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1、超大工作面软岩复杂巷道的支护技术刘 ? 波 龙口煤电有限公司梁家煤矿, 山东 龙口 265700摘? 要? 介绍了软岩地质条件下,超大工作面两巷的支护经验。重点阐述了在构造 复杂区域中, 采用锚、网、喷+ 锚梁+ 锚索+ 架棚联合支护等技术的应用情况, 以及小煤柱注浆加固控制煤壁和软岩抑制底臌技术。关键词? 软岩? 超大工作面? 两巷 ? 联合支护? 注浆加固前? 言近年来,随着龙口矿业集团公司的发展,梁家煤矿加快了矿井新采区的开拓和延深,工作面的布置向 ? 深 ( 埋藏深) 、远( 位置远) 、边 ( 井田边) 、大 ( 地压大)? 的方向发展, 回采工作面两巷支护难度加大,支护成本高居不下
2、,前掘后修、边采边修的问题成了掘进以及回采期间影响生产的关键性问题。为了实现一次支护即可满足巷道支护需求,减少巷道返修投入,达到巷道成本最小化,我们借鉴兄弟矿井及我矿回采巷道支护经验, 以软岩支护理论为基础, 分析设计和施工中存在的问题,找出巷道变形原因,提出针对性支护方案并在实践中研究应用,有效地控制围岩变形,增强支护效果,降低支护投入,提高了矿井经济效益。1? 地质概况龙口矿区梁家井田成煤于新生代第三系,含煤地层岩性多为泥岩、粘土岩、含油泥岩、炭质页岩和胶结松散的砂岩。岩层单轴抗压强度 5 ?3 44 ?3MPa,大部分小于20MPa。内摩擦角 26 ?3 32?。节理裂隙发育,松散破碎。
3、大部分岩层中含有蒙脱石( 最高 68 ?4%) 、高岭土膨胀性矿物,易吸水崩解,膨胀性强 ( 最高 245%) 。围岩自稳时间短, 具有显著的流变特性。主要可采煤层为煤 2、煤 4 层位。煤 4 层煤总厚度在 10 ?7 11?8m 之间,平均 11m,煤层结构复杂,含夹矸 20 层左右,夹矸总厚在 3 ?5m 左右,纯煤厚度在7 ?5m 左右。按夹矸的稳定性, 煤层的厚薄和夹矸的厚度, 煤 4 自上而下可划分为 8 个分层, 其中,夹矸在全层上下两端多、中间少;煤层直接顶为泥岩,厚度一般在 1 ?8m左右,其 上 为 泥 岩 砂 岩 互 层,厚 度 为61 ?3m, 强度低易冒落;直接底为泥
4、岩, 厚度在 0?56m 左右,强度低,具有遇水膨胀、泥化的特点。为提高经济效益, 加快巷道掘进速度,煤 4 层巷道一般选则在煤 4- 6 底板上 500mm 为巷道底板。本文论述的 4105 工作面位于煤 4 一采区西翼下部,北距 4103 面采空区 35 75m( 间隔 F1- 13、F1- 7、F1- 1 断层) ,南为4109、4111 采空区,西至龙口镇保护煤柱,东为煤 4 一采区轨道上山、皮带上山。工作面长 260m,倾角为 6 8o,可采走向长度1600m。该区域地质构造复杂, 工作面北部发育一组南倾断层,其中 F1- 2 断层落差5m、倾角 60 ?,F6- 1 断层落差 15
5、m、倾角60?, F1- 7 断层落差 12m、倾角 60?, F1-16? ? ? ? ? ? ? ? 煤矿支护 ? ? ? ? ? 2008 年第 2 期13 断层落差 14m、倾角 60?。F1- 7 南倾断层为煤2 中揭露断层, 落差12m,按断层倾角 60?推到煤 4 中落差 12m。F6- 1、F1-13 两断层局部实际揭露验证,断层位置、走向总体为根据煤 2 中揭露断层推到煤 4中。工作面西南部工作面内有 F1- 3 南倾断层, 落差 6m,倾角 55?,F1- 3 南倾断层为 4109 上顺打钻探明断层, 该断层位于工作面中部, 钻探处落差 6m,预计切眼处落差 4 5m。f1
6、 断层南倾,落差 3m, 为钻探探测断层;f2 断层北倾,落差 4m, 为钻探探测断层。2? 影响支护因素分析及支护设计2 ?1? 影响支护因素分析4105 上顺联络巷共 235m,自西集轨联络巷开口在煤 4 顶板中施工 11m 岩巷,进入煤 4 层,施工 38m 煤巷,在煤 4 层中穿层施工 28m,然后施工平巷 28m 进入正常回采层位; 自此开口向东穿层施工 35m, 进入煤 4 顶板施工 95m 岩巷;4105 上顺向西共施工顺槽 1690m。4105 下顺设计长度1680m,其中西集轨 II 段 450m,沿 4109 采空区小煤柱施工 1050m,4109 切眼以西180m。410
7、5 工作面临近范围内的条件如图1所示。图 1? 4105 工作面周边条件示意图影响 4105 工作面两巷支护的因素分析:? 4105 上顺距 4103 工作面采空区为35 75m,4103 工作面停采时间为 2005 年10 月 12 日,而 4105 上顺掘进施工时间为2005 年 10 月 2006 年 10 月,工作面停采时间短,采空区上方岩层的活动将对两巷产生超常影响,同时 4105 面上顺临近断层群( F1- 13 断层落差 14m;F1- 7 断层落差12m;F1- 1 断层落差 8 ?5m;F1- 2 断层落差 5m) , 距断层最近距离为 15m, 因此预计上顺槽附近可能派生有
8、小断层。受断层构造应力和老空区双重影响, 上顺支护难度很大。? 据接续安排, 4109 工作面于 1 月 31日停采,而 4105 下顺根据接续预计于 12 月份开始准备,存在 4109 采动压力对 4105 下顺的影响, 并且 4105 下顺开口于 4109 上顺联络巷,开口位置据 4109 停采线约 75m,停采线前后巷道将受 4109 采动压力影响剧烈影响,需加强支护。? 4105 下顺沿4109 采空区施工段设计净煤柱 3 ? 5m,实际净煤柱厚度只有 2 ?52 ?7m 宽, 其中4109 上顺躲避硐处净煤柱厚度将小于 1?5m。受 4109 工作面采动影响,小煤柱岩体松散破碎、自身
9、支护强度低, 特别是将来工作面回采时,在动压影响下, 破碎煤柱将起不到应有的承压作用。?工作面切眼倾斜长度长,推进速度慢,巷道同样需加强支护。2 ?2? 支护设计方案4105 工作面两巷设计支护形式为:4105 上顺在受采空区及断层影响地段采用锚、网、喷+ 锚梁+ U 型棚联合支护;地质条件较好地段采用锚、网、喷+ 锚梁联合支护。4105 切眼沿正常煤层施工地段采用锚、网、喷+ 锚梁联合支护; 过落差 6m 的断层地段采用锚、网、喷+ 锚梁+ U 型棚联合支护。4105 下顺临近 4109 工作面采空区地段采用锚、网、喷+ 锚梁+ U 型棚联合支护;受 4109 工作面采空区影响较小块段采用锚
10、、网、喷+ 锚梁联合支护。172008 年第 2 期? ? ? ? ? ? 煤矿支护? ? ? ?3? 4105 上顺支护施工3 ?1? 支护参数 4105 上 顺 巷道 设 计断 面 宽 4m、高3 ?2m, 实际施工荒断面宽 4?8 5?2m、高3 ?8m。采用锚、网、喷+ 锚梁联合支护。 如图 2、图 3 所示。图 2? 4105 上顺巷道联合支护断面示意图图 3? 4105 上顺槽顶板支护布置示意图 锚杆 ( 包 括 底 角 锚 杆 )采 用 直 径18mm、长 2250mm 的麻花锚杆,用 2 卷树 脂锚固剂卷加长锚固,间排距 650 ? 650( mm) ;底 角锚杆的 间排距 为
11、 800 ? 650 ( mm) 。钢筋网用直径 4mm 的冷拔钢筋加工而成,起拱线以上为双层钢筋网。喷射混凝土厚度为 120mm。锚梁用 U25 型钢加 工,长度为 3 ?2m。每架锚梁用四组直径18mm、长 2250mm 的麻花锚杆固定, 锚梁的间距为 0 ? 8m/ 架。巷道 复 喷 后 在 上 帮安 设 2 排 直 径18mm、长 2250mm 的补强锚杆;下帮安设2 排直径 18mm、长 2250mm 的补强锚杆,补强锚杆间距 1m。由于补强锚杆对帮部控 制效果明显,自 2006 年 4 月份开始,下帮帮部补强锚杆调整为 3 排,并交错加设了16#旧槽钢加工的帮部短梁,上帮侧不变。
12、为加强顶板控制, 在巷道复喷后及时在顶板 补 打 锚 索 进 行 加 固,采 用 直 径15 ?24mm、长 5m 的 锚 索,锚 索孔 深 为4 ?7m, 锚索安设在锚梁之间, 间排距为 1 ? 6 ? 1?6 ( m) 。3 ?2? 施工中的问题及解决方法施工过程中发现, 普通托盘在局部压力 显现较明显的地段内陷,个别锚杆螺帽有滑丝的现象,为此采用废旧 U 型钢对剖,加工成长度约 400mm 的大托盘代替普通托盘,并将原来长度 15mm 的普通螺帽加长 到 25mm, 增大螺纹段接触面积,杜绝了压力显现明显时锚杆滑丝的现象。在解决了锚杆外部端头的滑丝问题后, 再通过增加锚固 剂数量以增大支
13、护强度,经过上述改进, 锚杆支护效果十分明显。在实践过程中我们发现锚杆的两头强度增加后, 杆体强度略显不足,因此采用了大直径金属圆钢麻花锚杆, 并在局部巷道破坏区域使用,效果良好。上顺在施工过程中,围岩压力隔段显示比较明显。根据初步掌握的围岩压力显现规 律,决定对预计压力显现段巷道支设钢棚加强支护,每次支设钢棚距离 30m。钢棚采用U25 型钢加工,钢棚的间距为 0 ?8m/ 架,钢棚腿处用 2组直径 18mm、长 2250mm 的 麻花锚杆固定,用 2 卷树脂锚固剂卷锚固。巷道在中部车场、皮带机头等大断面巷道均设钢棚加强支护。在施工的同时, 对巷道的支护进行了动 态管理。根据迎头后方巷道的围
14、岩压力显现,决定钢棚的支设。在施工至距离切眼800m 左右,巷道的围岩压力显现不明显, 根据测点观测情况,取消钢棚架设,采用18? ? ? ? ? ? ? ? 煤矿支护 ? ? ? ? ? 2008 年第 2 期锚、网、喷+ 锚梁+ 补强锚杆锚索联合支护。4? 4105 切眼施工4105 切眼设计长度为 262 ?858m ( 平距) ,在施工至距离切眼上口 162m 处,将 揭露一条南倾正断层,落差 5 6m 左右。根据煤 4 巷道采用综掘机施工切眼的经验,切眼采用锚、网、喷+ 锚梁+ 钢棚支护。锚杆为直径 18mm、长 2250mm 麻花锚 杆,用 2 卷树脂锚固剂卷锚固,间排距为650?
15、 650 ( mm) ; 底角锚杆的间排距为 800? 650 ( mm) 。钢筋网用直径 4mm 的冷拔 钢筋加工而成,起拱线以上为双层钢筋网。喷射混凝土厚度为 120mm。锚梁用 U25 型钢加工而成,长度为 3?2m, 每架锚梁用四组直径 18mm、长 2250mm 麻花锚杆固定, 锚梁的间距为 0 ?8m/ 架。钢棚用 U29 型钢加工而成,间距为 800mm,钢棚的棚腿各用一组锚杆固定。 为了保证切眼的施工层位, 确保工作面回采时的层位,我们提前对巷道的预想剖面进行了设计, 并随时根据切眼煤层的赋存状态,对切眼的施工坡度进行了调整。5? 4105 下顺施工4105 下顺原设计为锚、网
16、、喷+ 锚梁+ 钢棚+ 锚索联合支护形式。在施工中根据巷道围岩压力的显现情况,调整为锚、网、喷+ 锚梁+ 钢棚联合支护。在掘进过程中, 为防止局部锚杆施工时打透 4109 老空区,造成有害气体泄露,确保施工安全, 调整了4105 下顺巷道中线,并进行注浆加固。5 ?1? 锚、网、喷+ 锚梁+ 钢棚联合支护参数 巷道上帮及顶板采用直径 18mm、长2250mm 麻花锚杆, 下帮侧的巷道采用直径18mm、长 2250mm 麻花锚杆,用 2 卷树脂 锚固剂卷锚固,间排距为 650? 650 ( mm) 。钢筋网用直径 4mm 的冷拔钢筋加工而成,起拱线以上为双层钢筋网。喷射混凝土厚度为 120mm。锚梁用是 U25 型钢加工的, 长3 ?2m, 每架锚梁采用四组直径 18mm、长 2250mm 麻 花锚 杆锚 固,锚梁 的间 距为0 ?8m/ 架。钢棚为 U29 型钢加工,间距均为 0 ?8m, 钢棚的棚腿各用 2 组直径 18mm、 长 2250mm 锚杆固定。为加强施工期间的支护强度,尽量避免或减
