破碎煤体内的巷道支护与加固技术

《破碎煤体内的巷道支护与加固技术》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、破碎煤体内的巷道支护与加固技术赵军（山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司技术中心，山西晋城048006）摘要：通过对晋城矿区煤体破碎机理的分析，总结了破碎煤体对井下生产造成的不利影响，提出了破碎煤体内巷道支护与加固技术。关键词：破碎煤体巷道支护加固1概述成庄矿和寺河矿分别是晋煤集团的主力生产矿井和基建矿井，开采方式分别为综放开采和一次采全高开采，采准巷道全部沿煤层底板掘进，为全煤巷道。在巷道掘进过程中，由于煤体的强度低，节理、裂隙发育，巷道的稳定性较差，在巷道掘进迎头经常出现冒顶、片帮等现象，给巷道的施工和支护带来了困难。（1）巷道周围的破碎带范围大，顶煤容易冒落，两帮片帮加

2、大，巷道超高、超宽现象多。在煤体严重破碎地段，巷道顶煤和部分直接顶在全巷道宽度上冒落，片帮深度达2m。施工难度大，工人劳动强度高，安全状况差，工作环境恶劣，易造成事故；（2）采用金属棚支护，在滞后迎头20m——30m的巷道内，支架顶梁变形严重，棚腿向巷道内弯曲。在巷道服务期间，支架损坏严重，巷道变形量大，支护和维护费用高。采用普通锚杆支护，不能有效地控制松散煤体，锚杆托盘周围的煤体容易掉落，造成锚杆失效；（3）由于顶煤随掘随冒，掘进速度极低，直接影响了采掘衔接；（4）在冒落空洞内施工木垛勾顶作业极其危险。局部施工的木垛接顶效果差或不接顶，支架顶梁空支，支架处于失稳状态，在迎

3、头冒顶时，易造成支架砸坏或推垮；（5）巷道顶部冒落后形成空洞，积存了大量瓦斯，给通风和瓦斯管理带来很多困难，存在事故隐患；（6）巷道顶部冒落高度大，在工作面回采期间，端头支护和巷道超前维护困难，造成工作面推进速度降低。使用金属支架时，支架很难回收。62煤体破碎机理分析经过现场观察和测试，目前可以确定的煤体破碎机理有以下几方面：（1）局部区域应力增大，水平应力成为最大主应力（见表1），对巷道维护极其不利。当煤体受采掘工作影响，破坏了自身稳定性后，应力重新分布或应力释放，造成巷道周围煤体破坏，增加了煤体内的节理、裂隙发育。表1寺河矿和成庄矿地应力测试结果应力名称大小（MPa）方

4、向寺河矿最大水平主应力16.44北偏西71.2°平均最小水平主应力8.76北偏东19.8°垂直应力7.04成庄矿最大水平主应力12.68——13.06北偏东88.5°——97.6°最小水平主应力6.17——6.39北偏西0.5°——北偏东7.5°垂直应力中间主应力（2）局部区域地质构造发育和影响。例如，成庄矿3307工作面受一背斜构造控制，背斜两翼发育有两个向斜。在向斜或背斜的轴部及附近，煤体内的弱面极其发育，煤体松散、发脆，导致煤体强度降低。（3）成煤过程中，煤体内混入了过多的粘土等杂质，造成煤体的整体性下降，巷道开掘后，煤体的自承载能力降低。无论哪种机理造成的煤体破碎，

5、其表现形式都为煤体呈弱层理结构，节理裂隙发育，甚至成为流沙状。3破碎煤体内的巷道支护和加固技术3.1选择合理的巷道布置方向在进行矿井采区和工作面布置前，首先开展地质力学调查评估和地应力测试，确定地应力的大小和方向，尤其是最大主应力大小和方向，并依据测试结果，选择合理的巷道布置方向，尽量避免巷道掘进方向垂直于最大水平主应力方向。3.2破碎地段煤体的准抗压、抗拉强度煤体受节理、裂隙等弱面的影响，与煤块（试块）的强度相比，强度显著下降，按照式（1）和式（2）计算出煤体的准抗压、抗拉强，能较真实反映煤体的强度大小。RcM’＝KRc（1）RtM’＝KRt（2）式中RcM’、RtM’—

6、—准岩体抗压和抗拉强度；6K——煤体的龟裂系数；Rc、Rt——岩石试件的单向抗压和抗拉强度。成庄矿3#煤的强度见表2。从表2可以看出，在进行支护设计时，以煤体的准抗压、抗拉强作为计算基础，是较合理可靠的。表2成庄矿煤体单向强度与准强度对比表项目抗压强度抗拉强度龟裂系数单向强度（MPa）准强度（MPa）单向强度（钻孔法测试）（MPa）单向强度（MPa）准强度（MPa）数值30.913.7710.05--21.201.260.57≤0.453.3锚杆支护技术破碎煤顶在暴露后，迅速挠曲沉降、离层和破裂。刚性支护属于被动支护，无力控制煤顶破裂过程的发展，煤顶破裂形成的松动围岩压力，

7、以集中载荷的形式作用于支架顶梁上,当巷道跨度较大时，顶梁会遭到严重破坏。而锚杆支护具有强初撑、急增阻和高阻力的工作性能，能够及时在破碎煤体内形成防止破碎区扩展的锚固平衡拱，较大程度地发挥围岩的自承载能力，承受破裂区外破碎岩石的径向载荷，保持围岩固有的工作性能，并及早封闭围岩，控制不稳定岩块，防止岩层过大离层引起岩体松动及大范围的围岩变形，同时避免了巷道围岩变形损伤过程中锚杆锚固力的丧失。理论研究和实践证明，巷道顶板下沉量与锚杆排距之间存在一定的关系（见图1），选择合理的锚杆支护参数，可以有效支护破碎煤体内的巷道。3