大变形软岩巷道联合支护技术研究.pdf

总 第2 0 9期 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 52 7 9 8 ． 2 0 1 7 ． 0 1 ． 0 0 4 大 变形软 岩巷道联合 支护技 术研 究 杨 方旭 山东科技大学 矿业与安全工程学院， 山东 青岛2 6 6 5 9 0 摘要 文章通过对龙湖煤矿具体地质特征， 结合其巷道变形规律分析， 提出了锚网、 锚索等联合支护形 式 ， 经过理论和实践证明“ 三锚” 联合支护技术适合于龙湖煤矿生产技术的发展要求， 其所选用的设计施工 参数是安全高效的， 该矿对于深井开采中巷道围岩大变形问题所采用的支护方法和理论可以为条件相近 的老矿区所借鉴使用， 创造了较大的经济社会效益。 关键词 “ 三锚” 联合支护； 巷道稳定性； 围岩变形； 深部开采 中图分类号 T D 3 2 ； T D 3 5 3 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 5 ． 2 7 9 8 2 0 1 7 o l 一 0 0 1 4 0 2 S t u d y o n Co mb i n e d S u p p o r t Te c h n o l o g y o f La r g e De f o r ma t i o n S o f t Ro c k Ro a d wa y YANG Fa n g- x u C o l l e g e o f Mi n i n g a n d S a f e t y E n g i n e e r i n g， S h a n d o n g U n i v e r s i t y of S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， Q i n g d a o 2 6 6 5 9 0， C h i n a Ab s t r a c t B a s e d o n t h e s p e c i fi c g e o l o g i c a l c h a r a c t e r i s t i c s o f L o n g h u c o a l mi n e ，t h e r o a d wa y d e f o r ma t i o n i s p r o p o s e d w i t h a n c h o r n e t a n d a n c h o r c o mb i n e d s u p p o r t f o r m ，t h r o u g h t h e t h e o r y a n d p r a c t i c e p r o v e d t h a t t h e d e v e l o p me n t o f“ t h r e e a n c h o r ’ ’c o mb i n e d s u p p o t e c h n o l o g y s u i t a b l e for t h e p r o d u c t i o n t e c h n o l o g y o f L o n g h u c o a l mi n e d e s i g n a n d c o n s t r u c t i o n r e q u i r e me n t s ，t h e c h o i c e o f p a r a me t e r s i s s a f e a n d e ffi c i e n t ， t h e mi n e u s e d for l a r g e d e f o r ma t i o n o f r o a d wa y s u r r o u n d i n g r o c k i n d e e p mi n i n g p r o b l e ms s u p p o rti n g me t h o d a n d t h e o r y f o r s i mi l a r c o n d i t i o n s i n o l d mi n i n g a r e a b y u s e ，a n d c r e a t e d g r e a t e c o n o mi c a n d s o c i a l b e n e fi t s ． Ke y wo r d s t h r e e a n c h o r c o mb i n e d s u p p o rt；r o a d w a y s t a b i l i t y ；d e f o r ma t i o n o f s u r r o u n d i n g r o c k；d e e p mi n i n g 龙湖煤矿是一个年产 1 5 0万 t 的大型矿井 ， 1 9 9 0 年建井投产 ， 矿井采用立井多水平开拓 ， 走 向长臂后 退式开采。矿井地质条件较为复杂， 构造多 ， 回采走 向短。随着采深 的不断增加 ， 龙湖煤矿频繁 出现高 应力现象 ， 围岩变形严重 ， 巷道出现底鼓 ， 顶板 、 两帮 移近量显著增加 ， 巷道 围岩不易维护 ， 经常因巷道变 形过大而导致支护失效 ， 不得不经常返修巷道 ， 年均 失修巷道在 8 0 0 n l 左右。在修复巷道的过程 中， 该 矿秉持安全上可靠 ， 经济上合理的原则 ， 使用锚网索 联合支护技术来控制巷道 围岩变形 ， 其 技术经济效 果显著 ， 并为此归纳总结 了一些切实可行的支护手 段 6 ． 1 k m， 面积 3 2 ． 3 7 k m ， 距 市中心大约 6 0 k m。矿 井含煤 地 层 中可 采煤 层 4 1层 ， 可 采 煤 层 总 厚 度 4 0 ． 9 4 i n ， 除 5 7号煤层局部为稳定可采中厚煤层外 ， 其余均为薄煤层。 ．厂 0 ． 3～ 0 ． 5 ， 工作面内4条落差 1 ． 3 5 ． 4 m的正断层对 回采有较大影 响， 工作面直 接顶为 0 ． 8 1T I 易 冒落的泥岩， 基本顶为 1 2 ． 3 m厚的 粉砂岩 ， 抗压强度 6 ． 9～ 3 3 ． 6 MP a 。煤质优 良， 以焦 煤 、 肥煤为主， 有少量贫煤 、 瘦煤及烟煤 。矿井地质 储量为 2 1 6 7 6万 t ， 工业储量 1 7 9 2 3万 t ， 可采储量 1 1 0 5 8万 t ， 矿井设计服务年限为 5 4 a ， 水文地质条 件简单， 主要接受大气降水补给， 煤层具有 自 燃发火 倾 向， 最短发火期为 6个月 ， 矿井为高瓦斯矿井 。 l 矿井概况 2 支护方案选择 七台河市精煤集 团龙 湖煤矿 ， 地处于黑龙江省 七台河市境 内。矿井南 北长约 5 ． 8 k m， 东西宽 约 l 4 龙湖煤矿采用单一锚杆支护巷道 围岩 ， 效果不 理想 ， 巷道需反复进行翻修且仍难 以保持稳定 ， 造成 收稿 日期 2 0 1 6 - 0 9 - 2 2 作者简介 杨方旭 1 9 9 3一 ， 男， 黑龙江七台河人， 在读硕士研究生 ， 研究方向为采矿工程。 杨方旭 大变形软岩巷道联合支护技术研究 第2 6卷第1期 了资源的浪费， 工作面单产效率低 ， 吨煤开采成本增 加 ， 严重影响了工作面的正常、 安全生产 。应用锚 网 索联合支护技术能有效解决巷道 围岩变形 的主要 因 素有 1 高强度锚杆能有效地对顶板岩体起到预紧 和悬 吊作用 ， 增加围岩本身的抗拉 、 抗剪强度 ， 将其 与上覆岩层顶板有效结合为一个整体 ， 使其共同作 用来支护巷道 ， 维持巷道的长期稳定 ， 锚杆在其 当中 起到 了至关重要的作用。 2 预应力锚索锚固力大， 作用范围长， 可以将 力施工到较深部位 的岩层 中。其与锚杆共同成为支 护的整体 ， 改善了采动后围岩 的应力分布 ， 对顶板的 支护效果显著 。 3 在巷道顶部上方挂 网可以有效地增强高强 度锚杆与高预应力锚索之 间的相互联 系， 使 其共 同 成为一个支护 的整体 ； 同时在顶板 的暴露部分提 供 相应的“ 托护力 ” ， 在 围岩 比较破碎 ， 巷道顶板来 压 产生变形时 ， 挂网的支护效果尤为明显。在巷道 的 两帮挂 网支护 ， 可以有效地预紧两帮周 围岩石 ， 强化 自身抗破环强度 ， 防止片帮。 3 巷道支护方式及参数 该矿在施工掘进煤层巷道 时， 采用 “ 三锚” 联合 支护方式 ， 支护参数如表 1所示 。 表 1 正常条件下主要支护参数 当围岩地质条件发生改变 ， 如节理裂隙增大 、 煤 层破碎松动时需制 定缩小锚杆 问排距 ， 加强锚索锚 固力 ， 架棚支护等相应 的安全技术措施 ， 以保证煤矿 开挖的安全性 。支护参数如表 2所示 。 表 2非正常条件下支护 参数 3 ． 1 高强度锚杆支护 1 锚杆长度的确定 。围岩变形量与锚杆长度 的关系如 图 1所示 7 0 0 i 6 0 0 5 0 0 4【 l I 】 3 0 0 l 4 1 ． 6 l 2 2 Z 24 锚杆长度／ m 图 1 围岩变形量 与锚 杆长度的关系 从 图 1中可以看 出， 适当地 增加锚杆 的长度能 有效地控制巷道围岩变形 ， 但锚杆过长不仅增加施 工难度和支护成本 ， 且支护效果不明显， 造成资源的 严重浪费。故确定顶锚杆长为 2 ． 2 m、 帮锚杆长为 1 ． 8 m时 ， 围岩变形量最小 ， 巷道支护效果最好。 2 锚杆间距 的确定锚杆间距与围岩变形量 的 关系如图 2所示 7 0 0 6 0 0 5 0 0 4 0 0 30 0 O 6 O 7 O 8 09 1 锚杆间距／ m 2 围岩变形量与锚杆f 司距 的关系 从图 2中可以看出 ， 当采用同等强度锚杆时 ， 锚 杆的间距不同 ， 巷道围岩变形量亦不 同， 当锚杆 间距 小于 0 ． 8 m时， 围岩变形量较小 ； 当间距大于 1 ． 0 m 时 ， 变形量增幅较大 ， 不利于巷道 围岩的支护。故确 定锚杆的间距为 0 ． 8 m， 排距 1 ． 0 m。 3 ． 2 高预应力锚索支护 锚索锚固深度计算公式为 H K p一1 C O S O ／ h 式中 日为锚索深度 ， m； K p为岩石碎涨 系数 ， 取 1 ． 4～1 ． 8 ； 为煤层倾度 ， 。 ； h为锚固长度， m。 根据 岩 性 实 际情 况 分 析， 锚 索 锚 固 深 度 取 1 ． 2 m； 巷道上覆岩层顶板较破碎时， 全长锚固。 采用工程类 比的方法进行设计锚网索联合支护 设计参数见表 3 ， 断面施工图见 图3 。 表 3 锚杆锚索与断面积参数 断面积／ m 净 掘 锚杆参数／ mm 锚索参数／ m m 直径 长度 间排距 直径 长度 间排距 l 3 ． 2 2 2 2 2 00 8 0 0 x9 0 0 l 7． 8 6 5 0 0 1 0 5 01 0 0 0 3 ． 3二次支护效果 深井开采中， 巷道围岩受高地应力影响 ， 巷道变 形严重 ， 采用以往 的单一锚杆支护效果不理想。龙 湖煤矿在巷道掘进施工过程中， 利用二次支护原理 ， 在一次成巷 的基础上 ， 下转第2 2页 1 5 2 0 1 7年 1月 李麒鹏等 永红煤矿3 5 0 7上分层工作面瓦斯抽采达标评判 第2 6卷第1 期 上接第 1 5页 对 围岩还没开始变形 时就进行锚 网 索第一次支护 ， 采用喷射快凝 昆凝土浆进行二次支 护， 利用围岩与支护共同作用原理来支护巷道， 围岩 变形微弱 ， 支护效果显著 ， 为龙湖煤矿的安全高效生 产奠定 了基础 ， 指明了前进的方向。 图 3 锚 网索断 面间隔布置 m m 4 巷道施工技术要求 1 巷道掘进施工后， 正常架设锚杆且用锚索 进行加强支护 ， 最大临时控顶距不得超过 1 ． 0 m， 严 禁大范围程度上的空顶 ， 确保巷道的质量 。 2 铺网要平整 ， 且其与帮网之 间的搭接段长 度需大于 1 0 0 m m且用 1 2号铁丝线绑紧。 3 注意在巷道掘进一段距离后 ， 可以使用顶 板离层观测仪来及时观察巷道上方顶板的活动变化 情况 ， 以便于做上标记 ， 防止岩体的突变。 5 结语 1 该矿的实践证 明 锚 网索联合支护技术适 用于解决深井开采软岩巷道支护 中的一些难题 ，其 2 2 搭配二次支护技术处理顶板问题是今后煤炭行业 围 岩支护 的发展发 向。 2 在地质复杂的高构造应力区采用锚 网索联 合支护技术 ， 可 以最大限度地保持 围岩稳定性 、 完整 性 ， 限制了围岩的变形以及相关裂 隙的发展 ， 增强 了 巷道 围岩的自身强度和稳定性 ， 确保 了巷道 的安全， 最大程度上减少 了人身事故的发生 ， 为煤矿的安全 高效开采提供了保障， 取得了较高的经济利益和社 会效益 。 3 龙湖煤矿采用二次支护理论 ， 在单一锚 网 索支护的基础上进行 围岩变形的相关实测研 究 ， 在 施工的工程 中， 二次支护不仅可 以减少巷道 翻修所 带来的高昂支护费用 ， 且能有效地提高 围岩 自身的 承载稳定性， 支护效益显著， 值得条件相似的矿井借 鉴 。 参考文献 [ 1 ] 马志国， 杨春雷． 锚杆锚网联合支护在工作面巷中的应 用[ J ] ． 煤炭技术， 2 0 0 9 5 7 4 7 5 ． [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] 王永革 ， 白 杨． 高强度锚杆和锚索联合支护技术的应 用[ J ] ． 煤炭工程 ， 2 0 0 5 6 5 7 5 9 ． 周旭明， 杨志， 杨军武， 等． 锚杆支护在中厚煤层工作 面巷中的应用[ J ] ． 黑龙江科技信息， 2 0 0 4 6 7 4 75． 窦学锋 ， 袁和生． 深井煤矿软岩巷道锚杆支护技术 [ M] ． 北京 煤炭工业出版社， l 9 马凯， 常聚才， 谢广祥． 巷道围岩力学特征及其稳定 性控制[ J ] ． 煤炭学报 ， 2 0 1 0 ， 3 5 7 8 8 1 8 8 6 ． [ 责任编辑 王伟瑾]