新義煤礦軟煤層煤巷聯(lián)合支護技術(shù)研究

第29卷第1期煤炭技術(shù)Vol 29. No 012010年1月Coal TechnolJan,2010新義煤礦軟煤層煤巷聯(lián)合支護技術(shù)研究趙漢青,楊連朋,代磊(義馬煤業(yè)集團新義煤業(yè)公司,河南新安47180摘要:煤礦軟巖巷道支護困難的問(wèn)題一直是困擾煤礦生產(chǎn)和建設的難題之一。義馬煤業(yè)集團新義煤礦煤層屬于典型的“三軟”煤層,巷道支護問(wèn)題影響著(zhù)巷道的施工速度及施工安全。該礦通過(guò)對巷道圍巖變形量觀(guān)測,掌握了巷道圍巖變形規律,并結合該礦實(shí)際地質(zhì)條件提出了五種支護方案并對方案進(jìn)行了優(yōu)化,最后決定一般條件下采用錨桿錨索聯(lián)合支護,當巷道變形嚴重時(shí)采用錨桿錨索與U36型鋼支護相結合的方式。經(jīng)現場(chǎng)試驗,該支護方案能夠滿(mǎn)足生產(chǎn)需要。該成果對于軟巖巷道支護具有一定的參考價(jià)值和指導意義關(guān)鍵詞:巷道支護;軟煤層;圍巖;聯(lián)合支護中圖分類(lèi)號:TD53文獻標識碼:A文章編號:1008-8725(2010)01-0087-04Research on Combined Support Technology of Coal Roadway in SoftSeam in Xinyi Coal MineZHAO Han-qing, YANG Lian-peng, DAI LeiXinyi Coal Industry Comp. Yima Coal Industry Group, Xin'an 471800, China)Abstract: The issue about mine soft rock tunnel support has been one of the problems which troubled the pro-duction and construction of coal mines. The coal seam of Xinyi Coal Mine belongs to the typical three soft coalseam and its support problem affected the construction speed and safety of roadways. The deformation rule ofroadway surrounding rock has been mastered through the observation. Combined with the actual geological con-ditions, five support methods have been put forward and optimized. At last, the bolt and cable anchor com-bined supporting would be adopted under the common condition, but the bolt and cable and U36 steel com-bined supporting would be adopted when the deformation of roadway was serious. The support method can meetthe need of production. The results have certaince value and guidance significance to the support of softKey words: roadway support; soft coal seam; surrounding rock; combined support0概述5.10m,平均2.74m,有自北西向南東增厚趨勢,煤層結構簡(jiǎn)單,局部含夾矸層。由于二1煤頂底板巖義馬煤業(yè)集團新義煤礦11011工作面軌道順槽性較差,因此巷道施工中地應力顯現較為嚴重,巷道位于二1煤層中,是礦井首采面的回采巷道因此對變形量大?，F在采用工字鋼對棚支護頂梁壓彎棚礦井的早日投產(chǎn)影響極大。直接頂為泥巖砂質(zhì)泥腿傾斜及底鼓現象尤為突出,巷道穩定性較差,不僅巖夾少量碳質(zhì)泥巖厚度1.52-496m,平均371影響著(zhù)巷道的施工速度及施工安全,同時(shí)對回采時(shí)m;老頂為大占砂巖厚度49~15.54m,平均895巷道的安全使用也影響極大。因此,改革巷道支護m。大占砂巖與二1煤之間,局部發(fā)育一層泥巖或砂方式加快巷道施工速度,控制巷道支護成本對于該質(zhì)泥巖,厚0~13.20m,偶有炭質(zhì)泥巖偽頂。底板巖礦意義重大性為粉砂巖、泥巖,厚度4.65~14.03m,平均8.95m在煤層與底板砂巖之間有一層泥巖或砂質(zhì)泥巖1巷道支護原則偽底。該工作面煤層厚度變化較大厚度06-11P中國煤化工態(tài)的支護原則CNMHG收稿日期:200-06-30;修訂日期:200-11-12作者簡(jiǎn)介趙漢青(1984-),男河南三門(mén)峽人,助理工程師,2007年畢業(yè)于河南理工大學(xué)主要從事采礦設計與生產(chǎn)管理工作,E-mail:jzlizhenh@163.como88·煤炭技術(shù)第29卷巷道圍巖大都具有一定的強度,且與支護結構幫移近量位于同一斷面,分別在頂板中線(xiàn)兩側安設相比其承載能力極強,因而是一種良好的天然承載一個(gè)安設深度為8-4m,另一個(gè)安設深度為6~2體。根據巷道圍巖特性曲線(xiàn)可知,若能使圍巖發(fā)生m,軌道順槽安設5組。巷道頂板離層變化基本是適當變形并在強度破壞之前形成穩定狀態(tài),將會(huì )取逐漸增加后期增加速度減緩,其中,8-4m安設的得巷道斷面收縮率小斷面可利用率高、支架損壞率離層探頭在安設2940mn(49h),即掘進(jìn)后14d位低、穩定時(shí)間長(cháng)和安全性好的支護效果。然而,要使移點(diǎn)產(chǎn)生突變,即在該位置上產(chǎn)生了離層,15535巷道形成彈塑性穩定狀態(tài),圍巖須具備較好的穩定min(259h)后趨于穩定。頂板6m處頂板位移量與性條件且巷道載荷要處于較低的水平,比如圍巖條8m處位移變化基本相同,位移量較8m處小,但大件較好的淺埋巷道。同時(shí),支護應具有適當的柔性,于頂板4m處。4個(gè)監測點(diǎn)的位移量變化:8m處及時(shí)支護或使支護結構體系保持足夠的初期剛度,6m處>4m處>2m處,說(shuō)明后期頂板位移量主要并加固圍巖。是軟弱巖層受應力作用后體積被壓縮,使得靠近頂12使圍巖處于松動(dòng)性穩定狀態(tài)的支護原則板位移量依次減小。通常,在可用支護條件下巷道圍巖大多具有松24巷道頂板錨桿應力觀(guān)測動(dòng)變形特征,即都要發(fā)生強度破壞并產(chǎn)生松動(dòng)變形在測站斷面頂板上布置錨桿應力傳感器,通過(guò)區,因此圍巖所形成的穩定狀態(tài)為松動(dòng)性穩定狀態(tài)。導線(xiàn)傳到地面總站。錨桿安裝初期,錨桿應力逐漸與此相適應,支護應遵循以下原則:①及時(shí)支護原增大,與頂板離層監測時(shí)軌1測站相對應的時(shí)間錨則;②可縮性支護原則;③大工作阻力原則桿應力突然下降,也說(shuō)明了此處巖層產(chǎn)生離層,導致2巷道圍巖變形量觀(guān)測錨杄應力降低,其后錨桿應力又逐漸增加,最終達到與初期相同的最大應力。2.1巷道兩幫移近量觀(guān)測25巷道鉆孔應力觀(guān)測采用巷道斷面十字交叉法,分別測量了同一斷鉆孔應力測試儀器布置在測站斷面的兩幫上。面上巷道兩幫移近量及頂底板移近量。測站1由于數據通過(guò)鉆孔應力傳感器、傳感器電纜、井下分站傳是巷道施工過(guò)10m時(shí)開(kāi)始的,圍巖移動(dòng)劇烈期已至地面總站。安裝初期應力為07MPa,隨后應力過(guò),變形量相對較小且較為平緩;而測站2是緊隨工下降,在較低水平上穩定較短時(shí)間后即開(kāi)始增大,最作面布置的,在前3d兩幫移近量較快,而后位移變終最大應力達1.2MPa,其中也有相對穩定的時(shí)期?；呌谄骄?測站3也是在巷道掘進(jìn)3d內變形劇烈其后變形量較小。上述測量說(shuō)明,對于新義礦的3支護方案設計具體條件,應力活動(dòng)高峰期在前3d,而后圍巖變形鑒于目前巷道支護方式不能保證巷道圍巖的穩的變化趨勢逐漸減小。由此可得出巷道初次支護應定,需對巷道的支護方式及支護結構進(jìn)行必要的改具有一定的讓壓性,二次支護的時(shí)間應在3d左右革?？商岢龆喾N巷道支護方案,通過(guò)現場(chǎng)圍巖應力進(jìn)行。及巷道變形量觀(guān)測、數值模擬計算分析,選出可行的22巷道頂板下沉量觀(guān)測巷道支護方案,并進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟比較確定較為合理軌1測站由于巷道已施工較長(cháng)時(shí)間,頂板下沉的巷道支護方案。量變化很小;軌2測站在巷道施工初期位移速度較3.1工字鋼對棚支護快,3d后正常量達到最大值,其后有幾天穩定期第這是目前礦方采用的巷道支護形式,從現場(chǎng)觀(guān)9d以后,由于底鼓而在巷道內臥底,出現兩幫下沉察來(lái)看,巷道圍巖應力較大,變形嚴重,頂梁壓彎,棚從而使巷道下沉量反面出現增大現象,第12d后又腿傾斜,因此礦方增加了錨索補強支護。雖然巷道出現變形穩定期;軌3測站初期變形較小,在第12變形中國煤化下夠理想,同時(shí)底~15d出現與測站2在第9-12d相同的變化趨勢,鼓現NMH這不僅降低了巷同樣是由于臥底的原因所致。道的同時(shí)也增加了23巷道頂板離層觀(guān)測巷道施工費用。頂板離層儀安設位置與巷道頂底板移近量及兩從巷道受力方式來(lái)看也不盡合理。圍巖完全被第1期」趙漢青,等:新義煤礦軟煤層渫巷聯(lián)合支護技術(shù)研究認為是荷載的施加者,支護結構為承載體,不能發(fā)揮在錯網(wǎng)索鋼帶支護顯示變形較大,亦即應力較圍巖自身的承載能力。圍巖變形時(shí),頂板煤巖層會(huì )大時(shí),還需增加工字鋼支架作為二次支護,關(guān)鍵是控產(chǎn)生微破裂,而頂板的破裂又使得圍巖應力增大,圍制二次支護的時(shí)間,這就要求一次支護后隨時(shí)觀(guān)測巖變形加劇,從而形成一惡性循環(huán),最終必然導致巷巷道圍巖的應力及位移的變化速度。支護初期是快道支護方式的失效。由于頂梁水平設置,在受頂板速變形期,然后逐漸轉入緩慢變形期,最后進(jìn)入穩定荷載時(shí),產(chǎn)生向下的彎曲,使棚腿受力狀態(tài)發(fā)生變期,二次支護的時(shí)機應在進(jìn)入緩慢變形期后,立即進(jìn)化,容易出現棚腿失穩現象。行高強度大剛度的工字鋼棚式支架支護,以控制圍32微拱對棚工字鋼支護巖過(guò)度變形。實(shí)施“先柔后剛、先讓后頂”的支護方將巷道施工成帶有大曲率半徑的微拱結構,工案字鋼頂梁在地面預制成與巷道拱形相匹配的拱形,依靠拱形抗壓能力高的特點(diǎn)來(lái)抵抗圍巖應力。較前4支護方案優(yōu)化方案來(lái)說(shuō),改善了頂梁及棚腿的受力狀態(tài)。但由由頂板、底板巖石力學(xué)性能測試結果可知,巷道于三軟煤層巷道具有地應力大的特點(diǎn),該支護方式所處層位的巖石強度較低、易變形破壞,特別是煤層仍然不能保證巷道的穩定。中,煤體較松軟,使得在使用錨桿支護時(shí),錨固劑與這兩種支護方式均為被動(dòng)支護,強度較大,但變鉆孔壁的粘結力很低,錨桿支護效果不理想。因此,形能力差。對于該巷道的地質(zhì)條件來(lái)說(shuō)煤層及頂針對不同的煤巖組合結構提出了不同的支護方案底板巖石強度較低,變形量大,顯然靠硬頂是頂不住4.1軟頂、煤幫、軟底巷道支護方案設計的;同時(shí)硬頂帶來(lái)的后果就是頂部圍巖應力施加在根據巷道兩幫移近量、頂板下沉量、頂板離層測頂梁上,而頂梁通過(guò)棚腿又傳給底板,在底板不支護試、錨桿應力測試及鉆孔應力測試結果,分析了在該的情況下,勢必會(huì )出現底鼓現象。采用對棚工字鋼圍巖條件下巷道的變形及應力分布。由于巷道圍巖支護,在棚距不變的情況下,工字鋼用量增加,支護為典型的三軟煤巖層(軟煤幫、軟頂、軟底),在原有的工作量增加,降低了巷道的施工速度,同時(shí)也增加支護條件下,頂板仍有離層產(chǎn)生,錨桿應力也不穩了巷道的支護成本。定,不僅造成頂板下沉,同時(shí)巷道也產(chǎn)生了底鼓現3.3微拱可縮性支架象,因此原有支護方式不能滿(mǎn)足安全生產(chǎn)的需要。通過(guò)支架的可縮性,使圍巖應力得到一定程度對于軟巖巷道支護,由于頂板巖層松軟破碎,其松散的釋放使支架受力減小,提高巷道的穩定性。與前應力經(jīng)巷道頂板傳到巷幫,再經(jīng)巷幫傳給底板。若一方案相比,該方案支架可縮,可讓壓卸壓,允許圍底板不采取措施,則在巷道頂板下沉的同時(shí),出現底巖適當的變形,最終使圍巖與支架相互協(xié)調,達到支鼓現象。因此該類(lèi)圍巖條件下巷道支護的關(guān)鍵是圍護的目的。這種支護方式從根本上說(shuō)也是一種被動(dòng)巖的綜合控制,使巷道頂、幫、底板的支護形成一個(gè)支護的形式。雖然可以降低最大主應力,但最終應整體,為此提出了采用封閉型工字鋼加點(diǎn)柱支護。力還會(huì )通過(guò)頂梁、棚腿傳給底板,造成底鼓現象產(chǎn)4.2硬頂、煤幫、軟底巷道支護方案設計對硬頂巷道,具備了采用錨桿、錨索支護的條3.4錨網(wǎng)索鋼帶支護件,可采用錨桿、錨索支護,關(guān)鍵是對于軟底時(shí),底臌該支護方式為主動(dòng)支護方式,圍巖本身也是承的控制,支護方式為矩形巷道錨桿錨索聯(lián)合支護。載體的一部分,能充分利用圍巖的自身承載能力,錨4.3硬底煤巷支護方案設計桿、鋼帶、金屬網(wǎng)共同作用,將巷道周邊近距離內的硬底煤巷不需加底梁,釆用點(diǎn)柱直接支撐在底圍巖加固,利用錨桿錨固范圍內的巖體的承載能力,板上,其它采用普通工字鋼棚支護,可加錨索控制頂抵抗錨固范圍外的圍巖應力,相應地將圍巖應力轉板。移至圍巖體外部,從而保證巷道圍巖的穩定性。但4.4中國煤化工方案設計若松軟巖體范圍較大時(shí),錨固體可能會(huì )整體被壓縮CNMHG明相結合的方法而向巷道內移動(dòng),可能會(huì )產(chǎn)生較大的變形錨桿支護控制巷道頂板,工字鋼棚起支撐作用,防止35錨網(wǎng)索鋼帶工字鋼聯(lián)合支護煤幫被過(guò)量壓縮而使巷道變形嚴重,影響生產(chǎn)。具媒炭技術(shù)第29卷體布置為1排錨桿、錨索支護,1排工字鋼棚支護,700m。錨桿、錨索支護與工鋼棚排距為0.6m。(2)錨固劑:樹(shù)脂錨固劑,每孔使用K350型24.5全軟煤巷支護方案設計卷,放置孔底。當煤層厚度較大時(shí),巷道完全處于煤層中,即(3)金屬網(wǎng):50mm×50mm的菱形金屬網(wǎng)“全軟煤巷”。由于巷道頂底板均為強度較低的煤(4)W鋼帶:BHW-250-300,長(cháng)度與巷道寬度層,而地應力相對較大,因此在巷道掘進(jìn)時(shí)巷道支護相適應。方式應體現“先柔后剛”的支護策略;同時(shí)針對軟煤(5)錨索:低松弛鋼絞線(xiàn)1×7-41524m鋼絞中水平應力較大的特點(diǎn)采取“松幫卸壓”技術(shù),以緩線(xiàn)配用單孔MX錨具,托板一般選用槽鋼或鋼板。解水平應力給煤體變形提供適當的空間,減少支架配4卷錨固劑,CK2350型2卷,放置孔底,另加在支護初期的受力,保證巷道有效斷面。K2350型2卷。錨索長(cháng)度800mm;錨索間距18005具體支護方案m;方向695°,隨棚式支架架設,排距700mm5,1錨索聯(lián)合支護方式6結語(yǔ)根據上述分析,一般情況下,巷道選用錨索聯(lián)合在對新義煤礦11011工作面軌道順槽地質(zhì)條件支護方式,支護參數如下:和圍巖變形規律分析的基礎上,基于巷道支護原則,(1)錨桿:材料為無(wú)縱筋左旋螺紋鋼錨桿,直徑提出了工字鋼對棚支護、微拱對棚工字鋼支護、微拱920m,長(cháng)度2100mm;間排距700mm×70mm?？煽s性支架錨網(wǎng)索鋼帶支護和錯網(wǎng)索鋼帶工字鋼(2)錨固劑:樹(shù)脂錨固劑,每孔使用K2350型2聯(lián)合支護等5種支護方案;并結合頂底板情況對其卷,放置孔底。進(jìn)行了優(yōu)化,最終決定采用錨網(wǎng)索鋼帶和錨網(wǎng)索鋼3)W鋼帶:BHW-250-3.00長(cháng)度與巷道寬帶U字鋼聯(lián)合支護方式。經(jīng)現場(chǎng)應用,效果顯著(zhù),度相適應。成功地解決了新義煤礦軟煤層煤巷支護問(wèn)題。該支(4)錨索:低松弛鋼絞線(xiàn)1×7-45.24m鋼護方案是軟巖巷道穩定性控制的一種科學(xué)合理和行絞線(xiàn)配用單孔MX錨具,托板一般選用槽鋼或鋼板。之有效的技術(shù),可為同類(lèi)巷道的支護提供借鑒和參配4卷錨固劑,CK2350型2卷,放置孔底,另加考。K2350型2卷。參考文獻5.2錨桿、錨索與U36型棚結合的支護方式[1]錢(qián)鳴高,石平五礦山壓力與巖層控制[M]徐州:中國礦業(yè)大當巷道變形嚴重時(shí),采用錨桿、錯索與U36型學(xué)出版社,2003棚支護相結合的方法,錨桿支護控制巷道頂板,U型2)柏建彪侯例炯,杜木民,等復合頂板極軟煤層巷道錯桿支護技術(shù)研究[刀巖石力學(xué)與工程學(xué)報,2008,(5)棚起支撐作用防止煤幫被過(guò)量壓縮而使巷道變形(3)何滿(mǎn)齊千,程騎,等深部復合頂板煤巷變形破壞機制及捐嚴重影響生產(chǎn)。具體布置為1排錨桿支護,1排U合支護設計[門(mén).巖石力學(xué)與工程學(xué)報,2007,(5)型棚、錨索支護。錨桿支護與U型棚錨索的排距均[4]何滿(mǎn),孫曉明.中國煤礦軟巖巷道工程支護設計與施工指南為700mm。具體支護參數如下[M]北京:科學(xué)出版社,2004(1)錯桿:材料為無(wú)縱筋左旋螺紋鋼錯桿,直徑5何重倫深井三教媒層巷道巖控制技術(shù)與工程實(shí)踐(],湖南φ20m,頂錨桿長(cháng)度2100mm;間距700m,排距科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2006,(3)(責任編榫王鳳英)700mm;幫錨桿長(cháng)度2100mm;間距700mm;排距歡迎訂煤HAKA4&&&ATSAT&AXAXAAXAAAXASAYAXAxAXAxax4x