口前煤礦松軟破碎煤巷支護方法的研究

康喬煜

（中國礦業(yè)大學 應用技術學院，江蘇 徐州221008）

口前煤礦松軟破碎煤巷支護方法的研究

康喬煜

（中國礦業(yè)大學 應用技術學院，江蘇 徐州221008）

針對口前煤礦煤層賦存條件和現(xiàn)有施工水平,研究了4+9號煤層及其頂?shù)装宓牡刭|(zhì)力學特性，研究了破碎松軟巷道圍巖的穩(wěn)定性特征及與其相適應的錨固支護理論，并在此基礎上對現(xiàn)有運輸大巷提出合理支護設計方案及支護參數(shù)，解決困擾礦井安全生產(chǎn)的支護技術難題。

松軟破碎巷道；軟巖支護；聯(lián)合支護

口前煤礦4+9號煤層位于太原組上部，上距K3砂礫巖平均30.67m。煤層厚度3.46～15.40 m，平均8.74 m，結(jié)構(gòu)簡單，含0～2層夾矸，夾矸厚度0.10～0.40m。井田東南部有大面積采空。頂板以中細砂巖、泥巖為主；底板以泥巖、砂巖泥巖為主。4+9號煤層屬脆性中等強度煤層。頂?shù)装逯饕袑永怼⒐?jié)理裂隙發(fā)育的泥巖和中細砂巖組成，局部地段頂板為砂礫巖和亞粘土。巷道圍巖為Ⅳ類和Ⅴ類不穩(wěn)定圍巖，巷道支護存在很大困難。

1 巷道頂?shù)装宓刭|(zhì)力學特性評價

根據(jù)地質(zhì)報告，4+9號煤層直接頂為中細砂巖或泥巖，厚度平均9.73m；老頂為粉～粗砂巖、厚度較大、質(zhì)硬，偽頂為0～0.5m泥巖；底板為砂質(zhì)泥巖或泥巖，厚度變化不大。為了進一步評價煤層的頂?shù)装辶W性質(zhì)，地質(zhì)報告還搜集了米莊窩煤礦4號煤層頂板粉砂巖巖樣的力學試驗資料（委托山西煤田地質(zhì)局試驗室試驗），現(xiàn)分述如下：4+9號煤層偽頂為泥巖，質(zhì)軟，隨煤層開采而易跨落，厚0～0.5m左右；直接頂為中細砂巖或砂質(zhì)泥巖，老頂為巨厚層粉～粗砂巖、泥巖；底板為砂質(zhì)泥巖。其頂板巖石力學性質(zhì)測試結(jié)果：泥巖真密度2520 kg/m3，視密度2489kg/m3，孔隙率為1.23%，含水率1.37%，吸水率2.06%，單向抗拉強度0.74MPa。粉砂巖真密度2500kg/m3，視密度2400kg/m3，孔隙率為3.97%，含水率1.30%，吸水率2.28%，單向抗壓強度48.2 MPa，單向抗拉強度1.15 MPa，抗剪強度3.57 MPa。頂板是中砂巖時為Ⅱ類中等穩(wěn)定頂板。頂板是泥巖時為Ⅳ類不穩(wěn)定頂板。參見圖1。

圖1 4+9號煤層頂?shù)装鍘r層地質(zhì)力學特性柱狀圖

根據(jù)井下調(diào)查，煤層頂板為中砂巖時易管理，為泥巖時不易管理。在施工運輸大巷時4+9號煤層頂板局部出現(xiàn)砂礫巖和亞粘土頂板，質(zhì)軟，含水，不成形，隨掘隨跨落，井下實驗可錨性很差，屬難以控制頂板。

2 軟巖支護技術

2.1 軟巖巷道支護方法

目前主要的軟巖支護方法有可縮性金屬架支護、錨噴支護、砌碹支護、卸壓支護、聯(lián)合支護。筆者認為錨噴支護作為一次支護方法是聯(lián)合支護的基礎。在錨噴支護基礎上，組成了噴錨—聯(lián)合支護、錨噴—U型鋼架聯(lián)合支護、錨噴—砌碹聯(lián)合支護、噴—弧板聯(lián)合支護等各種聯(lián)合支護形式。

2.2 支護分析

口前煤礦4+9號煤層頂板巖層具有疊合板和松軟破碎的結(jié)構(gòu)特征，兩幫煤體完整性較好，中等強度。巷道圍巖特征為兩幫較硬。頂、底板軟弱，兩幫與頂、底間層理明顯。

巷道頂板與兩幫礦壓顯現(xiàn)存在著“頂板彎曲變形→兩幫擠壓破碎→片幫、垮幫→兩幫對頂板支撐減弱→頂板彎曲變形加劇→兩幫破壞加劇”的互動特征。隨著時間的延伸，頂板中還可能形成拱形破碎區(qū)，使圍巖中的載荷體范圍擴大。

口前煤礦永久性巷道應采用錨噴聯(lián)合支護，以防止煤層風化而產(chǎn)生破壞。巷道支護應進行長期的穩(wěn)定性監(jiān)測，以對穩(wěn)定性狀態(tài)發(fā)生惡化的部位及時進行補強加固。

3 支護方案的確定

3.1 運輸大巷（煤巷）錨桿支護方案及參數(shù)

運輸大巷沿煤層底板布置，巷道形狀為拱形，凈寬4.0m，凈高3.5m，支護形式為錨噴聯(lián)合支護。巷道技術特征見表2。巷道在煤層中的布置見圖2。

表2 運輸大巷技術特征

圖2 煤層中巷道的三種位置

頂板錨桿為高強度螺紋鋼錨桿，采用樹脂藥卷加長錨固，并鋪設鋼筋網(wǎng)和鋼筋梯子梁。

其主要技術要點是高強度加長錨固錨桿能夠提供較高的軸向和橫向約束力，有效約束頂板煤體破壞和變形，阻止頂煤的松動破落；頂板錨桿之間通過鋼筋網(wǎng)和鋼筋梯子梁形成支護整體，約束表面煤體的變形和破壞，防止煤體冒落，提高噴射混凝土的抗拉強度和抗彎強度。在頂板安裝小孔徑預應力錨索加強支護，以增加支護強度，減少頂板傳遞給兩幫煤體的載荷，提高巷道圍巖的整體穩(wěn)定性，保證巷道安全可靠。頂板錨索長度應能懸吊在頂板堅硬砂巖層之中或大于巷道寬度的兩倍以上。

兩幫采用螺紋鋼高強度錨桿，錨固方式為樹脂藥卷加長錨固，并架設鋼筋梯子梁，加固巷道兩幫煤體，充分發(fā)揮高強度錨桿的作用。為兩幫提供較大的支護阻力，限制兩幫變形，保證巷道兩幫的穩(wěn)定可靠。

最終確定的頂板和兩幫支護參數(shù)方案見表3和表4。

表3 頂板錨桿錨索支護參數(shù)表

表4 幫錨桿支護參數(shù)表

3.2 大巷錨桿支護布置圖（見圖3）

圖3 大巷錨桿支護布置圖

4 結(jié) 論

本文所述支護方法，具有如下效果：一是降低材料支護費用，同架設鐵棚相比大大降低了支護費用，架棚平均達1800元/m；二是錨、網(wǎng)、帶、索、噴支護僅800元/m，以每月100m計算，每月可節(jié)約費用近10萬元；三是減少了巷道的維修量，降低了巷道的維修費用；提高了掘進速度；采用聯(lián)合支護降低了工人的勞動強度，簡化了施工工藝，為掘進隊創(chuàng)水平、提高質(zhì)量管理奠定了基礎；提高了巷道支護的可靠性；錨桿的預緊力大于8 t，錨索的預緊力大于12t克服了棚式被動承載支護，減少了圍巖變形，避免了架棚巷道出現(xiàn)的冒頂、漏頂現(xiàn)象，使巷道的穩(wěn)定性和可靠性大大提高。

［1］蘭永才.松軟巖體下巷道的支護分析[J]煤炭技術,2006,（02）.

［2］賈亞民.常村礦新掘雙軌石門軟巖支護工程設計[J]中州煤炭,2009,（08）.

［3］何滿潮.煤礦軟巖變形力學機制與支護對策[J]水文地質(zhì)工程地質(zhì),1997,（02）.

Support of Soft and Broken Seam Roadway in Kouqian Mine

KANG Qiao-yu
（College of Applied Science and Technology,China University of Mining and Technology, Xuzhou Jiangsu221008,China）

Aiming at seam occurrence and present construction level of Kouqian Mine,the paper studies the geological mechanical behavior of No.4+9 seam and its roof and floor,the stability features of soft and broken seam roadways,and the corresponding bolt support theory.The author presents the reasonable support designs and parameters of the main transportation tunnels in order to tackle the supporting difficulties threatening the safety production.

Soft and broken seam roadway;Soft rock support,United support

TD353

A

1672-5050（2010）03-0052-02

2009-11-18

康喬煜（1988—），男，山西五臺人，大學本科在讀。

徐樹文