三软煤层的支护

2011-08-15杨代军党文权

科技传播 2011年20期

杨代军，党文权

河南东升煤业有限公司，河南郑州 450008

1 三软煤层采用支护技术的必要性

三软煤层是指顶板、地板及开采曾都比较松软的复杂的煤层地质结构，在开采中具有很大的难度，对开采技术是一个非常大的挑战。特别是在煤岩层中进行巷道挖掘和开采，使得围岩的原始力受到破坏，岩体的经应力受到威胁，容易产生岩石断裂或者坍塌的现象。

煤层的经应力主要取决于岩石的强度和其弹塑性的分布。而三软煤层的强度比较低，开挖后又破坏了原来岩层的结构，使得二次应力受到了威胁，岩体进入塑性变形，因此需要加强其支护的力度，保证原来的岩层结构，才能较好的驰骋煤层，完成开采过程。否则，挖掘巷道后会破坏原有的煤层结构，煤层的支持力度不够，应力集中，在巷道两帮的岩梁支撑点发生断裂。

而对于相对较硬的煤层，如果使用进入塑性状态的支付将会丧失其原有的承载力，进行巷道开挖之后，塑性能将以各种形式释放出来。这时候采用支护的技术进行煤层支持，取代原有的承载力，虽然开挖后引起的向临空区运动的合力不仅仅是靠支护力承担，但是塑性状态的不可避免使得支护力变得非常必要。考虑到要将其岩层巨大的塑性能以某种方式释放出来，在软煤层设置支付的过程中势必要有足够的变形空间和释放空间。三软煤层的挖掘比较容易，但要保障其安全和稳固却有一定的困难，特别是其维护需要相当先进的支护形式和支护技术作为保障。

当前面的三软煤层，及各个结构和性质差异较大的岩石层结构，缺乏一种能够普遍适应的支护方法。但是对于三软煤层，进行有效的支护必须要根据其性质和地压的特点进行合理的选择和必要的勘测。在正确勘测其岩层的结构和特性之后，选择相应的巷道位置和断面技术，使其处于稳定的状态。

2 支护技术的运用思考

2.1 位置选择的科学性

在选择挖掘巷道的位置时首要考虑的是其稳定性。一方面，要尽量将其选择在煤层质地均匀、雨水膨胀量小的地区，同时保证其抗压力适当，准确勘测其岩层的性质和结构；另一方面，尽量避免受到支撑压力的影响。三软煤层经过开采之后，其支护的压力会有显著的增加，“其压力大小与煤层距离和落煤方式有关，用风镐落煤时，岩石大巷距煤层达20m～30m时，基本不受动压影响。除要避免移动支承压力的影响外，还必须避开采煤工作面上下固定支承压力的影响范围，把巷道布置在应力降低区或原岩应力区内为最好。”

2.2 支护方式的合理化

根据三软煤层的结构特点和岩层性质，在其岩层结构中欧年该进行巷道开掘必然会引起其塑性的平衡和弹性受到影响。这时候支护的主要作用就是控制其稳定性和抗压力程度，防止其在松动过程中由于膨胀变形而塌陷。一般来说，软煤层受到破坏之后，其变形量越大，支护的难度越大，而采取单一的支护方式难以有效实现其稳定性的目的。

一般来说，在挖掘过程中采用的支护方式主要有锚带网+架棚联合、围岩加固+锚网喷、二次锚网喷和锚梁网+锚索联合几种方式。而三软煤层的挖掘最好的方式就是锚梁网+锚索联合支护。因为在松软的煤层中，破坏性的进行巷道挖掘，将会出行围岩变形甚至是位移的风险，严重的甚至会出现岩层断裂和垮落。如果只是简单的采用梯形支架难以有效实现其稳定状态，有可能安生断粮和折脚的危险。即便使用了混凝土进行支护，也容易受到不均匀的地压冲击。因此，对于三软煤层这种特殊的不良底层，使用的支护结构一般都要二支护，即：“一次支护应按照围岩与支架共同作用的原理，选用刚度适宜、具有一定柔性或可缩性支架。既允许围岩产生一定量的变形移动，以发挥围岩的自承力；同时又能限制围岩发生过大的变形移动。进行围岩位移速度和位移量的量测，并绘出相应的变化曲线。二次支护应在围岩地压得到释放，一次支护与围岩组成的支护系统基本稳定之后进行。”

2.3 断面形状选择的适当化

由于三软煤层的地质结构复杂，岩层性质特殊化，支护不仅仅受到岩层本身的重力作用，同时岩层周围由于变形和结构的破坏产生的膨胀压力通过各种形式释放出来，威胁到支护的稳定性作用。因此如果采用一般的直墙半圆拱或三心拱开断面难以有效的实现其支护作用。在选择断面形状的时候必须要全面进行岩层勘测，了解其特性，有针对性的选择断面形状。一般来说，断面形状的选择主要取决于其压力的大小和方向。压力小则选用直墙；压力大则选用圆形巷道断面。

2.4 底板管理的严谨化

三软岩层的巷道挖掘难免要破坏其地址结构，使其压力剧增，导致膨胀性的岩围难以用一般的支护方式进行支护。底鼓的发生表明安设底拱的作用不容忽视。因此，在进行合理支护的过程中势必要进行底鼓问题的处理。目前，可采用的底鼓防护措施一般是“砌块砌筑底拱”，但是其效果并不佳，一旦发生底鼓，锚杆翘起，将更难以得到有效的处理。因此需要用严谨科学的态度积极处理底板的安全问题，根据其支护的方式选择底板控制手段。“若用圆碹或近似圆碹作二次支护，则要按砌底拱、压墙、砌拱的顺序施工，一次完成。锚喷支护作一次支护，则可在一次支护完成一段时间、底板应力得以充分释放之后再砌底拱，与二次支护同时完成较好。”