深部松软煤层巷道支护技术研究

2022-04-03 08:37:46| 浏览次数：

摘要：在煤矿开挖工程中，对于煤矿深部松软煤层巷道支护施工时，掘进过程会伴有大量的顶帮劈冒、相对位移量大，造成严重的围岩破坏。因此，必须针对煤层巷道采取加强支护措施。文章就深部松软煤层巷道支护技术进行研究，结合工程实际特点，制定合理的巷道支护方案，有效控制围岩变形，提高施工质量。

关键词：深部松软煤层；巷道支护技术；煤矿开挖；围岩变形；巷道稳定性文献标识码：A

中图分类号：TD353 文章编号：1009-2374（2015）01-0157-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0079

通常在煤矿挖掘过程中，如果遇到深部松软的煤层巷道施工，在围岩承载结构中，两帮与底板松软、破碎都是主要的薄弱因素。在进行巷道开挖施工时，两帮很可能发生破坏，失去稳定性，也造成巷道顶底板稳定性受到威胁。因此，有效地控制松软煤层中的巷道稳定性，就必须采取合理的措施对煤帮进行加固，目的是为防止围岩产生过大变形量，保证巷道维持其稳定性。

1 深部松软煤层巷道支护技术的研究意义

深部松软煤层巷道的特点主要为：布置巷道工作困难，巷道的围岩强度低，一般的巷道都是呈拱形或者梯形断面的结构，且大部分都是回采巷道，采矿影响很大，矿压显现剧烈。在实际的施工过程中，往往会因为遇到一些断层、火成岩等地质构造原因，影响巷道围岩的性质，比如造成煤体碎裂、支护困难等。在一般的回采巷道中，支护施工基本都是采用U型钢等棚架支护方式，这种方式不仅成本较高，支护效果不好，而且使用过程中还要经常性地进行翻修，大大降低了生产效率。

一般而言，传统的巷道支护设计存在围岩荷载不明确、支护参数选取不规范、缺乏针对性等问题。同时，由于支护方式过于单一，且多数是被动支护，施工过程缺乏对围岩和支护结构动态的实时监控，造成无法及时反馈的情况；另外，施工时，缺乏准确、及时的险情预报工作等都是造成煤矿生产种种问题的因素。对于煤矿深部松软煤层条件的巷道支护技术控制更是当前多数煤矿企业主要关注的问题。

2 煤层巷道围岩的主要破坏类型和影响因素

2.1 煤层巷道围岩的主要破坏类型

煤层巷道围岩破坏类型一般分为剪切与复合破坏、拉伸破坏、重剪破坏以及潮解膨胀破坏四种。其中剪切破坏一般发生在巷道两帮中，如果支护结构强度不足以承受剪切应力的时候，巷道的两帮围岩就会产生剪切破坏。而另一种常见的拉伸破坏则还可以分为拉裂破坏与折断破坏，一般发生在矩形的巷道顶板中，因拉应力与上部围岩应力作用导致巷道顶板径向受拉而产生的冒顶现象。另外，因为岩层的节理裂隙结构弱面的强度不够，受到的剪切力大于抗剪强度，就会导致围岩沿结构弱面产生剪切破坏，这种现象就称之为重剪破坏。而潮解膨胀破坏则是由于煤层巷道的顶底板岩层中，因为常常有泥岩、页岩等岩层，且这些岩层中含有大量的膨胀性矿物，一旦在潮湿的井下环境中，就会发生风化潮解，遇水后严重影响围岩的强度。

2.2 煤层巷道失稳变形的主要影响因素

在实际的煤矿开挖过程中，围岩自身强度与完整性、工程的地质条件、巷道开挖与支护方式以及巷道位置等都是造成煤层巷道失稳的主要因素。另外，巷道的断面结构与尺寸、相邻工程的影响、护巷煤柱的尺寸以及采动影响等因素也会对巷道造成一定的变形。根据林西矿的岩性分析来看，煤矿深处的松软煤层中，揭露出来的煤岩体比较松软，裂隙逐渐发育，一旦遇到水就会形成少量的膨胀变形。由于两帮煤体呈现较为松软、破碎的性质，在巷道开挖后的短时间内会出现大量的片帮，这样不仅会加剧顶板下沉，更会造成不同程度的底鼓。此外，巷道穿越构造破碎带的围岩也比较破碎，会产生高强度的碎胀压力导致碎胀变形。

3 深部松软煤层巷道支护技术设计研究

3.1 巷道支护锚杆施工工艺

锚杆施工技术是巷道支护施工的重要技术，锚杆技术施工时需要注意以下六点：（1）要保证锚杆眼的准确，允许眼位误差在50mm范围内，锚杆眼深度应与锚杆长度相匹配，并且要严格按照规程要求来操作。在锚杆眼确定定位后，应及时清理眼孔，把眼内的煤（岩）粉等渣滓清理干净；（2）在锚杆的钻孔底部采用CK2333树脂锚固剂经充分搅拌后锚固，采用锚杆拉力计来测定锚杆的锚固力，设计出科学合理的预紧力与施工安装扭矩；（3）合理设计顶帮锚索的预紧力和锚固力，严禁随意截短药卷或者钢绞线；（4）锚杆的托盘必须保证已经压紧金属网，再用锚杆机带动专用连接套来紧固，以免松动造成离层；（5）在进行打锚杆的环节中，必须保证要在有临时安全支护条件的环境下进行，并且还应安排专人对顶板进行监护，发现问题及时进行处理；（6）适时采用加密锚索联合支护，该支护方式的优点在于能够通过锚索将挖掘出深部松软煤层的强度，与浅层的支护结构、岩体形成多层有效结合，两者共同作用，达到控制顶底板及两帮相对移近量的目的。此套技术是目前用来解决深度松软煤层巷道支护困难的有效

措施。

3.2 深部顺槽耦合支护设计工艺

耦合支护设计有几个支护参数设计需要特别注意：顶锚杆、帮锚杆、锚索、钢筋网以及复合托盘等参数。锚杆长度应根据巷道表面的位移监测结果来判断，如果巷道表面的位移变化趋势超过了巷道的运行变形范围，就需要加大锚杆的长度来改善支护效果。围岩的变形主要有两种：一种是锚固范围内岩体自身的体积膨胀，另一种则是锚固区的岩体相对于稳定区岩体的相对移近量。另外，为保证巷道的稳定性，锚索应该保证要锚固到稳定的岩层内，如果围岩比较破碎，需要适当加密网孔，使得网与网之间逐扣连接。而根据锚杆的变形量来看，锚杆的收缩量越小，围岩的变形量就会更大，采用复合托盘的方式就可以解决两者的差异变形，达到锚杆和围岩耦合的目标。

3.3 现场支护监测分析

煤矿的巷道开挖会在一定范围内影响围岩的原始应力平衡状态，会导致应力重新分布并出现应力集中的现象，由原来的三相应力变为双向应力状态，导致力学性能降低，围岩强度也随之降低。经过重新分布的围岩应力大于围岩强度时，就会出现一定区域的破坏，围岩出现了塑性变形，并且有可能向深度扩展成为塑性区。而塑性区的范围的围岩强度降低，就会发生破裂和滑移，导致顶板离层、底板鼓起等现象。

采用现场支护监测主要就是联合监测巷道围岩的表面位移与锚杆轴力，在围岩的表面设置测量点，在锚杆上安装测力计，通过分析围岩的收敛变形量与测力计的观测值来确定围岩和支护结构的稳定性。该种监测方法不仅能节约成本、节省时间，更是反映锚杆工作实时状况的重要技术。

4 结语

总之，对于控制煤矿深部松软煤层巷道支护的施工质量还有很多种方式，只要充分运用工程地质学、岩体力学或者软岩工程力学等进行分析，理论知识与工程实际有机结合，给出科学合理的控制机制与综合措施，就能有效提高工程质量，达到一次成巷的目的。

参考文献

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[5] 刘心广.济二煤矿深部巷道支护技术及应用研究

[D].山东科技大学，2010.

作者简介：吴培益（1973—），男，安徽人，唐山开滦林西矿业公司安全管理部采煤工程师，研究方向：井工煤矿安全技术。

（责任编辑：蒋建华）