3-1煤巷道支护设计为满足3-1煤层巷道的安全、正常使用，提高巷道的掘进速度，降低支护成本，特针对本矿井3-1煤层赋存特征及其顶底板条件开展支护技术研究。
本项目在3-1煤层已掘三种类型巷道：3-1煤东辅运大巷、G3-1105工作面辅运顺槽、G3-1105工作面运输顺槽中开展支护设计研究，通过采取数值模拟及现场矿压观测的手段，对本矿井-1煤层三种类型巷道原有支护设计进行优化，确定合理的支护方案，以指导本煤层其他类似地质条件下的巷道支护。
一、3-1煤东辅运大巷3-1煤东部辅运大巷是继2015年9月14日停掘的3-1煤东部三条大巷的延伸开拓工程。
掘进巷道相对地表为大哈它土沟、铁路高头窑装车站站场（铁路线和站房）和低矮山区。
地面标高在+1302.5～+1322.5m，煤层底板标高在+1175.9～+1176.7m之间，煤层埋深125.8-146.6m。
3-1煤东部辅运大巷开口中心点坐标：X=4432285.000，Y=37384100.628，Z=+1177.482（顶板高程），按方位角90°掘进，设计长度290m。
（一）煤层赋存条件。
该煤层为3-1煤层，位于延安组中岩段（J1-2Y2）的顶部，呈西北-南东向展布，巷道附近见煤钻孔1个，为补1孔。
1. 煤层赋存稳定性：3-1煤层赋存稳定，煤层连续性较好。
2. 煤层性质及结构：3-1煤黑色，半暗淡，含丝炭黑色条痕，油脂光泽，内生裂隙，半坚硬，易风化。
煤层结构简单，夹石一般为两层，东部区域为一层，上层夹石厚度为0～0.35m，下层夹石厚度为0.34～0.35m。
上层夹矸岩性为砂质泥岩，下层夹矸岩性为中砂岩。
随着巷道向东掘进，上层夹石逐渐消失，煤层合并。
3. 煤层厚度：煤层厚度变化较小。
煤层有益厚度为 3.48～3.71m，平均为3.6m。
f=0.34～0.53，硬度小。
4. 煤层顶、底板：3-1煤层顶板岩性主要为砂质泥岩，灰白色，厚度为14.25m，根据钻孔岩石力学试验结果，抗压强度9.6～23.6MPa，软化系数0.15～0.79。
与2-4煤层间距为16.8m。
与3～3煤层间距为13.05m。
3～1煤层底板岩性主要为砂质泥岩，厚度为13.05m，根据钻孔岩石力学试验结果，抗压强度11.9～29.6MPa，软化系数0.14～0.58。
（二）地质构造。
煤层产状平缓近于水平，无断层、陷落柱等构造。
没有岩浆侵入现象和陷落柱构造。
属于地温正常区域，无放射性物质。
（三）水文地质。
区内地形起伏不平，地表被侵蚀致使冲沟极为发育，呈树枝状，最高洪水位为+1266～+1270m，季节性沟溪雨季可形成洪水。
区内对Q702、706钻孔进行的抽水试验，水位标高为1316.14～1323.87m，水位降深为14.03～23.65米，涌水量0.228～0.436L/s，单位涌水量为0.0154～0.0211L/sm，渗透系数为0.0149～0.0216m/d，平均渗透系数为0.0187m/d。
本区主要以软弱岩石为主，砂质泥岩遇水易软化，对煤层顶板维护不利。
局部煤岩层裂隙发育区域，顶板淋水比较明显，水源来源于上部含水层水，掘进时工作面正常涌水量为1～3m³/h，最大涌水量5m³/h。
3-1煤东辅运大巷相对地表为大哈它土沟谷，沟内雨季期间有流水，暴雨天气会形成短暂的洪水。
（四）瓦斯。
根据内蒙古安科安全生产检测检验有限公司2018年9月编制的《内蒙古北联电能源开发有限责任公司高头窑煤矿矿井瓦斯等级鉴定报告》，矿井绝对瓦斯涌出量为10.08m3/min，相对瓦斯涌出量为0.55m3/t，为低瓦斯矿井。
同时，本矿井以及邻近矿井无煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出和瓦斯（二氧化碳）喷出情况。
（五）煤尘爆炸性、煤自燃倾向性。
根据内蒙古安科安全生产检测检验有限公司2017年7月编制的《内蒙古北联电能源开发有限责任公司高头窑煤矿煤尘爆炸性、煤自燃倾向性报告》，2-3煤、3-1煤均有煤尘爆炸性，均属于Ⅰ类容易自燃。
（六）冲击地压。
矿井建矿生产以来未发生过冲击地压现象。
（七）巷道支护难点。
该巷道断面大、跨度大（掘宽×掘高=5.7 m×4.0 m，掘进断面22.8 m2），顶、底板均为砂质泥岩，强度较弱，且遇水易发生崩解、软化。
且根据巷道掘进揭露情况，巷道局部地段顶板完整性劣化，破碎带泥岩顶板原生节理裂隙较为发育，裂隙面呈光滑、亮黑色。
由于该类巷道为永久巷道，若巷道支护强度不足，后期有可能发生较大变形，影响巷道正常、安全使用。
二、G3-1105工作面辅运顺槽G3-1105工作面辅运顺槽位于3-1煤辅助运输大巷南侧，西侧为G3-1103工作面(保护煤柱25m），东侧为本工作面实体煤。
工作面相对地表为低矮山丘，工作面北部为大哈他土沟，沟内常年有流动水。
3-1煤辅运大巷南部0-133m、422-479m各有一条东西走向的高压输电线，3-1煤辅运大巷南部0-463m范围内有一条南北走向的高压输电线，自3-1煤辅运大巷及其南部107米范围为工业广场保护煤柱。
地表有人工林，工作面南部区域局部有零星建筑物。
地面标高在+1296.0—+1396.0m，煤层底板标高在+1150—+1180m之间，煤层埋深116-246m。
G3-1105工作面辅运顺槽开口坐标为X：4432173.329；Y：37383764.570，设计长度3577米。
（一）煤层赋存条件。
该煤层为3-1煤层，位于延安组中岩段（J1-2Y2）的顶部，呈西北-南东向展布，本巷道附近见煤钻孔5个，分别为J410、J506、G708、G804、J602。
1. 煤层赋存稳定性：G3-1105工作面辅运顺槽掘进范围内3-1煤层赋存稳定，煤层连续性较好。
2. 煤层性质及结构：3-1煤黑色，半暗淡，含丝炭黑色条痕，油脂光泽，内生裂隙，半坚硬，易风化。
煤层结构简单，夹石一般为两层，南部区域为一层，上层夹石厚度为0.1-0.5m，下层夹石厚度为0.3-1.2m。
随着巷道向南掘进，两层夹石逐渐变薄。
3. 煤层厚度：煤层厚度变化较小，煤层厚度为3.46-5.75m，平均为4.605m。
f=0.34-0.53，硬度小。
4. 煤层顶、底板：3-1煤层顶板岩性主要为砂质泥岩、局部中砂岩、粗砂岩，厚度为0.9-5.39m，根据钻孔岩石力学试验结果，抗压强度9.6-23.6MPa，软化系数0.15-0.79，与2-3煤层间距为33.73-51.05m，与3-2煤层间距为0-1.2m。
3-1煤层底板岩性主要为砂质泥岩、细砂岩、粗砂岩，厚度为1.05-14.58m，根据钻孔岩石力学试验结果，抗压强度11.9-29.6MPa，软化系数0.14-0.58。
（二）地质构造。
本区煤层产状平缓近于水平，G3-1105工作面辅运顺槽在掘进过程中揭露4条断层（断层落差在0.5m以下未计），掘进至3550m时揭露冲刷带。
断层特征表（三）水文地质。
本区内地形起伏不平，地表被侵蚀致使冲沟极为发育，呈树枝状，最高洪水位为+1266-+1270m，季节性沟溪雨季可形成洪水。
区内对Q702、706钻孔进行的抽水试验，水位标高为1316.14-1323.87m，水位降深为14.03-23.65米，涌水量0.228-0.436L/s，单位涌水量为0.0154-0.0211L/sm，渗透系数为0.0149-0.0216m/d，平均渗透系数为0.0187m/d。
本区主要以软弱岩石为主，砂质泥岩及粉砂岩遇水易软化，对煤层顶板维护不利。
水源来源于顶板砂岩含水层水，掘进时工作面正常涌水量为15-20m³/h。
G3-1105工作面辅运顺槽北部区域相对地表为大哈他土沟谷区域，沟内常年有流水，实际生产过程中要引起高度重视。
（四）瓦斯。
根据内蒙古安科安全生产检测检验有限公司2018年9月编制的《内蒙古北联电能源开发有限责任公司高头窑煤矿矿井瓦斯等级鉴定报告》，矿井绝对瓦斯涌出量为10.08m3/min，相对瓦斯涌出量为0.55m3/t，为低瓦斯矿井。
同时，本矿井以及邻近矿井无煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出和瓦斯（二氧化碳）喷出情况。
（五）煤尘爆炸性、煤自燃倾向性。
根据内蒙古安科安全生产检测检验有限公司2017年7月编制的《内蒙古北联电能源开发有限责任公司高头窑煤矿煤尘爆炸性、煤自燃倾向性报告》，2-3煤、3-1煤均有煤尘爆炸性，均属于Ⅰ类容易自燃。
（六）冲击地压。
矿井建矿生产以来未发生过冲击地压现象。
（七）巷道支护难点。
巷道在掘进期间能够较好地保持围岩稳定。
但受邻近G3-1103工作面回采一次采动及本工作面回采二次采动影响时，侧向支承应力及超前支承应力在G3-1105工作面辅运顺槽叠加，形成较大的应力集中。
在集中应力作用下，煤体发生塑性变形，具体表现为：巷道两帮煤壁片帮明显，煤帮软弱夹矸处向巷道内鼓出，巷道局部地段出现一定程度的顶板下沉、底板鼓出。
高头窑煤矿此前尚未对3-1煤层受两次采动影响的巷道开展系统的支护技术研究，当前主要依靠工程类比法对巷道进行支护设计，缺乏科学合理的依据。
现需要根据3-1煤层赋存情况及其顶底板条件，开展此类巷道围岩稳定性控制技术研究，确定合理的支护方式，保障工作面的安全正常生产。
三、G3-1105工作面运输顺槽G3-1105工作面运输顺槽工作面位于3-1煤辅助运输大巷南侧，西侧为本工作面实体煤，东侧为未开发实体煤。
工作面相对地表为低矮山丘，工作面北部为大哈他土沟，沟内常年有流动水。
3-1煤辅运大巷南部0-133m、422-479m各有一条东西走向的高压输电线，3-1煤辅运大巷南部0-463m范围内有一条南北走向的高压输电线，自3-1煤辅运大巷及其南部107米范围为工业广场保护煤柱。
地表有人工林，工作面南部区域局部有零星建筑物。
地面标高在+1296.0—+1396.0m，煤层底板标高在+1150—+1180m之间，煤层埋深116-246m。
G3-1105工作面运输顺槽开口坐标为X：4431907.250；Y：37384040.270，掘进总长度为3686米。
（一）煤层赋存条件。
该煤层为3-1煤层，位于延安组中岩段（J1-2Y2）的顶部，呈西北-南东向展布，本巷道附近见煤钻孔8个，分别为补2、补3、补4、J410、J507、Q701、G804、J602。
1. 煤层赋存稳定性：G3-1105工作面运输顺槽掘进范围内3-1煤层赋存稳定，煤层连续性较好。
2. 煤层性质及结构：3-1煤黑色，半暗淡，含丝炭黑色条痕，油脂光泽，内生裂隙，半坚硬，易风化。
煤层结构简单，夹石一般为两层，南部区域为一层，上层夹石厚度为0.05-0.4m，下层夹石厚度为0.3-0.65m。
随着巷道向南掘进，两层夹石逐渐变薄。
3. 煤层厚度：煤层厚度变化较小，煤层厚度为3.25-5.4m，平均为4.325m。