口前煤礦松軟破碎煤巷支護(hù)方法的研究

康喬煜

（中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，江蘇 徐州221008）

口前煤礦松軟破碎煤巷支護(hù)方法的研究

康喬煜

（中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，江蘇 徐州221008）

針對(duì)口前煤礦煤層賦存條件和現(xiàn)有施工水平,研究了4+9號(hào)煤層及其頂?shù)装宓牡刭|(zhì)力學(xué)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(yīng)的錨固支護(hù)理論，并在此基礎(chǔ)上對(duì)現(xiàn)有運(yùn)輸大巷提出合理支護(hù)設(shè)計(jì)方案及支護(hù)參數(shù)，解決困擾礦井安全生產(chǎn)的支護(hù)技術(shù)難題。

松軟破碎巷道；軟巖支護(hù)；聯(lián)合支護(hù)

口前煤礦4+9號(hào)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(jiǎn)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(xì)砂巖、泥巖為主；底板以泥巖、砂巖泥巖為主。4+9號(hào)煤層屬脆性中等強(qiáng)度煤層。頂?shù)装逯饕袑永?、?jié)理裂隙發(fā)育的泥巖和中細(xì)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(hù)存在很大困難。

1 巷道頂?shù)装宓刭|(zhì)力學(xué)特性評(píng)價(jià)

根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，4+9號(hào)煤層直接頂為中細(xì)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(jìn)一步評(píng)價(jià)煤層的頂?shù)装辶W(xué)性質(zhì)，地質(zhì)報(bào)告還搜集了米莊窩煤礦4號(hào)煤層頂板粉砂巖巖樣的力學(xué)試驗(yàn)資料（委托山西煤田地質(zhì)局試驗(yàn)室試驗(yàn)），現(xiàn)分述如下：4+9號(hào)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(xì)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(xué)性質(zhì)測(cè)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(qiáng)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(qiáng)度48.2 MPa，單向抗拉強(qiáng)度1.15 MPa，抗剪強(qiáng)度3.57 MPa。頂板是中砂巖時(shí)為Ⅱ類中等穩(wěn)定頂板。頂板是泥巖時(shí)為Ⅳ類不穩(wěn)定頂板。參見(jiàn)圖1。

圖1 4+9號(hào)煤層頂?shù)装鍘r層地質(zhì)力學(xué)特性柱狀圖

根據(jù)井下調(diào)查，煤層頂板為中砂巖時(shí)易管理，為泥巖時(shí)不易管理。在施工運(yùn)輸大巷時(shí)4+9號(hào)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(shí)驗(yàn)可錨性很差，屬難以控制頂板。

2 軟巖支護(hù)技術(shù)

2.1 軟巖巷道支護(hù)方法

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

2.2 支護(hù)分析

口前煤礦4+9號(hào)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(qiáng)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(duì)頂板支撐減弱→頂板彎曲變形加劇→兩幫破壞加劇”的互動(dòng)特征。隨著時(shí)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(kuò)大。

口前煤礦永久性巷道應(yīng)采用錨噴聯(lián)合支護(hù)，以防止煤層風(fēng)化而產(chǎn)生破壞。巷道支護(hù)應(yīng)進(jìn)行長(zhǎng)期的穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)，以對(duì)穩(wěn)定性狀態(tài)發(fā)生惡化的部位及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固。

3 支護(hù)方案的確定

3.1 運(yùn)輸大巷（煤巷）錨桿支護(hù)方案及參數(shù)

運(yùn)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(hù)形式為錨噴聯(lián)合支護(hù)。巷道技術(shù)特征見(jiàn)表2。巷道在煤層中的布置見(jiàn)圖2。

表2 運(yùn)輸大巷技術(shù)特征

圖2 煤層中巷道的三種位置

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

其主要技術(shù)要點(diǎn)是高強(qiáng)度加長(zhǎng)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(dòng)破落；頂板錨桿之間通過(guò)鋼筋網(wǎng)和鋼筋梯子梁形成支護(hù)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(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度。在頂板安裝小孔徑預(yù)應(yīng)力錨索加強(qiáng)支護(hù)，以增加支護(hù)強(qiáng)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(zhǎng)度應(yīng)能懸吊在頂板堅(jiān)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(qiáng)度錨桿，錨固方式為樹脂藥卷加長(zhǎng)錨固，并架設(shè)鋼筋梯子梁，加固巷道兩幫煤體，充分發(fā)揮高強(qiáng)度錨桿的作用。為兩幫提供較大的支護(hù)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(hù)參數(shù)方案見(jiàn)表3和表4。

表3 頂板錨桿錨索支護(hù)參數(shù)表

表4 幫錨桿支護(hù)參數(shù)表

3.2 大巷錨桿支護(hù)布置圖（見(jiàn)圖3）

圖3 大巷錨桿支護(hù)布置圖

4 結(jié) 論

本文所述支護(hù)方法，具有如下效果：一是降低材料支護(hù)費(fèi)用，同架設(shè)鐵棚相比大大降低了支護(hù)費(fèi)用，架棚平均達(dá)1800元/m；二是錨、網(wǎng)、帶、索、噴支護(hù)僅800元/m，以每月100m計(jì)算，每月可節(jié)約費(fèi)用近10萬(wàn)元；三是減少了巷道的維修量，降低了巷道的維修費(fèi)用；提高了掘進(jìn)速度；采用聯(lián)合支護(hù)降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，簡(jiǎn)化了施工工藝，為掘進(jìn)隊(duì)創(chuàng)水平、提高質(zhì)量管理奠定了基礎(chǔ)；提高了巷道支護(hù)的可靠性；錨桿的預(yù)緊力大于8 t，錨索的預(yù)緊力大于12t克服了棚式被動(dòng)承載支護(hù)，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(hù)分析[J]煤炭技術(shù),2006,（02）.

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

［3］何滿潮.煤礦軟巖變形力學(xué)機(jī)制與支護(hù)對(duì)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(tái)人，大學(xué)本科在讀。

徐樹文