综放沿空留巷锚注支护应用.pdf

分类号T D 3 5 5 密级／≯前 单位代码1 0 4 2 2 学号2 0 1 4 2 2 1 1 9 8 ⑧∥菇办誊 硕士学位论文 专业学位 论文题目综放沿空留巷锚注支护应用 T h eb o l t i n g g r o u t i n gs u p p o r ta p p l i c a t i o no fg o b s i d e e n t r yr e t a i n i n gi nf u ll ym e c h a n i z e dc a v i n gf a c e 合作导师 2 0 1 5 年1 2 月2 日 万方数据 原创性声明 山东大学硕士学位论文 本人郑重声明所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的科研成果。 对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方 式标明。本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名毖遥 E t期盟型 关于学位论文使用授权的声明 本人同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的印刷件 和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 保密论文在解密后应遵守此规定 论文作者签名熟 导师签名 万方数据 山东人学硕二I j 学位论文 目录 摘要．．．．．．．．．⋯⋯．．⋯⋯．⋯．．．⋯⋯⋯．．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I 第1 章绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．⋯⋯．．⋯⋯⋯．⋯．．．．．1 1 ．1 研究背景⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．2 研究意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1 ．3 国内外锚注支护研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 1 ．3 ．1 国外锚注支护研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 1 ．3 ．2 国内锚注支护研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8 1 ．4 锚注支护发展趋势和目标⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 l 1 ．5 研究内容和技术关键⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 2 1 ．5 ．1 研究内容⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．．．．⋯⋯⋯⋯．⋯．．．．⋯．．1 2 1 ．5 ．2 技术关键和创新点⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 4 1 ．6 技术路线和研究方法．⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 5 1 ．6 ．1 技术路线．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯．．．1 5 1 ．6 ．2 研究方法⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯．⋯⋯．．⋯⋯．．1 5 第2 章锚注支护技术⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 7 2 ．1 锚注支护的机理⋯．．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 7 2 ．2 锚注支护作用⋯⋯．．⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯．1 8 2 ．3 锚注支护技术优势⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 3 2 ．3 锚注支护材料研发．⋯．．⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 5 2 ．3 ．1 中空注浆锚索研发⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 5 2 ．3 ．2 组合式中空注浆锚杆研发⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 6 第3 章综放沿空留巷锚注支护工程概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯2 8 3 ．1 天池煤矿1 0 3 瓦斯尾巷概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．⋯⋯⋯2 8 3 ．21 0 3 瓦斯尾巷原支护状况分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 0 第4 章综放沿空留巷围岩结构变形特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯3 3 4 ．1 综放沿空留巷围岩结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 3 万方数据 山东大学硕’f j 学位论文 4 ．2 综放沿空留巷变形特征．．⋯⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯⋯．3 4 4 ．3 沿空留巷围岩形态观测⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．3 6 4 ．4 沿空留巷形变规律与支护对策分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯3 8 第5 章综放沿空留巷应力分布特征．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯4 1 5 ．1 地应力实测与监测概况⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 l 5 ．2 地应力实测结果与分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯．4 2 5 ．3 地应力监测结果与分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 3 5 ．3 ．1 水平应力监测结果与分析．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．．4 3 5 ．3 ．2 垂直应力监测结果与分析⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．4 5 5 ．4 地应力实测与监测总结⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 7 第6 章综放沿空留巷锚注补强加固方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 8 6 ．11 0 3 瓦斯尾巷锚注支护控制思路⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯．4 8 6 ．21 0 3 瓦斯尾巷锚注补强支护设计方案．⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯⋯．4 9 6 ．3 锚注补强加固技术要求⋯．．⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯．⋯⋯⋯．5 0 第7 章锚注补强加固矿压观测．⋯⋯⋯．．．⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．5 3 7 ．11 0 3 瓦斯尾巷围岩深部变形监测．．⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．5 3 7 ．1 ．1 围岩深部变形监测方案⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 3 7 ．1 ．2 围岩变形监测结果⋯⋯．．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 3 7 ．21 0 3 瓦斯尾巷表面位移监测⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯，⋯⋯．5 8 7 ．2 ．1 表面变形监测方案⋯⋯．．．．．⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯，5 8 7 ．2 ．2 表面变形监测结果⋯⋯．⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯⋯．5 8 7 ．3 瓦斯尾巷矿压观测小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯．6 0 第8 章结论．．⋯⋯⋯⋯．⋯．．．．．．．⋯．．．⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯．．6 1 参考文献⋯．．⋯⋯⋯．⋯．⋯，．．⋯⋯．⋯．⋯．⋯⋯．．⋯⋯⋯．6 4 致谢．．⋯⋯．⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．．⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 6 攻读学位期间发表的学术论文及专利目录⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 7 万方数据 山东火学硕r { 学位论文 摘要 天池煤矿采用一面四巷布置模式，其中瓦斯尾巷需要二次复用兼做下工作面 回风巷，山于受到工作而回采动压影响，成功留用难度较大，具体表现在煤柱挤 出量巨大、顶板破碎冒落、底臌量大、巷道断面收缩率高，从而导致沿空留巷需 要多次反复维修，劳动强度大，支护成本高，影响正常生产接续。 本文从沿空留巷煤柱变形规律、斜跨梁结构的稳定性及沿空留巷围岩应力分 布特征三方面着手，分别研究沿空留巷围岩变形特征、沿空留巷应力分布和演化 规律、锚注支护材料结构特性、锚注支护设计方法和技术要求等要素对沿空留巷 稳定性的影响，并根据工程案例，总结锚注支护技术在沿空留巷的支护机理和技 术优势。 针对沿空留巷特殊围岩结构，通过地应力实测与监测技术分析研究沿空留巷 在回采期间斜跨梁顶板应力分布特征和规律，获得沿空留巷弹性应力区分布范围、 塑性应力区分布范围和超前支承压力影响范围等现场资料，指导锚注补强加固强 度和重点范围，为天池煤矿1 0 3 瓦斯尾巷锚注补强加固设计方案提供了科学依据。 锚注支护技术以新型中空注浆锚杆、中空注浆锚索为核心，针对沿空留巷围 岩变形和应力分布特征，新型中空注浆锚杆、锚索在材质、结构、封孑L 型式进行 了改进，注浆材料采用价低易得的水泥基材料，采用注浆添加剂对水泥浆液改性， 使其具有可泵性强、凝固时间短、硬化速度快等特点，满足锚注支护施工后锚注 支护体可以快速承载、扩散迅速、强度高的要求。 本文以提高小煤柱、斜跨梁及实体煤形成的特殊围岩结构的稳定性为主要思 路，注重“支护体．围岩”共同作用，提出沿空留巷全断面锚注补强加固支护方 案，具体措施是在沿空留巷小煤柱帮部和实体煤帮部采用超长中空注浆锚杆进行 “三高”锚注技术加固，即高预紧力、高灰水比、高压注浆，提高小煤柱和实体 煤完整性和承载能力，改善沿空留巷受力特征，控制煤体变形；顶板采用中空注 浆锚索锚注支护，强化顶煤、伪顶与坚硬老顶间的力学联系，再通过注浆封闭顶 板裂隙的同时，提高斜跨梁结构的整体性和稳定性，满足沿空留巷在服务期限内 的稳定性要求。 通过采用锚注支护技术加固沿空留巷，相对于架棚支护和单体支柱补强支护， 其巷道断面变形量和变形速率明显降低，巷道在二次利用期问基本不需返修，根 T 万方数据 山东大学坝L 学位论文 本改变了综放沿空留巷支护困难、维护量大的被动局面，节约了人工和材料成本， 改善了井下工人的工作环境、降低了工人的劳动强度，保障了综放工作面高产高 效安全生产，具有显著的经济效益和社会效益。 关键词锚注支护，沿空留巷，地应力，中空注浆锚杆，中空注浆锚索 万方数据 【U 东人学硕J j 学位论文 A b s t r a c t I nT i a n c h iM i n e ，t w o e n t r y d e v e l o p m e n ti Sa d o p t e df o ri t sl o n g w a l l f a c e s ．W i t ht h er e t r e a t i n go f1o n g w a l lf a c e ，t h eg a sd i l u t i o ne n t r yi S m a i n t a i n e da l o n gt h eg o a fa n dt h e nr e u s e da sa i rr e t u r ne n t r yf o rt h en e x t l o n g w a l 1f a c e ．D u et ot h ea f f e c to f a b u t m e n tp r e s s u r ec a u s e db yr e t r e a tin g l o n g e a l lf a c e s ，i ti sv e r yd i f f i c u l tt om a i n t a i nt h ee n t r ya l o n gg o a ff o r i t ss e c o n du s e ．P r o b l e m se n c o u n t e r e di n c l u d ee x c e s s i v ec o a lp ill a r e x t r u s i o n ，r o o fr o c kb r e a k i n ga n dc a v i n gi n ，f l o o rh e a v e ，a n de x c e s s i v e c o n v e r g e n c eo fr o a d w a ys e c t i o n ，r e s u l t i n gi nn e c e s s i t yf o rr e p e a t e d l y r e p a i r i n g ，h i g hl a b o ri n t e n s i t y ，h i g hc o s to fr o a d w a ys u p p o r ta n d r e p a i r i n g ，a n dd i s r u p t e dl o n g w a l ls u b s t i t u t i o n ． S e t t i n go u tt ot h r e ea s p e c t sn a m e l yr i bs i d ep i1l a rd e f o r m a t i o n c h a r a c t e r i s t i c so fr o a d w a y sa l o n gg o a f ，t h es t a b i l i t yo ft h ei n c l i n e db e a m s t r u c t u r ea n ds t r e s sr e d i s t r i b u t i o na c t i n go ns u r r o u n d i n gr o c ko fr o a d w a y m a i n t a i n e da l o n gg o a f ，t h i Sp a p e rc a r r i e so u ti t sr e s e a r c hw o r ko nt h e s e v e r a lm a j o rf a c t o r sa n dt h e i re f f e c t so nt h es t a b i l i t yo fr o a d w a v m a i n t a i n e da l o n gg o a f ．T h e s ef a c t o r si n c l u d es u r r o u n d i n gr o c kd e f o r m a t i o n f e a t u r e so fr o a d w a y sm a i n t a i n e da l o n gg o a f ，s t r e s sd i s t r i b u t i o na n d s t r e s sc h a n g i n gp r o c e s s ，c o n s u m a b l e sp r o p e r t ya n dp a r a m e t e rd e s i g no f b o l t i n g ＆g r o u t i n g ．B a s e do nc a s es t u d y ，s u m m a r yi Sm a d eo ns u p p o r t m e c h a n i s mo fb o l t i n ga n dg r o u t i n g t e c h n o l o g ya n di t s t e c h n o l o g i c a l a d v a n t a g e s ． I nc o n n e c t i o nw i t ht h es p e c i a ls t r u c t u r eo fs t r a t as u r r o u n d i n ga l o n g w a l le n t r ym a i n t a i n e da l o n gg o a l ，i n s i t us t r e s sm e a s u r e m e n ta n d s t r e s sc h a n g em o n it o t i n gw o r kh a sb e e nu n d e r t a k e nS Oa st ow o r ko u tt h e s t r e s sa c t i n go nt h ei n c l i n e dr o o fb e a ms t r u c t u r eo ft h em a i n t a i n e d l o n g w a l le n t r ya n di t sr e d i s t r i b u t i o np r o c e s s 。w h i c hl e a d st ot h e i d e n t i f i c a t i o no ft h ee ] a s t i cz o n e ，y i e l d i n gz o n ei nt h es u r r o u n d i n gr o c k o ft h ee n t r ym a i n t a i n e da l o n gg o a la sw e lla st h ei n f l u e n c ea r r a n g eo f f r o n ta b u t m e n tp r e s s u r ec a u s e db y1 0 n g w a l lr e t r e a t i n g ．T h i S i d e n t i f i c a t i o np r o v i d e sag o o de n g i n e e r i n gb a s i Si nd e s i g n i n gt h eb o l t i n g a n dg r o u t i n gr e i n f o r c e m e n ts y s t e mf o rt h eN o ．1 0 3g a sd i l u t i O ne n t r yi n T 1 a n c h j 、4 i n e ． H o l l o wg r o u t a b l ec a b l e b o l t s a n dr o c k b o l t sp l a yak e yr o l ei nt h e r e i n f o r c e m e n ts y s t e md e s i g n e d ．T h en e wt y p eh o l l o wg r o u t a b l ec a b l e b o l t s a n dr o c kb o l t sf e a t u r ei n n o v a t i v ei m p r o v e m e n ti nm a t e r i a lp r o p e r t i e s ， I I I 万方数据 山东大学硕L 学位论文 一-__●●__--_一 t e n d o nc o n f i g u r a t i o na n dt h er e l e v a n tg r o u tp a c k e r ．C e m e n t b a s e dg r o u t m a t e r i a li Sc h o s e nf o ri t sc o s te f f e c t i v e n e s sa n de a s yt os o u r c e ．S p e c i a ] a d d i t i v e siSu s e df o rb e t t e rp u m p a b i l i t y ，s h o r t e rg e l l i n gt i m ea n dh i g h e r c u r i n gs p e e d ，S Oa st om e e tt h ed e m a n do fh a v i n gab o l t i n ga n dg r o u t i n g s y s t e mt h a tf e a t u r e sq u i c k l yl o a dt a k i n g ，r a p i dg r o u ts p r e a d i n g ，a n dh i g h 1 0 a db e a r i n gc a p a c i t ya f t e ri n s t a l l a t i o n ． I nt h i Sp a p e r ，r e s e a r c hw o r ka i m sa ti n c r e a s i n gt h es t a b i l i t yo ft h e s p e c i a ls t r u c t u r ew h i c hc o n s i s t so ft h en a r r o wc o a lp i l i a rr i bs i d e ，t h e i n c l i n e dr o o fb e a ma n dt h es o l i dc o a lr i bs i d eo ft h er o a d w a ym a i n t a i n e d a l o n gg o a f ，w i t hf o c u sb e i n go nt h eC O f u n c t i o no ft h er e i n f o r c i n gs y s t e m a n dt h es u r r o u n d i n gr o c k ．T h ep a p e rp u tf o r w a r d sa na p p r o a c ho f r e i n f o r c i n gt h ew h o l es e c t i o no ft h er o a d w a ym a i n t a i n e da l o n gg o a fb y b o l t i n ga n dg r o u t i n g ．S p e c i f i cm e a s u r e so ft h ep r o p o s e da p p r o a c hi n c l u d e s i n s t a l l a t i o no fh e l l o wt e n d o ng r o u t a b l er o c k b o l t si ns u c ham a n n e rc a l l e d ”t h r e eh i g h ”b o l t i n ga n dg r o u t i n g ，n a m e l yh i g hp r e t e n t i o n ，h i g h c e m e n t w a t e rr a t i o ，a n dh i g hg r o u t i n gp r e s s u r e ，w h i c ha i m st oi m p r o v et h e i n t e g r i t ya n dl o a db e a r i n gc a p a c i t yo ft h ec o a l r i bo nb o t ht h en a r r o w D i l l a rs i d ea n dt h es o l i dc o a ls i d eS Oa st oc o n t r o lr i bs i d ed e f o r m a t i o n ． A n o t h e rk e yp a r to ft h ea p p r o a c hiSt h ei n s t a l l a t i o no fh e l l o wt e n d o n g r o u t a b l ec a b l e b o l t si n t h er o o fo ft h er o a d w a y ．T h eh o l l o wt e n d o n g r o u t a b l ec a b l e b o l t sf e a t u r e sl o n g e rl e n g t hS Oa St ob u i l du pm e c h a n i c a l 1i n k a g ea m o n gt h et o pc o a l ，t h ei m m e d i a t er o o fa n dt h ec o m p e t e n tm a i nr o o f ． A tt h es a m eti m e ，g r o u tf i1 1Su pa n ds e a lSo f ff r a c t u r e sa n dc r a c k si n t h er o o f ，r e s u l t i n gi ni n c r e a s e di n t e g r i t ya n ds t a b i l i t yo ft h ei n c l i n e d r o o fb e a m ．T h i Sa p p r o a c hl e a d st ot h er e q u i r e ds t a b i1i t yo ft h er o a d w a y m a i n t a i n e da l o n gg o a fd u rin gi t se n ti r et h es e r v ic e1ir e ． T h ed e s i g n e db o l t i n ga n dg r o u t i n gr e i n f o r c e m e n ts y s t e mh a ss h o w ni t s a d v a n t a g e si nr e i n f o r c i n gr o a d w a ym a i n t a i n e da l o n gg o a fa sc o m p a r e dw i t h u s i n gs t e e ls e t sa n dh y d r a u l i cp r o p s ．R o a d w a yc o n v e r g e n c ea n dd e f o r m a t i o n r a t eh a v eb e e nd r a m a t i c a l l yr e d u c e d ．T h em a i n t a i n e dr o a d w a yb a s i c a l l y n e e d sn or e p a i r i n gd u r i n gi t ss e c o n ds e r v i c ec y c l e ，w h i c hl e a d st o f u n d a m e n t a lo v e r c o m i n go ft h ed i f f i c u l t yi nk e e p i n gt o pc o a lc a v i n g l o n g w a l le n t r ym a i n t a i n e da l o n gg o a fi ng o o dc o n d i t i o n ．W h i l el a b o r i n t e n s i t yo fw o r k e r si sr e d u c e da n du n d e r g r o u n dw o r k i n ge n v i r o n m e n t i m p r o v e d ，s a v i n gi nl a b o ra n dm a t e r i a lc o s ti Sa l S Oo b t a i n e d ．T h eb o l t i n g a n dg r o u t i n gr e i n f o r c e m e n ts y s t e mp l a y sak e yr o l ei nm a k i n gt o pc o a l c a v i n gl o n g w a l lf a c e ’Sp a c eo fh i g hp r o d u c t i o na n dh i g he f f i c i e n c yr u n 1 V 万方数据 山东大学硕I j 学位论文 s a f e l yw i t hS i g n i f i c a n te c o n o m J Ca n ds o c i a ] b e n e f i t sb e i n ga c h i e v e d ． K e yW o r d s b o l t i n g g r o u t i n gs u p p o r t ，g o b s i d ee n t r yr e t a i n i n g ，i n S i t u s t r e s s ，h o ll o wg o u t a b l er o c k b o l t ，h o l l o wg o u t a b l ec a b l e b o l t V 万方数据 山东大学硕士学位论文 V I 万方数据 山东大学硕L 学位论文 符号说明 Y 一岩石容重，k N ／m 3 H 一埋深，1 1 1 盯一岩体单轴抗压强度，M P a ； 丁一岩石抗剪强度，M P a ； 仃一正应力，M P a ； c 一岩体的内聚力，M P a ； p 一内摩擦角，度。 ‰。、一岩体极限承载强度，M P a ； R 。一锚注加固拱半径，m ； 口一巷道宽度，m 。 万方数据 山东大学硕上学位论文 V T I I 万方数据 山东人学硕士学位论文 第1 章绪论 1 ．1 研究背景 目前我国煤炭开采基本采用综放长壁采煤法，其主要特征是在工作面两侧分 别布置1 条工作面顺槽巷道，以满足工作面运输、安装、运料、行人、通风要求。 在高瓦斯矿井工作面布置时，还需要在工作面顺槽之外布置1 或2 条瓦斯抽放巷 道，达到一面三巷或一面四巷的规模，这种瓦斯抽放巷道除满足本工作面回采要 求外还可以服务相邻工作面，达到一巷两用的目的。 在掘进瓦斯抽放巷道时，一般是沿工作面顺槽一定距离布置，中间留设一定 宽度煤柱，也有在工作面中间布置。当瓦斯抽放巷道在工作面外侧留设煤柱布置 时，在本工作面回采后，这种瓦斯抽放巷道成为沿空巷道，可以下一工作面回采 时接续使用。这种布置方式既可以减少不必要的煤炭损失，同时还可以起到隔离 采空区，防止煤体自燃作用。由于沿空留巷可以充分借用工作面回采活动造成的 特殊顶板结构来优化巷道围岩应力环境Ⅲ，间接地减少了巷道工程量，降低单位 资源丌采成本，解决工作面接替紧张问题，降低安全风险等优势，在国内外实际 生产中具有广泛的应用。 沿空巷道在掘巷阶段，由于巷道一般在煤层中掘进，且处于原岩应力区域， 围岩受到巷道掘进扰动影响较小，矿压显现并不明显，沿空巷道维护量较小，巷 道稳定性较高。但在本工作面回采时，由于应力叠加，应力峰值前移，造成沿空 巷道围岩松散破碎，向巷内强烈挤出，断面收缩量极大，无法满足行人、运输、 通风需要，通常需要耗费大量人力、物力、时间对沿空留巷进行扩帮清底，巷道 难以维护，影响综放工作面的正常生产，增加煤炭开采成本，因此实现沿空留巷 二次复用需要面临的重要问题就是沿空留巷的稳定性难题，这也是沿空留巷围岩 控制技术的关键。 兖矿山西天池煤矿为高瓦斯矿井，1 0 3 工作面布置采用一面四巷模式，即一 条进风运输顺槽、一条回风运料顺槽、一条瓦斯尾巷和一条走向瓦斯高抽巷，其 中瓦斯尾巷二次复用作下一工作面的进风运输顺槽。1 0 3 工作面采用综放生产工 艺，为避免瓦斯超标威胁工作面的安全生产，采用U L 型通风方式，即一进两回 的通风系统 见图1 ．1 ，并在瓦斯尾巷与回风巷之间煤柱内间隔3 5 m 布置1 条 万方数据 山东火学硕J 学位论文 联络巷 横贯 作为瓦斯排放通道。 1 一进风巷；2 一回风巷；3 一瓦斯尾巷；4 ，5 一联络巷 横贯 图1 ．1U L 型通风系统 受到1 0 3 工作面回采带来的动压影响变形严重，1 0 3 瓦斯尾巷出现多次冒顶， 在1 0 3 工作面推过后3 0 ～5 0 m 后发生了一次冒顶事故，至工作面推进2 1 0 m ，即 到7 横贯处，共发生了三次冒顶事故，冒顶高度在4 ～6 m 之间。从原支护形式 看，1 0 3 瓦斯尾巷发生冒顶事故主要存在以下问题。 1 锚杆支护强度偏低。受到应力集中作用影响，顶板在高水平应力的作 用下容易发生离层，岩石发生破碎，破碎岩石产生的碎胀力对下位岩层产生挤压 作用，在锚杆支护强度不足以抵抗其挤压作用力时，顶板将发生整体下沉，待工 作面过后水平应力释放，项板破碎岩石失去了水平应力的夹持作用就不可避免地 出现冒落。 2 锚杆长度不足，锚固范围小。1 0 3 瓦斯尾巷顶板为平均2 m 顶煤，原支 护采用2 m 长锚杆基本锚固在煤体内，对于上层伪顶和基本顶无锚固力，在顶板 破碎情况下，顶煤极易出现整体冒落。 3 两帮变形严重，失去对顶板的支承作用。沿空巷道的巷道两帮煤体的 松动范围和松动程度都比实体煤巷道明显加大，巷帮煤体松动后，对顶板的支撑 作用降低，导致顶板的实际跨度增大，巷道支护体整体性能降低。 因此，对于沿空留巷，单纯采用普通的树脂锚杆支护有很大的局限性，由于 锚杆的锚固端随着煤体的松动具有向外“漂移”的倾向，即使采用树月F 日J t 田4 t - 固剂全 9 万方数据 山东大学硕l J 学位论文 长锚固也存在这个问题，此外搅拌式树月k 日5 馏4 固剂向锚杆孔壁的裂隙渗透的能力是 很低的，从井下现场回收的锚杆可以看到，凝固后的锚固剂呈圆柱状仅仅裹覆在 锚杆杆体周围，并与孑L 壁松散煤粒混合后与煤体隔绝，根本无法与围岩形成整体， 实现支护材料与围岩的相辅相成乜3 。 为了确保该巷道经修复后在1 0 2 工作面回采时能够使用，采用了架棚 单体 支柱联合补强加固支护，从支护效果看 1 补强加固后未发生冒顶现象。钢棚和单体支柱具有足够的强度满足顶 板冒落区域压力，但这种支护效果只是表象，顶板煤岩体已经垮落，没有从根本 上解决顶板失稳的问题，这为1 0 2 工作面回采时二次承压埋下了安全隐患。 2 单体支柱活柱下缩失效、钻底严重。工作面回采后沿空巷道承载应力 明显放大，超过单体支柱承载能力，导致单体支柱失效；且单体支柱的刚性支护 模式无法适应软弱顶底板大变形的要求，其次刚性单体支柱属于点支护，无法全 面抵抗顶底板变形，造成单体支柱钻底埋深高达4 0 0 r a m 。 3 顶板整体下沉，两帮移近量不大，底鼓严重。由于架棚 单体支柱补 强支护方式属于被动支护，在巷道变形初期无法提供有效初阻力，不能从根本上 解决巷道围岩不断剪胀扩容和蠕变破碎的发展趋势，巷道断面收缩量极大，经过 几次反复清底，清底总量达2 m 左右。 由于目前所采用的架棚 单体支柱补强支护效果不理想，需要反复维修、清 底，严重影响工作面回采进度，且天池煤矿生产接续的迫切需要，来不及重新掘 进一条巷道作为1 0 2 工作面的进风顺槽，故急需对1 0 3 瓦斯尾巷采取有效补强加 固支护措施，保留下来作为1 0 2 工作面的进风顺槽。 1 ．2 研究意义 锚注支护技术作为成熟可靠的巷道支护成果，受到国内外学者的广泛关注， 它成形于注浆加固方法，继承和发展了锚杆锚固支护与围岩注浆加固的技术优势， 其应用前景十分广阔，是未来煤矿巷道支护技术发展的主要方向。当前锚注支护 技术主要应用于深井巷道、硐室、交叉点软岩、破碎围岩等地下工程加固，在地 面基坑、边坡等岩土工程的补强加固也有应用，由于工作面顺槽服务时间短，围 岩强度低，在此情况下的应用案例较少，尚缺乏系统研究成果，成功经验不多， 但从锚注支护机理上看，其对沿空留巷支护稳定性的作用模式具有极大的应用潜 3 万方数据 山东大学硕士学位论文 力，也是目前国内外对沿空留巷支护研究的主要技术方向之一。 锚注支护在施工上较其他支护形式更为方便快捷有效，支护成本更具有优势， 后期工作面回采时通过不复修或少返修即可满足综放沿空留巷使用要求，从根本 改变了综放沿空留巷支护困难、维护量大的被动局面，节约了人工和材料成本， 改善了井下工人的工作环境、降低了工人的劳动强度，保障了综放工作面高产高 效安全生产。 本论文以天池煤矿综放沿空巷道锚注补强加固工程为研究背景，从沿空巷道 煤柱变形规律、斜跨梁结构的稳定性及沿空巷道围岩应力分布特征三方面着手， 分析锚注加固在沿空巷道回采阶段的支护技术方法，分别研究锚注支护材料特性、 锚注支护设计方法、锚注支护施工工艺技术要求等要素对沿空巷道稳定性的影响， 并应用锚注支护技术解决现有支护形式在综放沿空巷道支护中无法有效地控制 煤柱的变形、沿空巷道顶板破碎、底臌、巷道断面收缩率高，导致沿空巷道需要 多次反复维修