煤层巷道联合支护技术探索和应用

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1、煤层巷道联合支护技术探索与应用刘志强(山西兰花科技创业股份有限公司大阳煤矿分公司)摘要：在对煤层巷道支护原理分析的基础上，针对某矿三软煤层巷道支护中遇到的问题，改变了原有的支护方式，提出了锚网与工钢棚联合支护技术，该支护技术的成功应用提高了煤层巷道的围岩强度和稳定性，为回采工作面的安全高效开采提供了保障。关键词：煤层巷道；联合支护技术；探索与应用0前言煤层巷道的稳定性是影响矿井工作面安全开采的重要因素之一。依据巷道围岩的岩性及其物理力学参数，如何选择合理的巷道断面支护形式是确保巷道支护质量、巷道围岩稳定性的首要条件。一般情况下，具有三软特征的煤矿煤层裂隙发育，构造复杂，巷道

2、围岩变形表现出变形速度快、受应力扰动比较敏感且流变效应明显等一系列特征。随着矿井开采深度的逐渐增大，该矿原来采用的棚式支护难以控制三软煤层巷道变形，不能确保巷道围岩的稳定性及巷道成型质量，主要表现为：工钢梯形棚腿容易向巷道内侧倾斜，工钢梯形棚的两肩窝容易破坏。遇到此种情况下，巷道经常采用加强支护，多次返修的措施控制巷道变形，不仅直接增加了巷道施工工程量，间接的影响了工作面的采掘接替，而且耗费了大量的人力、物力、财力，不利于矿井的安全生产。因此，针对该矿三软煤层巷道围岩破坏特征，对煤层巷道支护原理分析的基础上，介绍了联合支护技术的应用情况，为具有类似工程地质条件的矿井开采提供

3、借鉴意义。1煤巷支护理论基础煤层巷道掘进及受工作面采动应力影响过程中，围岩物理力学特性是决定巷道支护形式能否取得良好的效果首要因素。鉴于三软煤层巷道的顶底板强度较低，本身具有大变形力学特性，巷道围岩进入塑性状态不可避免，并且其破坏过程往往是一个循序渐近的受力过程，一个部位受到变形、损伤的影响之后，开始波及其他部位，从而逐渐影响整个支护系统的稳定性。把巷道围岩首先遭到破坏、损伤的部位，称之为关键部位，而该部位产生的主要原因是支护结构体与巷道围岩物理力学特性难以耦合，围岩体自身强度难以抵抗应力集中区域的力学作用，导致了支护效果不良，因此，加强对围岩关键部位的支护管理是维持巷道围

4、岩稳定性的关键[1-2]。在巷道围岩蕴含的部分能量得到充分释放时，也就是使围岩充分发挥其最大塑性承载能力，充分利用了围岩自身承载能力，把巷道围岩看作支护体的一部分，可以取得较好的效果，但前提是选择的支护形式应具有“让压”的功能[3]。2煤巷联合支护技术及应用鉴于三软煤层巷道围岩支护技术的复杂性，单一的支护形式难以满足软岩巷道工程支护的需要，支护形式逐步发展为各种多次支护、联合支护形式。针对该矿煤巷围岩地质条件，拟定采用锚网与工钢棚联合支护形式。2.1巷道围岩工程地质概况该矿井主采3#煤层，煤层巷道埋深为520~550m，巷道沿顶板布置，断面宽为3m，高为2.6m。巷道掘进期

5、间，现场钻孔采样顶底板岩样后，经过实验室内煤岩物理力学特性测定，并结合x衍射仪对样品矿物成分分析结果可知，巷道顶、底板岩性均为灰黑色的泥岩，其主要成分为以高岭石为主的粘土矿物，巷道围岩力学性质测定结果参见表1。表1巷道围岩力学参数测定结果岩层岩性厚度/m单轴抗压强度/MPa4直接顶泥岩2.212.4~28.8直接底泥岩1.610.5~22.6老顶粉砂岩3.545.3~78.1老底粉砂岩2.443.2~74.4煤层3.41.8~2.72.2联合支护理论基础联合支护的力学构思基础是在支护结构体的内部设计刚性层和柔性层，并在两者之间预先设置一定的间隙量，从而支护结构体就能够吸收巷

6、道围岩的变形，其本身具有的柔度和设置的层间隙不仅能够适应软岩地质条件下的巷道围岩大变形，而且其本身所具有的刚度能够起到限制部分围岩有害变形的作用，故联合支护成为了特殊煤层支护时常用的首选支护技术[4-5]。采用锚杆、锚网与棚式支护结合的联合支护技术，实际上是主动支护与被动支护技术的结合，合理运用该技术的关键点在于设置主动支护与被动支护体之间的间隙量，通过对围岩变形量的合理控制，使其释放了部分塑性变形能量，形成了稳定的弹塑性区域，把围岩应力转移到岩体深部，柔性层（锚杆支护体）变形、释放能量和刚性层（工钢棚）接触后，形成了科学有效的支护结构体。2.3联合支护方案设计(1)巷道断

7、面形式的选择根据该矿三软煤层的地质力学特性，巷道断面形式采用梯形，巷道净高为2.2m，棚梁长为2.4m，底部宽度为3m，净断面面积为5.94m2。值得注意的是：按照联合支护技术要求，工钢棚式支护外围有锚杆、锚网支护，需要预留部分间隙以便围岩变形时的压力释放，故巷道掘进时，巷道断面各项尺寸参数增加0.3m。(2)锚杆参数设计锚杆规格及杆体材料选择：采用直径Φ22mm的左旋无无纵筋锚杆螺纹钢，长度2200mm；间排距设置：间排距为700×1000mm，顶锚杆4根，两帮各3根，每排工布置10根；锚固剂规格：采用型号为Z2