孤岛煤柱下大断面石门交岔点加固技术研究

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1、孤岛煤柱下大断面石门交岔点加固技术研究霍州煤电集团有限责任公司辛置煤矿中煤科工集团重庆研究院有限公司摘要：为解决孤岛煤柱下大断面交岔点的支护技术难题，针对某矿南大巷轨道石门交岔点的釆矿地质条件和变形破坏特征，分析了孤岛煤柱下大断面交岔点失稳破坏的原因，提出了全断面锚注加固、渐变大断面过渡区棚索耦合支护、牛鼻子分岔段双控锚杆索协同支护、底板高强锚网索支护相结合的复合支护方式。实践结果表明，此类复合支护方式可以有效控制孤岛煤柱下大断面交岔点的围岩变形。关键词：孤岛煤柱;大断面;交岔点;加固技术;作者简介：樊新亭（1985-）,男，工程师，

2、现任霍州煤电集团辛置矿通风区区长，长期从事安全管理方面的工作。收稿日期：2017-10-18Received：2017-10-180引言大断面交岔点，因其跨度和断面较大，受交岔点邻近巷道围岩应力相互叠加影响，围岩应力复杂，与一般的巷道相比，支护难度大，易出现冒顶事故。国内外许多学者对大断面交岔点支护问题开展了大量的研究，研究的成果为大断面交岔点的支护问题提供了理论基础11辺。木文对某矿孤岛煤柱下处于强烈动压影响下的大断面交岔点的变形破坏原因进行了分析，并针对其失稳破坏的原因提出了相关的支护对策，从而解决处于特殊地质采矿条件下大断面交岔

3、点的支护技术难题，为类似巷道支护问题提供参考依据。1工程概况某矿-500ni水平南大巷轨道石门交岔点是矿井某采区的运输枢纽，巷道围岩岩性以细砂岩、粉砂岩为主，泥岩、煤次之。巷道现有支护方式为36U型钢棚喷浆支护，棚距550mmo随着巷道上方煤层的开采，在交岔点上方形成了不规则孤岛煤柱，在上层煤开采及留设孤岛煤柱综合作用下，石门交岔点变形破坏严重，表现为巷道整体内移，支护体严重破坏，且在牛鼻子部位出现了明显的竖向裂纹和剪切裂纹。2大断面交岔点变形破坏原因分析(1)巷道围岩强度低。-500m水平轨道石门交岔点附近两分叉巷道围岩岩性以泥岩和

4、煤为主，岩体强度较低，稳定性差;巷道部分区域存在穿层，而且巷道长期处于煤柱下方、围岩破碎、松动范围大，在经过多次卧底后，围岩本身的节理裂隙率增加，受内部结构面的影响，围岩整体强度相对较低，在高应力作用下极易产生强烈塑性变形。(2)支护承载结构稳定性差。-500m水平石门交岔点采用36U型钢棚喷浆支护,原有支护并没有针对两帮和拱部采取加强措施，使得巷道两帮首先成为结构失稳的突破口，并随着两帮的失稳、破坏，造成顶部拱结构的承载能力难以充分发挥。另外，经过多次卧底，交岔点底板约Im范围内岩体整体性较差，导致支架穿底或内移，支架两帮的抗侧压能

5、力较差，很容易导致支架结构体系整体失稳。(3)中间岩柱(牛鼻子)易失稳破坏。牛鼻子段由于巷道两帮高支承压力区叠加效应的影响，往往成为区域应力交汇最集屮的部位，应力集屮系数提高40%~50%。此外，交岔点中间承载支柱要经受成巷过程中多次爆破作用，使得交岔点围岩破裂区深度增大好儿倍。牛鼻子岩柱作为维持交岔点顶板稳定的自然承载支护体，若维护良好，可以在很大程度上降低高应力积聚所带来的负面影响。若牛鼻子失稳破坏，交岔点处2条分支巷道将连成-片，进而形成更大断面，对于大断面巷道相同载荷下顶板所受弯矩更大，易产生抗拉破坏、顶板围岩冒落下沉。(4)

6、上部孤岛煤柱支承压力传播影响。由于-500m水平石门交岔点上方工作面的不规则布置及回采，在巷道附近形成一不规则孤岛煤柱。两侧采空区进入孤岛煤柱应力环境吋，两侧工作面冋采分别形成的超前支承压力和侧向支承压力叠加，在采场空间煤柱上形成应力集屮，且该集屮应力将向底板传递。由于-500m水平石门交岔点断面大，部分区域存在穿层，巷道与煤层之间的垂直距离较小，开采引起上覆岩体内应力的变化将影响到巷道围岩的应力分布，工作面顶板的周期断裂引起的冲击力也进一步加大了巷道围岩的破坏。所以，孤岛煤柱产生的高应力环境是造成其强烈变形的重要原因3控制对策及支护

7、方案3.1控制对策大断面石门交岔点结构如图1所示。6養图1大断面石门交岔点结构下载原图I•渐变大断面过渡区；II.牛鼻子分岔段针对-500m水平石门交岔点变形破坏特点及其原因分析，对交岔点渐变大断面过渡区、牛鼻子分岔段分别进行支护。具体支护对策如下：（1）注浆加固。由于-500m水平石门交岔点受上方孤岛煤柱影响，围岩体松散破碎，注浆加固可胶结裂隙围岩，密实架后空间，使U型钢支护均匀承载，同时提高锚杆索锚固性能。（2）棚索耦合支护。由于交岔点过渡区断面逐步扩大，随着巷道断面的增加，巷道顶底板和两帮的应力集中程度、变形量显著加大，U型钢支

8、架局部偏载,易产生结构性失稳，采用结构补偿锚索可对交岔点渐变大断面过渡区两帮与顶底板薄弱部位进行补强加固。（3）双控锚杆索协同支护。牛鼻子作为交岔点三角带的自然承载支柱，对交岔点起主要承载支撑作用，采用对穿锚杆索可对中间