土段423m，凍結深度472m。
從主、付井檢查孔得知，部分井下硐室和巷道要揭露一層2米左右的膨脹性泥岩。因此該礦與山東科技大學合作進行了軟岩深井巷道支護研究，由於通過加強支護預案，礦井建設順利，現在礦井所有硐室和巷道全部順利施工完畢。
楊營煤礦：肥礦集團投資興建，井田位於梁山縣楊營鎮。濟南煤炭設計院設計，采用立井開拓，設主、副兩個井筒，設計生產能力0.9Mt/a，礦井服務年限為42.0年。主井深度681m，付井深度668m。井筒采用凍結法施工，主、副井凍結深度定為540m、588m。
自09年6月井筒施工剛過凍結段，楊營煤礦即提前與山東科技大學開展合作，針對井底車場所處層位岩性軟弱破碎、地壓大等特點，對即將開始施工的井下硐室群及車場巷道(馬頭門、主付井貫通巷、井底煤倉、箕鬥裝載硐室、皮帶機頭硐室、泵房、變電所等硐室)進行研究，在設計院提供的施工設計基礎上，根據具體地質條件，進行了巷道支護優化。
目前兩條井筒已經到底並貫通，現正在順利施工井底車場相關巷道及硐室，“基於圍岩應變分析與主動控製的高預應力錨杆複合支護技術體係”在楊營煤礦井底車場支護中已得到了應用。
其它如：郭屯、趙樓、陳蠻莊等礦井在礦井建設期間也都進行了係列的支護研究，采取適合該地質條件下的加強支護措施，保證了礦井順利建設。
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