南山煤礦東部區軟巖巷道支護技術研究

【摘 要】本文運用巖石力學、采礦學、煤田地質學等相關理論知識，對在斷層構造影響作用下南山煤礦東部區深部軟巖破碎圍巖穩定性的特征和原因進行分析研究，分析了在有斷層影響和無斷層影響條件下U型鋼架棚支護和錨桿支護保障的巷道圍巖穩定的性能。根據現場實際，改進了常規支護方式，采取了36馬蹄形圈棚被動支護，結合錨網索主動支護，形成圍巖穩定控制的復合支護技術，提高了深部軟巖的支護效果。

【關鍵詞】斷層；破碎圍巖；構造應力；復合支護

0.前言

隨著開采歷史和能源需求量的增加，煤炭資源開發由淺向深發展成為客觀的必然規律。進入深部開采后，由于巷道圍巖處于“三高一擾動”的復雜力學環境，工程圍巖的地質力學環境較淺部發生了很大變化，從而使深部巷道圍巖表現出其特有的力學特征現象。對于深部礦井巷道支護及穩定而言，進入深部開采后，巷道變形劇烈、維護困難、支架折損嚴重、返修率高、維護費用成倍增加，安全狀況惡化等嚴重影響和制約了我國礦井煤炭的高效開采。針對東部區-180巷道，采取36馬蹄形圈棚被動支護、結合錨網索主動支護形成圍巖穩定控制的復合支護就是針對目前所采用的支護形式中存在的問題，而設計的具有針對性的、有效的支護手段。

1.工程概況

南山礦東部區位于南山井田東部，是南1斷層及南18斷層所夾地壘狀孤立塊段，大致呈南北軸向的紡錘形分布。東部區開拓方式為暗斜井（機道下山、軌道下山、回風下山）、分層石門聯合開拓方式。東部區地質構造比較復雜，南山煤礦東部區主要斷層構造為南1、南6和南18斷層等，建成的巖巷受斷層構造應力的影響，特別是處在構造影響范圍內的巷道，圍巖松散多呈現軟巖特征，動壓強烈，變形嚴重，支護極其困難。南1斷層：井田內最大的反斜正斷層，斷層面平直，光滑，斷層檫線明顯，斷層兩盤巖石較完整有明顯的引捩現象，斷層帶1.5米。南18斷層：井田東部落差200米左右的正斷層，貫穿整個井田，斷層兩盤巖石破碎，斷層帶20米左右，帶內有疏松角礫巖，并且有斷層滴水，對東部區開采影響較大。南6斷層：逆沖斷層，落差50-100米。斷層面呈波狀，斷層兩盤巖石極破碎，圍巖破壞嚴重，呈小碎塊狀，擠壓破碎帶寬40-80米。大斷層產生許多次生斷層，彼此切割，錯綜復雜，對煤層的正常賦存造成嚴重的破壞，煤層變化較大，煤層不連續，局部煤層因斷層影響缺失或者傾角較大。

東部區-180運輸大巷段沿巖層走向布置，巷道形狀為直墻半圓拱，墻高1.2m，寬4.4m，采用普通錨網支護，支護所用錨桿間、排距均為1.0m，每排11根。噴碹厚度0.2m，局部打錨索，錨索間排距2m；其中有10.0m巷道因存在“樓上樓”巷道，設棚10架確保支護強度，棚距1.0m。該段巷道初次施工期間，場子炸幫、炸頂、間歇性來壓。U型棚設完后，施工期間來壓，U型棚頂梁以肉眼可見的幅度下縮，局部壓力大處有崩卡子現象，原支護不能滿足現場生產的需要，嚴重影響生產的正常進行。

2.斷層影響下巷道變形破壞特征分析

-180巷道車場段巷道為東部區巷道地應力顯現最為明顯的區段，該段巷道施工過程中場子炸幫、炸頂現象時常發生，圍巖受力形變、位移、底鼓、片幫、抽頂等現象尤為明顯，煤層賦存極其不穩定。場子施工期間在設計無煤層地點連續在巷道兩幫及底角揭露出多處“窩子煤”，揭煤時瓦斯含量大，存在壓力，待揭露后準備進行處理時，瓦斯量完全消失。

該段巷道初次施工期間，場子炸幫、炸頂、間歇性來壓。U型棚設完后，施工期間來壓，U型棚頂梁以肉眼可見的幅度下縮，局部壓力大處有崩卡子現象。

車場自施工起至結束共計337.0米。車場平巷段主體施工完畢后，場子施工甩車場連通至東部區軌道下山，礦壓顯現集中，每間隔10-15分鐘就會發生炸頂現象，巷道片幫、變形，整體位移現象嚴重，部分U型鐵棚設立完畢后3-5天便會發生嚴重形變，棚卡子損毀。場子邊前進邊對后側U棚進行多次恢復作業。

3.巷道支護對策及現場應用分析

3.1支護方式

由于東部區巖巷受斷層構造的影響，原先支護方式不能適應東部區巖巷礦壓環境，因此需要對支護方式進行改進。改進時，巷道依然整體采用錨網索支護，在巷道應力顯現段增加設棚支護，只是由原先的36U型鐵棚支護改為采用新式馬蹄形圈棚支護，同時采用鐵勁巴力，并在設棚后噴碹。

3.2應用效果分析

南山煤礦東部區巖巷形成后，巷道變形嚴重，穩定性差。以東部區-180運輸大巷的大巷段和車場段為試驗現場，進行巷道穩定性加固。第一次恢復采用常規的U型鐵棚支護。支護完成后3-6個月左右，因受動壓影響，棚子先后發生變形、斷裂，巷道產生底鼓、片幫、抽頂等現象嚴重。在巷道支護方式不能提高巖巷穩定性的情況下，進行了第二次恢復。恢復時采用了改進的支護方式，即“馬蹄形36U型圈棚”支護，同時采用底板爆破卸壓技術，加設底梁。支護完成后至今3年左右，巷道僅局部發生小范圍形變、底鼓，經處理后仍可正常使用，同時仍可保證巷道支護安全。對比兩次恢復效果，可以看出設“馬蹄形U型圈棚”支護段，支護效果明顯好于普通型U棚。

支護方式改進后，支護強度增加，支護系統在強度、剛度和結構上與圍巖實現了耦合，有效控制了圍巖的松散破碎和動壓顯現，圍巖的整體性和承載能力顯著提高。

支護方式改進后，支護強度增加，支護系統在強度、剛度和結構上與圍巖實現了耦合，有效控制了圍巖的松散破碎和動壓顯現，圍巖的整體性和承載能力顯著提高。

基于巷道實測移量數據（頂底板移近量）和巷道顯現情況，通過對巷道頂底板移近量時間變化趨勢，結合采用不同支護形式條件下巷道圍巖破壞和支架受力情況，對不同支護形式對巷道圍巖穩定性控制效果進行分析。

通過分析，可以看出巷道剛進斷層區域時，不同支護方式對巷道圍巖的控制效果也不同，總體來說，與普通可縮式“U”型鋼支架相比，封閉鋼棚（馬蹄型）的支護效果更好。

4.結論

本文運用巖石力學、采礦學、煤田地質學等相關理論知識，通過統計分析和現場試驗，分析了斷層構造南山煤礦東部區巖巷圍巖變形破壞的影響和特征看，針對南山煤礦東部區圍巖巖性變化大、圍巖松散破碎、應力集中、巷道易變形破壞等特點，改進了常規的U性鐵棚支護方式，采取了36馬蹄形圈棚被動支護，結合錨網索主動支護，形成復合支護，可有效抑制應力在棚子上的集中顯現，延長U棚的使用年限，其支護效果要明顯優于普通U棚的支護效果，形成了適合南山煤礦東部區構造影響作用下巷道破碎圍巖穩定性控制技術。

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