郑州矿三软不稳定厚煤层锚网支护技术

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1、郑州矿区“三软”不稳定厚煤层锚网支护技术河南郑州煤炭工业集团有限责任公司因郑州矿区“三软”煤层巷道围岩松动圈范围大，围岩锚固性能差，各矿井的煤层巷道大量采用U型钢棚和工字钢棚进行支护，部分破碎地带的岩巷也用U型钢架棚支护。通过目前的支护状况来看，U型钢棚的支护效果要优于工字钢棚，并且随着埋深的增加，巷道支护难度加大，U型钢棚支护得到广泛采用，U型钢型号也有由最初的25U替换为29U，甚至在部分采准巷道使用36U型钢棚进行支护。但是“三软”不稳定煤层回采巷道即便采用36U型钢支架同样难以抵抗巷道围岩强烈变形,有大量巷道陷入“前掘后修”和“屡修屡坏”的恶性循环。郑

2、州矿区亟需探索出一条适用于“三软”不稳定厚煤层的支护新方法、新技术。一、工程概况郑州矿区主采二叠系山西组二1煤层为单一缓倾斜厚煤层，煤层厚度0～37.8m，厚度变化大，煤层硬度系数f<0.8，单轴抗压强度1.1～2.1MPa。煤层伪顶厚度0～1.5m，多为碳质泥岩；直接顶厚度0～28.3m，为砂质泥岩和砂质页岩；煤层底板为砂质泥岩，平均厚度8m，单轴抗压强度小于4MPa。二1煤层厚度和倾角变化大，并且煤层自身和顶、底板岩体的强度均很低，属于典型的“三软”不稳定煤层。超化矿22031上付巷施工层位为二1煤层及其底板泥岩，施工坡度0～+6°；煤层倾角4～12°，平

3、均倾角9°。煤层厚度6.5～9.5m。平均煤厚7.9m，埋深280m。—7—二、U型钢支护巷道失稳破坏原因1．第一类：因煤层赋存极不稳定，部分地段丢有底煤，当巷道底煤厚度较大时，巷道围岩变形压力作用与支架顶梁后，U型钢支架柱腿开始逐渐钻入底板，底板煤体对棚腿内移约束力增大，限制棚腿内移，随着支架不断让压，造成巷道顶板离层范围扩大，同时导致松软煤体产生较大塑形变形，此时一旦支架脚板接触底板岩石后，支架钻底量明显减小，作用于支架顶梁上的载荷急剧增大，造成顶梁开始严重下滑，并最终造成卡缆崩断，支架承载能力急剧丧失。2．第二类：现有支架柱窝深度普遍在200～400mm

4、之间，当巷道沿煤层底板掘进时，巷道底板岩石强度较高，支架不易钻底或钻底量较小。这种条件下对常用的直腿半圆拱形支架而言，底板岩体约束支架柱腿内移能力较差，在高应力作用下支架两帮首先失稳、破坏并不断内移，支架顶梁在顶板压力作用下也向下滑动，当下滑量达到一定程度时导致支架顶梁折断或支架卡缆崩断造成搭接处“张嘴”，从而导致支架承载能力急剧丧失。3．被动支护难以发挥围岩的自承载能力：U型钢架设后被动等待顶板煤岩体破裂、离层，二1煤层强度较低，高应力作用下挤压易出现挤压流变，由于被动支护难以发挥围岩的自承载能力，即便是采用具备高阻可缩特性的重型U型钢支架，也无法适应和控制

5、巷道围岩变形。三、“三软”不稳定煤层锚网支护作用机理1．锚杆的作用机理：—7—作为一种典型的主动支护方式，锚杆在实际支护过程中具有支护和加固两种作用，并通过径向锚固力和切向锚固力共同控制锚固范围内煤（岩）体，将锚杆支护的悬吊理论与组合梁、加固拱理论进行有机结合，使锚杆与围岩联合形成共同承载结构。2．锚索的作用机理：锚索主要有端锚预应力锚索，全长锚固预应力锚索，以及全长锚固非预应力锚索等。目前，郑州矿区“三软”煤层主要采用端锚预应力锚索，这种锚索的作用主要是悬吊作用。就是锚索的锚固端深入到顶部稳定的煤（岩）层中将下部破碎的煤（岩）层悬吊起来。另外，由于锚索可以施

6、加比锚杆更大的预紧力，可挤压将上部稳定煤（岩）层与不稳定煤（岩）层之间的裂隙，压密岩层中的层理、节理等不连续面，增加层与层之间的摩擦力，从而提高整个围岩的强度。四、支护方案煤巷断面一般应采用矩形，特殊情况可采用拱形断面。现以超化矿22031上付巷为例：根据通风、运输、安全需要，选择矩形断面，宽4.8m，净高3.0m，断面15㎡。支护参数如图4-1：图1.巷道支护断面图—7—支护方式：锚杆+钢筋梯子梁（周向布置）+双层网（黑色硬质塑料网+钢筋网）+锚索1）顶板支护：锚杆+钢筋梯子梁（沿周向布置）+双层网（黑色硬质塑料网+钢筋网）+锚索2）两帮支护：锚杆+钢筋梯子

7、梁（沿周向布置）+双层网（黑色硬质塑料网+钢筋网）锚杆：φ20×2400mmKMG355左旋无纵筋高强锚杆。间排距：顶板锚杆750×800mm，帮锚杆850×800mm。锚固剂：顶板每根锚杆使用Z2350和K2350型树脂锚固剂各1卷；帮锚杆使用1支K2370型树脂锚固剂。钢筋梯子梁：锚杆安装时沿周向布置钢筋梯子梁，钢筋梯子梁使用直径14mm的钢筋焊接制成，顶部钢筋梯子梁规格为4800×80mm，两帮钢筋梯子梁规格为2800×80mm。锚索：Ф18.9×8250mm钢绞线锚索（在顶煤厚度＜5m时使用7250mm长锚索）。间排距：巷道锚杆网支护后在巷道顶板上按照

8、“3、2、3”方式循环布置锚索，排距为