上行开采顶板煤巷围岩稳定性控制技术研究.PDF

杨风才++赵伟++吴冬梅

[摘 要]为了更好解决深部煤巷的支护难题，通过采用理论分析、现场观测等方法来分析深部煤巷顶板破坏特征，研究深部煤巷围岩控制原理及支护技术，优化巷道支护基本参数。现场采取了梯次支护技术、帮顶同治支护方案后，巷道变形量在合理范围内，减少了巷道维护成本，有效的保证了矿井的安全生产。

[关键词]深部煤巷；破坏机理；梯次支护；帮顶同治

中图分类号：TD327.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）16-0039-01

引言：

随着开采深度的不断增加，回采巷道的支护成了影响煤矿安全生产的一个关键问题，巷道在掘进过程中顶板下沉、两帮收敛严重，不得不多次修复。

新桥煤矿进入南三采区掘进后，煤层埋深达到740m，处于深部掘进的巷道在深部高应力的影响下，巷道变形破坏严重，矿压显现突出，巷道两帮向内收敛明显，并有锚索、锚杆被拉断现象的发生，锚杆托盘螺母崩出。矿不得不投入大量精力进行翻修，从而给矿井的安全生产带来严重影响。

1 概况：

新桥煤矿2304胶带顺槽设计长度为1330m，巷道沿二2煤层掘进，煤层埋深667-740m，巷道断面为矩形，净宽4.2m，净宽2.8m，煤层倾角在4°-18°之间，平均倾角11°，煤层的层理和节理发育。煤层顶板为泥岩、中细粒砂岩，底板为泥岩。

2 深部煤巷顶板变形破坏特征

从新桥矿深部煤巷顶板的调研资料总结发现，煤巷的变形破坏特征主要表现为：顶板岩层的抗变形能力极差，很容易发生大的挠曲下沉，导致顶板由下至上的离层冒落破坏。具体表现为以下几点：

2.1 巷道两帮变形和顶板下沉同时发生，且变形速度快、变形量大；

2.2 巷道受动压影响时，其敏感程度较高，影响范围较大；

2.3 巷道掘进后一直难以稳定，持续变形，在巷道服务期间需要多次翻修。

3 深部煤巷围岩稳定性控制技术

3.1 顶板梯次支护技术

梯次支护技术的原理是：首先采用锚杆支护在巷道顶板浅部围岩造壳（一阶支护），再采用短锚索支护控制顶板中下部软弱煤岩形成二次强化锚固承载结构（二阶支护），再应用长锚索对已形成的二阶锚固承载体向顶板上部深层煤岩体实施整体组合锚固（三阶支护），使厚软弱层顶板巷道围岩逐段依次得以多次锚固，在顶板岩层中形成一定厚度和承载强度的具有组合锚固效应的阶梯式立体支护结构，有效控制顶板围岩变形。

3.2 帮顶同治技术

为达到帮顶同治的系统支护效果，在巷道开挖后，首先在巷道直接顶及其上方岩层打锚杆和锚索，锚杆和锚索的锚固点要位于顶板分层之上，使顶板形成整体组合梁顶板承载结构。对比以往的锚网索支护方式，由于组合了直接顶中的若干层岩石，整体组合梁顶板承载结构的强度将显著增强。整体组合梁顶板来可有效控制顶板的下沉变形，减少顶板对巷道两帮煤体的压缩破坏。

与此同时，通过在巷道帮部打锚杆和锚索对巷道附近煤体进行强化加固，将提高巷道两帮锚固体的整体强度，降低两帮变形量。加固巷道两帮，在降低帮部煤体变形破坏的同时也提高了巷道帮部的承载性能，间接控制了顶板的下沉，从而达到了对巷道围岩“帮顶同治”整体控制的支护效果。

4 现场工业性试验

4.1 支护方案及参数

（1）巷道顶板：用6根高强锚杆加4.2m长M5型钢带、矿用钢筋网联合支护，锚杆规格为Φ20×2400mm左旋螺纹钢超高强锚杆，与M5型钢带配套的M5型托盘，锚杆间距750mm，排距700mm。每根锚杆使用1卷MSK2335树脂药卷（里侧）及1卷MSZ2335树脂药卷（外侧）。锚杆预紧力矩不小于200N·m，锚固力不小于120kN。

顶板锚索：顶板沿巷道的走向方向依次布置预应力钢绞线让压短锚索和让压长锚索，每排分别布置两根。让压短锚索钢绞线规格为Φ18.9×5300mm，让压长锚索钢绞线规格为Φ18.9×8000mm，锚索均需加让压管。托盘尺寸为400×400×16mm，。每根锚索配3支MSK2335型（里侧）和2支MSZ2335型（外侧）锚固剂，锚索预紧力不低于80kN，锚固力不低于250kN。

（2）巷道两帮：两帮均采用4根高强树脂锚杆加2.6m长M4型钢带（也可采用两节短钢带对接施工，長度分别为2.0m、1.2m，眼孔间距均为0.8m，对接重叠长度0.2m）、矿用钢筋网联合支护，锚杆规格为Φ20×2400mm左旋螺纹钢高强锚杆，锚杆间距800mm，排距700mm。每根锚杆使用1卷MSK2335树脂药卷（里侧）及1卷MSZ2335树脂药卷（外侧）。锚杆预紧力矩不小于200N·m，锚固力不小于200kN。

（3）巷道高度变化时，帮部最下面一根锚杆距离底板超过250mm时必须在该空帮处铺网增打一根单体锚杆，并沿巷道走向铺设钢带，锚杆斜向下30度左右施工。

（4）施工一段距离后，根据矿压观测情况视现场巷道帮部变形情况，在两帮中下部位置分别施工一排帮部走向锚索梁，锚索梁规格同目前矿上常规所用，锚索钢绞线规格为Φ18.9×5300mm。

（5）对特殊地段如断层带等破碎围岩区域，要采用先锚杆支护再套钢棚支护的联合支护方式，尽可能的先用锚杆锚索等主动支护锚固围岩，再采用钢棚支护并背实背严顶板及两帮，具体方案及参数可根据现场实际再进行针对性研究和设计。

4.2 矿压观测结果

新桥煤矿2304胶带顺槽矿压观测试验从2014年4月10日开始到2014年12月20日结束。在试验过程中对2107轨道顺槽两帮及顶底板移近量及顶板离层量进行了观测，观测长度为1000m，共设20个矿压观测点及离层观测点，每隔50m一处。从巷道开始掘进，全程跟踪观测，动态反馈巷道围岩稳定状况，适时调整支护参数，有效控制围岩变形。巷道上帮最大移近量达到60mm，巷道下帮最大移近量达到55mm，巷道顶板最大移近量达到75mm，巷道底板最大移近量达到59mm；顶板离层量最大达58mm；巷道整体支护效果较好。

5 结语

采用顶板梯次支护技术、帮顶同治技术，通过高预紧力锚杆充分调动围岩的自稳能力，同时配合锚索形成及钢筋网护顶护帮强化支护，有效控制了顶板离层并抑制围岩变形，对巷道围岩变形起到了很好的控制作用，满足了新桥煤矿深部回采巷道支护的要求。

参考文献：

[1] 钱鸣高，刘听成.矿山压力及其控制[M].北京：煤炭工业出版社，1990.

[2] 张农，袁亮.离层破碎型煤巷顶板的控制原型[J].采矿与安全工程学报，2006.

[3] 康红普.软岩巷道底鼓的机理防治[M].北京：煤炭工业出版社，1993.

[4] 赵先刚.锚注联合支护技术在高应力松软围岩巷道中的应用[J].煤炭工程，2007，（2）：38-40.

[5] 赵伟，冯星宇，张洋等.深部岩巷主动支护及围岩稳定性控制技术研究[J].中州煤炭，2015，（2）：39-42.