新义煤矿软煤层煤巷联合支护技术研究

第29卷第1期煤炭技术Vol 29. No 012010年1月Coal TechnolJan,2010新义煤矿软煤层煤巷联合支护技术研究赵汉青,杨连朋,代磊(义马煤业集团新义煤业公司,河南新安47180摘要:煤矿软岩巷道支护困难的问题一直是困扰煤矿生产和建设的难题之一。义马煤业集团新义煤矿煤层属于典型的“三软”煤层,巷道支护问题影响着巷道的施工速度及施工安全。该矿通过对巷道围岩变形量观测,掌握了巷道围岩变形规律,并结合该矿实际地质条件提出了五种支护方案并对方案进行了优化,最后决定一般条件下采用锚杆锚索联合支护,当巷道变形严重时采用锚杆锚索与U36型钢支护相结合的方式。经现场试验,该支护方案能够满足生产需要。该成果对于软岩巷道支护具有一定的参考价值和指导意义关键词:巷道支护;软煤层;围岩;联合支护中图分类号:TD53文献标识码:A文章编号: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,有自北西向南东增厚趋势,煤层结构简单,局部含夹矸层。由于二1煤顶底板岩义马煤业集团新义煤矿11011工作面轨道顺槽性较差,因此巷道施工中地应力显现较为严重,巷道位于二1煤层中,是矿井首采面的回采巷道因此对变形量大。现在采用工字钢对棚支护顶梁压弯棚矿井的早日投产影响极大。直接顶为泥岩砂质泥腿倾斜及底鼓现象尤为突出,巷道稳定性较差,不仅岩夹少量碳质泥岩厚度1.52-496m,平均371影响着巷道的施工速度及施工安全,同时对回采时m;老顶为大占砂岩厚度49~15.54m,平均895巷道的安全使用也影响极大。因此,改革巷道支护m。大占砂岩与二1煤之间,局部发育一层泥岩或砂方式加快巷道施工速度,控制巷道支护成本对于该质泥岩,厚0~13.20m,偶有炭质泥岩伪顶。底板岩矿意义重大性为粉砂岩、泥岩,厚度4.65~14.03m,平均8.95m在煤层与底板砂岩之间有一层泥岩或砂质泥岩1巷道支护原则伪底。该工作面煤层厚度变化较大厚度06-11P中国煤化工态的支护原则CNMHG收稿日期:200-06-30;修订日期:200-11-12作者简介赵汉青(1984-),男河南三门峡人,助理工程师,2007年毕业于河南理工大学主要从事采矿设计与生产管理工作,E-mail:jzlizhenh@163.como88·煤炭技术第29卷巷道围岩大都具有一定的强度,且与支护结构帮移近量位于同一断面,分别在顶板中线两侧安设相比其承载能力极强,因而是一种良好的天然承载一个安设深度为8-4m,另一个安设深度为6~2体。根据巷道围岩特性曲线可知,若能使围岩发生m,轨道顺槽安设5组。巷道顶板离层变化基本是适当变形并在强度破坏之前形成稳定状态,将会取逐渐增加后期增加速度减缓,其中,8-4m安设的得巷道断面收缩率小断面可利用率高、支架损坏率离层探头在安设2940mn(49h),即掘进后14d位低、稳定时间长和安全性好的支护效果。然而,要使移点产生突变,即在该位置上产生了离层,15535巷道形成弹塑性稳定状态,围岩须具备较好的稳定min(259h)后趋于稳定。顶板6m处顶板位移量与性条件且巷道载荷要处于较低的水平,比如围岩条8m处位移变化基本相同,位移量较8m处小,但大件较好的浅埋巷道。同时,支护应具有适当的柔性,于顶板4m处。4个监测点的位移量变化:8m处及时支护或使支护结构体系保持足够的初期刚度,6m处>4m处>2m处,说明后期顶板位移量主要并加固围岩。是软弱岩层受应力作用后体积被压缩,使得靠近顶12使围岩处于松动性稳定状态的支护原则板位移量依次减小。通常,在可用支护条件下巷道围岩大多具有松24巷道顶板锚杆应力观测动变形特征,即都要发生强度破坏并产生松动变形在测站断面顶板上布置锚杆应力传感器,通过区,因此围岩所形成的稳定状态为松动性稳定状态。导线传到地面总站。锚杆安装初期,锚杆应力逐渐与此相适应,支护应遵循以下原则:①及时支护原增大,与顶板离层监测时轨1测站相对应的时间锚则;②可缩性支护原则;③大工作阻力原则杆应力突然下降,也说明了此处岩层产生离层,导致2巷道围岩变形量观测锚杄应力降低,其后锚杆应力又逐渐增加,最终达到与初期相同的最大应力。2.1巷道两帮移近量观测25巷道钻孔应力观测采用巷道断面十字交叉法,分别测量了同一断钻孔应力测试仪器布置在测站断面的两帮上。面上巷道两帮移近量及顶底板移近量。测站1由于数据通过钻孔应力传感器、传感器电缆、井下分站传是巷道施工过10m时开始的,围岩移动剧烈期已至地面总站。安装初期应力为07MPa,随后应力过,变形量相对较小且较为平缓;而测站2是紧随工下降,在较低水平上稳定较短时间后即开始增大,最作面布置的,在前3d两帮移近量较快,而后位移变终最大应力达1.2MPa,其中也有相对稳定的时期。化趋于平缓;测站3也是在巷道掘进3d内变形剧烈其后变形量较小。上述测量说明,对于新义矿的3支护方案设计具体条件,应力活动高峰期在前3d,而后围岩变形鉴于目前巷道支护方式不能保证巷道围岩的稳的变化趋势逐渐减小。由此可得出巷道初次支护应定,需对巷道的支护方式及支护结构进行必要的改具有一定的让压性,二次支护的时间应在3d左右革。可提出多种巷道支护方案,通过现场围岩应力进行。及巷道变形量观测、数值模拟计算分析,选出可行的22巷道顶板下沉量观测巷道支护方案,并进行技术经济比较确定较为合理轨1测站由于巷道已施工较长时间,顶板下沉的巷道支护方案。量变化很小;轨2测站在巷道施工初期位移速度较3.1工字钢对棚支护快,3d后正常量达到最大值,其后有几天稳定期第这是目前矿方采用的巷道支护形式,从现场观9d以后,由于底鼓而在巷道内卧底,出现两帮下沉察来看,巷道围岩应力较大,变形严重,顶梁压弯,棚从而使巷道下沉量反面出现增大现象,第12d后又腿倾斜,因此矿方增加了锚索补强支护。虽然巷道出现变形稳定期;轨3测站初期变形较小,在第12变形中国煤化下够理想,同时底~15d出现与测站2在第9-12d相同的变化趋势,鼓现NMH这不仅降低了巷同样是由于卧底的原因所致。道的同时也增加了23巷道顶板离层观测巷道施工费用。顶板离层仪安设位置与巷道顶底板移近量及两从巷道受力方式来看也不尽合理。围岩完全被第1期」赵汉青,等:新义煤矿软煤层渫巷联合支护技术研究认为是荷载的施加者,支护结构为承载体,不能发挥在错网索钢带支护显示变形较大,亦即应力较围岩自身的承载能力。围岩变形时,顶板煤岩层会大时,还需增加工字钢支架作为二次支护,关键是控产生微破裂,而顶板的破裂又使得围岩应力增大,围制二次支护的时间,这就要求一次支护后随时观测岩变形加剧,从而形成一恶性循环,最终必然导致巷巷道围岩的应力及位移的变化速度。支护初期是快道支护方式的失效。由于顶梁水平设置,在受顶板速变形期,然后逐渐转入缓慢变形期,最后进入稳定荷载时,产生向下的弯曲,使棚腿受力状态发生变期,二次支护的时机应在进入缓慢变形期后,立即进化,容易出现棚腿失稳现象。行高强度大刚度的工字钢棚式支架支护,以控制围32微拱对棚工字钢支护岩过度变形。实施“先柔后刚、先让后顶”的支护方将巷道施工成带有大曲率半径的微拱结构,工案字钢顶梁在地面预制成与巷道拱形相匹配的拱形,依靠拱形抗压能力高的特点来抵抗围岩应力。较前4支护方案优化方案来说,改善了顶梁及棚腿的受力状态。但由由顶板、底板岩石力学性能测试结果可知,巷道于三软煤层巷道具有地应力大的特点,该支护方式所处层位的岩石强度较低、易变形破坏,特别是煤层仍然不能保证巷道的稳定。中,煤体较松软,使得在使用锚杆支护时,锚固剂与这两种支护方式均为被动支护,强度较大,但变钻孔壁的粘结力很低,锚杆支护效果不理想。因此,形能力差。对于该巷道的地质条件来说煤层及顶针对不同的煤岩组合结构提出了不同的支护方案底板岩石强度较低,变形量大,显然靠硬顶是顶不住4.1软顶、煤帮、软底巷道支护方案设计的;同时硬顶带来的后果就是顶部围岩应力施加在根据巷道两帮移近量、顶板下沉量、顶板离层测顶梁上,而顶梁通过棚腿又传给底板,在底板不支护试、锚杆应力测试及钻孔应力测试结果,分析了在该的情况下,势必会出现底鼓现象。采用对棚工字钢围岩条件下巷道的变形及应力分布。由于巷道围岩支护,在棚距不变的情况下,工字钢用量增加,支护为典型的三软煤岩层(软煤帮、软顶、软底),在原有的工作量增加,降低了巷道的施工速度,同时也增加支护条件下,顶板仍有离层产生,锚杆应力也不稳了巷道的支护成本。定,不仅造成顶板下沉,同时巷道也产生了底鼓现3.3微拱可缩性支架象,因此原有支护方式不能满足安全生产的需要。通过支架的可缩性,使围岩应力得到一定程度对于软岩巷道支护,由于顶板岩层松软破碎,其松散的释放使支架受力减小,提高巷道的稳定性。与前应力经巷道顶板传到巷帮,再经巷帮传给底板。若一方案相比,该方案支架可缩,可让压卸压,允许围底板不采取措施,则在巷道顶板下沉的同时,出现底岩适当的变形,最终使围岩与支架相互协调,达到支鼓现象。因此该类围岩条件下巷道支护的关键是围护的目的。这种支护方式从根本上说也是一种被动岩的综合控制,使巷道顶、帮、底板的支护形成一个支护的形式。虽然可以降低最大主应力,但最终应整体,为此提出了采用封闭型工字钢加点柱支护。力还会通过顶梁、棚腿传给底板,造成底鼓现象产4.2硬顶、煤帮、软底巷道支护方案设计对硬顶巷道,具备了采用锚杆、锚索支护的条3.4锚网索钢带支护件,可采用锚杆、锚索支护,关键是对于软底时,底臌该支护方式为主动支护方式,围岩本身也是承的控制,支护方式为矩形巷道锚杆锚索联合支护。载体的一部分,能充分利用围岩的自身承载能力,锚4.3硬底煤巷支护方案设计杆、钢带、金属网共同作用,将巷道周边近距离内的硬底煤巷不需加底梁,釆用点柱直接支撑在底围岩加固,利用锚杆锚固范围内的岩体的承载能力,板上,其它采用普通工字钢棚支护,可加锚索控制顶抵抗锚固范围外的围岩应力,相应地将围岩应力转板。移至围岩体外部,从而保证巷道围岩的稳定性。但4.4中国煤化工方案设计若松软岩体范围较大时,锚固体可能会整体被压缩CNMHG明相结合的方法而向巷道内移动,可能会产生较大的变形锚杆支护控制巷道顶板,工字钢棚起支撑作用,防止35锚网索钢带工字钢联合支护煤帮被过量压缩而使巷道变形严重,影响生产。具媒炭技术第29卷体布置为1排锚杆、锚索支护,1排工字钢棚支护,700m。锚杆、锚索支护与工钢棚排距为0.6m。(2)锚固剂:树脂锚固剂,每孔使用K350型24.5全软煤巷支护方案设计卷,放置孔底。当煤层厚度较大时,巷道完全处于煤层中,即(3)金属网:50mm×50mm的菱形金属网“全软煤巷”。由于巷道顶底板均为强度较低的煤(4)W钢带:BHW-250-300,长度与巷道宽度层,而地应力相对较大,因此在巷道掘进时巷道支护相适应。方式应体现“先柔后刚”的支护策略;同时针对软煤(5)锚索:低松弛钢绞线1×7-41524m钢绞中水平应力较大的特点采取“松帮卸压”技术,以缓线配用单孔MX锚具,托板一般选用槽钢或钢板。解水平应力给煤体变形提供适当的空间,减少支架配4卷锚固剂,CK2350型2卷,放置孔底,另加在支护初期的受力,保证巷道有效断面。K2350型2卷。锚索长度800mm;锚索间距18005具体支护方案m;方向695°,随棚式支架架设,排距700mm5,1锚索联合支护方式6结语根据上述分析,一般情况下,巷道选用锚索联合在对新义煤矿11011工作面轨道顺槽地质条件支护方式,支护参数如下:和围岩变形规律分析的基础上,基于巷道支护原则,(1)锚杆:材料为无纵筋左旋螺纹钢锚杆,直径提出了工字钢对棚支护、微拱对棚工字钢支护、微拱920m,长度2100mm;间排距700mm×70mm。可缩性支架锚网索钢带支护和错网索钢带工字钢(2)锚固剂:树脂锚固剂,每孔使用K2350型2联合支护等5种支护方案;并结合顶底板情况对其卷,放置孔底。进行了优化,最终决定采用锚网索钢带和锚网索钢3)W钢带:BHW-250-3.00长度与巷道宽带U字钢联合支护方式。经现场应用,效果显著,度相适应。成功地解决了新义煤矿软煤层煤巷支护问题。该支(4)锚索:低松弛钢绞线1×7-45.24m钢护方案是软岩巷道稳定性控制的一种科学合理和行绞线配用单孔MX锚具,托板一般选用槽钢或钢板。之有效的技术,可为同类巷道的支护提供借鉴和参配4卷锚固剂,CK2350型2卷,放置孔底,另加考。K2350型2卷。参考文献5.2锚杆、锚索与U36型棚结合的支护方式[1]钱鸣高,石平五矿山压力与岩层控制[M]徐州:中国矿业大当巷道变形严重时,采用锚杆、错索与U36型学出版社,2003棚支护相结合的方法,锚杆支护控制巷道顶板,U型2)柏建彪侯例炯,杜木民,等复合顶板极软煤层巷道错杆支护技术研究[刀岩石力学与工程学报,2008,(5)棚起支撑作用防止煤帮被过量压缩而使巷道变形(3)何满齐千,程骑,等深部复合顶板煤巷变形破坏机制及捐严重影响生产。具体布置为1排锚杆支护,1排U合支护设计[门.岩石力学与工程学报,2007,(5)型棚、锚索支护。锚杆支护与U型棚锚索的排距均[4]何满,孙晓明.中国煤矿软岩巷道工程支护设计与施工指南为700mm。具体支护参数如下[M]北京:科学出版社,2004(1)错杆:材料为无纵筋左旋螺纹钢错杆,直径5何重伦深井三教媒层巷道岩控制技术与工程实践(],湖南φ20m,顶锚杆长度2100mm;间距700m,排距科技大学学报(自然科学版),2006,(3)(責任编榫王凤英)700mm;帮锚杆长度2100mm;间距700mm;排距欢迎订煤HAKA4&&&ATSAT&AXAXAAXAAAXASAYAXAxAXAxax4x