b070111 高应力顶板煤巷耦合支护技术

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1、高应力顶板煤巷耦合支护技术杨恒吕继成【河南鹤壁煤电股份有限公司，河南鹤壁，458000】摘要分析向斜轴部高应力顶板煤巷存在变形量大、支护困难的原因，进行支护方案比较，选择了适合的锚杆、锚索、槽钢耦合支护技术。此项支护技术有效控制了高应力巷道围岩的变形，确保了巷道安全使用，达到了可预期的目标。关键词高应力顶板煤巷锚杆、锚索、槽钢耦合支护技术鹤壁三矿位于鹤壁煤田中部，井田地质构造较复杂。地层总走向NNE，倾向SE，倾角8～48°，一般为21°，为一具有波状起伏的单斜构造。在单斜轴部，原岩应力比较大，围岩应力集中，在此位置掘进巷道，巷道变形量较大，支护困难。目

2、前鹤壁矿区仍大量采用U型钢支架。实践表明，U型钢支架并不能完全适应鹤壁矿区围岩的地质条件。因此，必须研究出一套针对性强、经济合理、操作简便、效果良好的巷道支护技术，确保鹤壁矿区同类巷道的安全使用。三矿三水平车道布置在矿井中央的三水平三条下山的保护煤柱中，处于向斜轴部，沿煤层顶板布置。1三水平车道原支护设计三矿三水平车道设计布置在矿井中央三水平三条下山的保护煤柱中，处于向斜轴部。巷道三水平三条下山布置在距煤层底板8～12m的岩石中，服务时间已达10年之久，受采动及向斜轴部高应力的影响巷道局部变形严重，维护比较困难。巷道沿煤层顶板掘进，直接顶板为深灰色砂质泥

3、岩，厚4.85m，老顶为细粒砂岩，厚3.04m，直接底为黑色砂质泥岩，厚11.07m，综合地质柱状图见图1。图1综合柱状图巷道断面设计为梯形，净宽4.0m，下帮净高2.6m，上帮高度不限。原设计顶板锚杆采用直径20mm、长2000mm的高强度螺纹钢树杆，每隔一排锚杆布置两根锚索加强支护，锚索直径15.24mm、长8m。两帮采用直径18mm、长2000m的圆钢锚杆，并铺设梯子梁。顶、帮锚杆间排距均为700×700（mm）。顶、帮均铺设8#镀锌铅丝菱形网。支护断面如图2所示。he"governingforthepeople","Nomattertheinte

4、restsofthemasses"conceptunderstandingisnotinplace.Thespecificworktreatswiththedeployment,afewleadingcadrescomplainthatworkistoocomplicated,toomuchresponsibility,thepressureistoolarge,toomuchemphasisonthedifficultyofthework.Forexample,noncoalmine图2原设计支护断面示意图2变形原因分析由于巷道处于动压影响之下，施工中

5、就多处发生变形破坏，特别是两帮移近量比较大，最大达500mm，严重影响巷道的正常安全使用。经分析，其原因有三。其一，巷道布置在三条下山的保护煤柱中，沿煤层顶板掘进，处于向斜轴部，原岩应力比较大，围岩应力集中。其二，掘进过程中受到两侧放顶煤工作面的采动影响；其三，受到三条下山重复整修迭加应力的影响，改变了原岩应力场中的静压状态，巷道围岩原有的稳定平衡被打破，应力再次或多次重新分布，由此造成围岩压力增大、发生显著变形。3加固方案比较针对三水平车道出现严重变形的情况，根据工程地点的地质条件，结合有关失修巷道支护方面的技术资料，提出了三种加固方案。方案一为砌碹支

6、护，方案二为补设锚索、喷射混凝土支护，方案三为锚杆、锚索、槽钢耦合支护。方案一是利用料石的强度及整体性抵抗围岩的压力。其优点是在静压状态比较适用，巷道美观。但缺点是塑性变形量范围小，不能适应动压状态。砌碹支护工作量比较大，三水平车道即将投入运行，时间上不允许；三水平车道处于动压状态，砌碹支护很难适应。所以此方案不可取。方案二是对围岩施加预应力，主动支护围岩，充分调动巷道深部围岩的强度。其优点是工艺简单、容易操作，能够给围岩一定的预应力。但其缺点不能适应高应力带来的塑性大变形。三水平车道正是处于这种状态，所以此方案也不可取。方案三是通过锚杆—围岩、锚索—围

7、岩以及槽钢-围岩支护的耦合而使其变形协调，从而限制围岩产生有害的变形破坏，实现支护一体化、载荷均匀化，达到巷道稳定的目的。其优点是能够消除单一锚喷支护或钢棚支护在控制围岩上存在的弊端。其缺点是支护成本高、工序复杂。这种耦合支护能够弥补锚杆支护能力不足的缺陷，防止锚杆间的破坏煤体发生塑性大变形，避免因过度变形而破坏围岩本身的承载能力，从而提高支护的整体性。相比之下，决定采用此方案加固围岩。4方案实施4.1耦合支护原理锚杆、锚索、槽钢耦合支护材料主要包括锚杆、锚索和槽钢，它们在整个体系中所起的作用是不同的。锚杆通过与围岩共同作用，与原支护锚杆起着主要的承载作

8、用，防止围岩进一步松动破坏，并有一定的伸缩性，可随巷道围岩同时变形，而不失去支护