1、工程概况
冷泉矿上仓输送机斜巷是该矿主井煤仓的运输要道，设计服务年限长达60年，净断面为3.6m(宽)×3m(高)，斜长266.7m，倾角15034'20"，起坡点相对标高为- 730m，终坡点相对标高为- 660m。
该斜巷自1998-06-07从南大巷的联络平巷向上掘进，至10月15日施工到斜长154.7m位置。其中自起坡点至5.4m段采用锚网喷支护，5.4~154.7m段采用原设计的锚网喷与U型钢可缩性支架联合支护。施工过程中发现围岩较为松软破碎，层理、节理发育，围岩以不规则锯齿状掉块方式破坏，整条巷道处于高应力区，支护困难。为此，鹤壁矿务局经研究，决定同中国矿业大学合作，进行新型支护方案试验；10月15日~11月11日采用新设计的锚网喷与带底拱的矿用工字钢支架联合支护施工了40m，11月11日~12月18日采用新设计的带混凝土底拱的锚网喷支护施工了72m，初步掌握了该斜巷软岩支护特点，取得较好的技术经济效益。
2、地质特征
(1)岩性特征。上仓输送机斜巷起坡153~176m段为灰黑色粉砂岩，176~ 223m段为紫斑泥岩，223~233m段为灰白色泥岩，233~ 253m段为灰黑色泥质粉砂岩。
(2)构造特征。根据工程地质特征分析，上仓输送机斜巷起坡153~ 253m段围岩主要有3组节理，即A组节理：走向320~ 3400，倾角70~ 800，属NW向，近垂直；B组节理：走向220~2400，倾角70~800，属SW向，近垂直；C组节理：走向20~ 300，倾角35~ 450，倾角较缓。A，B两组为共轭节理，其主应力近SN向；节理的延展性较好，贯穿于整个掘进断面，每米约有20~30条，闭合性好，无充填，大大降低了岩体的强度。
(3)矿物特征。上仓输送机斜巷围岩由砂岩和泥岩组成，泥岩占50%以上。根据全岩分析结果，泥岩的主要矿物成分为粘土、石英、赤铁矿，以及少量的钠长石和钾长石，强度不低。根据粘土矿物X射线衍射分析试验结果，粘土矿物的主要类型为高岭石、伊蒙混层和伊利石等，高岭石的含量较高(61%~84%)，膨胀性的伊蒙混层含量不高(14%~32%)，说明膨胀性不是影响巷道变形的主要因素。
3、r-u复合型软岩的适宜支护技术
3.1软岩变形力学机制
根据试验分析，鹤壁矿区冷泉矿上仓输送机斜巷试验巷道的围岩具有物化膨胀性和受节理影响的，在较高重力和工程偏应力共同作用下的混合变形机制。根据工程软岩划分，属高应力(H)、节理化(J)复合型软岩，即r-u复合型软岩。
3.2支护对策
将原设计即锚网喷与U型钢可缩性支架联合支护称为方案1，新支护设计即锚网喷与带底拱的矿用工字钢拱形支架联合支护称为方案2，优化支护设计即带混凝土底拱的锚网喷支护称为方案3。方案2、方案3的巷道支护分别见图1和图2，各方案支护参数见附表。
3.2.1方案1存在的主要问题
方案1采用的是线性力学设计，存在以下主要问题：
(1)缝管式锚杆抗拉拔能力太低，作为一次支护，根本不能抵抗巷道围岩的急剧变形，其强度与围岩变形不耦合。
(2)可缩性U型钢支架不能使巷道围岩的变形能得到充分释放，由于巷道变形在整个断面是不均匀的，使得在断面的某些部位发生应力集中现象，其围岩压力直接作用在钢架上，导致钢架的局部位置发生弯曲变形，进而导致整个钢架破坏。
(3)U型钢支架未带底拱，支护未能成为1个封闭的结构。
经试验观测，采用方案1支护两个月后，U形钢支架腿收敛位移量达400~1 000mm，高度方向收敛位移量达300~1100mm。巷道到目前为止仍未稳定。
3.2.2方案2及其优点
方案2是根据r-u复合型软岩变形力学机制，采用软岩巷道非线性力学设计方法设计的，其主要优点为：
(1)采用高强度螺纹钢树脂锚杆和钢筋网耦合支护技术，锚、网强度和围岩相耦合，使得巷道围岩充分释放变形能，保证围岩受限制地变形。
(2)采用复合型托盘技术，避免了螺纹钢
锚杆在丝扣处发生断裂。
(3)采用预留刚隙柔层技术和钢架技术
的耦合，预留的刚隙柔层保证了巷道围岩在
锚、网、喷支护下充分地变形；采用带底拱的
11号矿用工字钢支架，在底梁和直墙之间采
用消力接口技术，以调整巷道围岩工程偏应
力所造成的支护体受到的围岩压力不均匀
性，使得巷道围岩应力均匀，避免了应力集中。
采用方案2施工的巷道目前无底鼓现象，巷道变形量很小，两帮和顶底移近量不超过100mm。
3.2.3方案3的优化
方案2架设的工字钢支架主要起能量储备作用，方案3优化设计中取消了工字钢支架。
根据方案2的支护情况，方案3优化设计中取消了锚索支护。
采用优化设计方案（方案3）施工的巷道目前无底鼓现象，巷道变形量很小，两帮和顶底板移近量不超过100mm。
3.3经济效益比较
3.3.1直接经济效益
依据现行原煤炭部预算定额对上述3种方案的巷道单价进行了测算，结果如下：方案1每m单价为15 233元；方案2为12 349元，较方案1节约2 884元；方案3为8 000元，较方案1节约7 233元。方案2试验段40m，较方案1节省11.536万元；方案3试验段72m，较方案1节省52.077 6万元，两项合计共节约投资63.613 6万元。
3.3.2间接经济效益
间接经济效益主要表现在以下几个方面：
(1)降低了巷道返修率。采用新型锚网支护的112m巷道返修率为0。
(2)提高了施工速度。采用方案1的实际单进为35m/月，采用方案2的实际单进为44m/月，采用方案3的实际单进为58m/月。
(3)提高了施工的安全性。
综上所述，方案3技术可靠，经济合理，造价低，施工速度快。在目前情况下方案3最优，在围岩更差的条件下可以考虑方案2。
4、对HJ复合型软岩巷道支护的几点体会
(1)巷道施工必须进行光面爆破，软岩揭露后应尽快封闭，防止风化。
(2)必须保证树脂锚杆的安装质量，安装锚杆前要对巷道进行初喷。
(3)要对巷道进行全断面支护（封闭式支护），才能有效控制巷道变形。
(4)底角锚杆（与地面呈450夹角）对防止底鼓很有效。
cs)r-u复合型软岩支护新技术先进，支护效果好，经济效益明显，有很高的推广价值。
