1、問題的提出
兗州礦務(wù)局厚煤層綜放采煤法自1992年在興隆莊礦試驗(yàn)成功以來，由于高產(chǎn)高效、安全低耗和能適應(yīng)煤厚變化等優(yōu)點(diǎn)，顯示出強(qiáng)大的生命力，迅速發(fā)展成該局主要的采煤方法。在發(fā)展過程中也出現(xiàn)了不少新問題，回采巷道支護(hù)問題就是其中之一。該局現(xiàn)普遍采用梯形礦工鋼棚支護(hù)，與綜放采煤法不相適應(yīng)主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：（1）回采巷道超前替棚支護(hù)工作量大，占用時(shí)間長，直接影響了綜放面的快速推進(jìn)和高產(chǎn)高效能力的進(jìn)一步發(fā)揮；（2）不能主動(dòng)加固圍巖和充分利用圍巖自承能力，因而掘進(jìn)冒頂嚴(yán)重，并導(dǎo)致頂煤自燃發(fā)火；（3）斷面收縮率大，不適應(yīng)綜放采煤法對通風(fēng)、運(yùn)輸及設(shè)備搬運(yùn)安裝等方面的要求；（4）消耗鋼材多，支護(hù)成本高；（5）棚子及圍巖變形嚴(yán)重，維護(hù)工作量大，占用人員多；（6）端頭維護(hù)工勞動(dòng)強(qiáng)度大，超前替棚作業(yè)人身安全隱患大。針對上述問題，我們提出一種新型支護(hù)方式——桁架錨帶網(wǎng)支護(hù)。
2、桁架錨帶網(wǎng)支護(hù)作用原理
桁架錨帶網(wǎng)支護(hù)的關(guān)鍵構(gòu)件是桁架錨桿。桁架錨桿一般由兩根頂板斜錨桿和一根水平拉桿及托盤組成，如圖1所示。在斜錨桿和水平拉桿作用下，桁架錨桿支護(hù)系統(tǒng)對頂板中部產(chǎn)生壓縮和托頂作用，增大了頂板裂隙體中的壓應(yīng)力和摩擦力，減小甚至抵消了頂板中部的可能產(chǎn)生的拉應(yīng)力。兩根斜錨桿通過拉桿協(xié)調(diào)受力，且具有一定的柔性，允許頂板適量下沉，在下沉過程中頂板裂隙體摩擦力增大，產(chǎn)生自鎖作用，從而能夠有效地維護(hù)高應(yīng)力區(qū)的破碎頂板。
鋼帶及金屬網(wǎng)的作用在于增加單體錨桿間的聯(lián)系，防止錨桿間圍巖松脫冒頂。
3、綜放回采巷道桁架錨帶網(wǎng)支護(hù)研究
以興隆莊礦五采區(qū)綜放回采巷道為研究對象，運(yùn)用數(shù)值模擬方法(FLAC軟件)模擬研究了如下內(nèi)容。
3.1圍巖穩(wěn)定性與斷面高寬比
數(shù)值模擬限于斷面積12m²的矩形和梯形斷面。對高寬比分別為0.47、0.67、0.75、0.84、0.91、1.33和2.08等7種矩形斷面的模擬分析表明：合理的斷面高寬比為0.75。進(jìn)一步模擬上寬3.4m、下寬4.2m、高2.8m、平均高寬比為0.75的梯形斷面表明：梯形斷面優(yōu)于矩形斷面。
3.2系統(tǒng)錨桿支護(hù)參數(shù)與圍巖穩(wěn)定性
有關(guān)文獻(xiàn)研究表明，對彈模為5. 4GPa的軟巖試塊，系統(tǒng)錨桿合理的參數(shù)范圍為：L/e且e<0.9-1.2m (L為錨桿長度，e為錨桿間距)。煤體的彈模一般小于5.4GPa，布置系統(tǒng)錨桿加固煤體可參考該范圍取值。為了具體確定L、e及L/e值，模擬了表1所列的16種系統(tǒng)錨桿支護(hù)方案。結(jié)果表明：方案6即L=2. lm，e＝0. 7m, L/e=3. 0圍巖穩(wěn)定性最好。
3.3頂板下沉量(u)與桁架錨桿傾角（α）及拉桿預(yù)緊力（T）的關(guān)系
為研究頂板下沉量隨桁架錨桿傾角及拉桿預(yù)緊力的變化，模擬了桁架錨桿傾角分別為40º、45º、50º、55º、60º、65º和70º時(shí)7種情況及拉桿預(yù)緊力從0KN、10KN、20KN、30KN……到90KN等8個(gè)方案，結(jié)果表明：合理的桁架錨桿傾角α＝15º－60º，適宜的桁架拉桿預(yù)緊力T＝40-50KN。
3.4圍巖收斂變形量與錨桿預(yù)應(yīng)力F的關(guān)系
為研究綜放回采巷道頂?shù)滓平考皟蓭鸵平侩S錨桿預(yù)應(yīng)力F的變化，又模擬了錨桿預(yù)應(yīng)力分別為0kN、10kN、30kN、50kN、70kN、90kN和110kN時(shí)7種情況，結(jié)果如圖2所示。當(dāng)錨桿預(yù)應(yīng)力F<60-70kN時(shí)，增加預(yù)應(yīng)力對圍巖控制效果作用顯著；反之，對圍巖控制效果不明顯，故適宜的錨桿預(yù)應(yīng)力為60～70kN。
3.5桁架描帶網(wǎng)支護(hù)系統(tǒng)參數(shù)
根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果，設(shè)計(jì)出綜放回采巷道桁架錨帶網(wǎng)支護(hù)方案，如圖3所示。
桁架錨帶網(wǎng)支護(hù)系統(tǒng)參數(shù)如下：
（1）頂板桁架錨桿支護(hù)參數(shù)：①桁架錨桿：選用Ф20、長2.35變形螺紋鋼，傾角55º；②錨固方式：樹脂藥卷加長錨固（采用K2335和Z2370各一支），③拉桿：采用Ф14圓鋼每架兩根，長2.5m；④桁架托盤：采用ZG270－500材料鑄造。
（2）頂板鋼帶錨桿支護(hù)參數(shù)：①鋼帶錨桿：選用Ф2.0，長2.0m變形螺紋鋼，傾角分別為70º、80º、90º，錨桿間距700mm，排距1.4m，錨固方式同桁架錨桿；②鋼帶：采用BHW－280－3－3400W型鋼帶（橫向）和BHW－280－3－850W型鋼帶（縱向）兩種；③托盤：采用BHT－B型鑄造托盤；④金屬網(wǎng)：采用10＃60×80mm、網(wǎng)片為3600×800mm的菱形鐵絲網(wǎng)。
（3）兩幫支護(hù)參數(shù)：①幫錨桿選用Ф20、長2.0m的變形螺紋鋼，間排距為700×700mm；②錨固方式：快硬水泥藥卷全長錨固；③托盤：采用在木托盤上加金屬托盤配套使用，木托盤尺寸為500×200×50mm。
