复合支护在煤矿“三软”煤层巷道的研究与应用①

樊国建万峰

(开滦林南仓矿业分公司，河北唐山 064106)

复合支护在煤矿“三软”煤层巷道的研究与应用①

樊国建②万峰

(开滦林南仓矿业分公司，河北唐山 064106)

开滦林南仓矿业分公司煤11为三软煤层，顶板、煤层、底板均比较软，掘进及回采过程巷道变形严重，巷道进行多次套修仍不能满足安全生产需要，。通过对锚杆作用机理进行分析和研究，三软煤层巷道采取金属拱形支架与锚网复合支护，与原巷道支护进行分析比较，找出适合三软煤层的支护形式，确定采取最佳支护类型，延长巷道的服务年限。

承载;周变化量;监测;复合支护;回采动压

1 矿井情况

矿井于1970年4月开始建井，1978年8月转交原开滦矿务局管理，1985年11月21日正式投产。原始设计生产能力为120万吨/年，设计服务年限为91年。由于井田地质构造复杂，生产工艺落后以及销售不好等原因，一直没有达到设计生产能力。随着科技进步，先进采煤工艺的引进，矿井采用了轻型放顶煤及综采技术，生产能力不断提高，2007年矿井产量达到了100万吨。林南仓井田，地理座标为东经117°37'00″，北纬39°50'00″，东西长约7km，南北宽约3.5km，整个井田呈一个不规则的长圆形，井田面积约为22.0km2，有5个可采煤层，其中煤11、煤12为主采煤层。矿井采用竖井、多水平、阶段石门开拓方式。

2 2218(下)掘进工作面地面相对位置及邻近采区开采情况

2218(下)掘进工作面位于－650水平，东二小采区，主采11煤层，12煤层已回采完毕，北邻2218工作面已回采，下运以南3m，南到仓29钻孔以南53m处，西起2218运料眼，东到仓29钻孔以东64m处，其下部为－620皮带巷和－650东大巷。巷道设计长度：上风672.8m，下运709.9m，切眼121m。见图1 2218(下)掘进面位置示意图。

附图12218(下)掘进面位置示意图

3 煤层顶、底板岩石性质特征

老顶：浅灰色中粒砂岩，厚度13.05m，高岭土质胶结，底部含植物碎屑化石。

直接顶：深灰～灰白细粉砂岩，厚度1.1m，水平层理，黑白互层，呈块状及鳞片状构造，含植物及根化石。

煤层：复杂型粉末状结构煤层，煤层稳定，从顶板往下有约0.4m厚炭质粘土岩，呈碎块状，其下厚度为3.3m煤。

直接底：灰色粉砂岩，厚度3.3m，含少量植物根化石，岩石致密，偶含高特木化石。

老底：浅灰色粗砂岩，厚度10.8m，以石英燧石为主，结构松散易碎，高岭土质胶结，局部钙质胶结，下部富含金云母。见图2 2218(下)煤层综合柱状图

附图22218下综合柱状图

4 支护设计

4.1 巷道围岩分析

煤11顶底板岩性差，煤层系复杂型粉末状结构煤层硬度低，承载能力差，直接顶：深灰～灰白细粉砂岩遇淋水变软，巷道围岩强度低，并且多次受回采动压影响。

4.2 支护方式

同一区域的2212、2214、2216、2218等工作面，均采取10.4m229U金属拱形支架进行支护，巷道掘进破坏了原岩应力平衡，应力重新分布，巷道压力较大，与原支架支护效果比较，存在很多缺陷，相对于锚杆支护来说属于被动支护，不能及时承载，发挥围岩的自撑能力，对围岩变形适应能力差，若架型与来压方式不一致，来压大小不同，单靠其自身强度根本抵御不了压力对围岩和支护体所产生的强大载荷，支架崩卡缆及支架折损现象严重。巷道打上帮锚杆，使巷道两帮2米范围内煤岩层变为一个整体，有效减小了支架顶、帮压力，为满足安全及生产需要，确定采取金属拱形支架与锚网复合支护。见图3金属拱形支架与锚网符合支护图

附图3 金属拱形支架与锚网复合支护图

5 支护工艺

1)10.4m2金属拱形支架要求。净高：2700m m，净宽：4400±mm，搭接：400mm，卡距：300±30mm，棚距：600±50mm，卡缆螺栓扭矩：150N·m允许偏差：不小于135N·m。

2)锚网技术要求。帮锚杆：每空6根，锚杆长度：2000mm，锚杆直径：Ф20mm，锚杆间距：700 ±100mm，锚杆排距：600±50mm

3)锚固剂。KL型树脂药卷，每根锚杆使用3卷树脂药卷，一个cK2333快速树脂药卷，两个K2333中速树脂药卷。

4)打锚杆顺序为第一根打在两套卡缆中间，依次向下打，间距700mm，两帮对称打好。锚杆托盘采用高强度平面托盘，用6mm厚钢板加工制成，规格为120×120mm。搅拌药卷时搅拌时间为25～30s，停止搅拌后，等待3分钟，然后上托板和螺母，使锚杆具有一定的预紧力，拧紧力矩应达到80N·m。锚杆角度应符合设计要求，轴向偏差不得超过±5°，锚杆尾端外露长度为30～50mm。

6 帮锚杆施工安全技术措施

1)先观察顶部是否有掉，如果有，用长柄工具找掉，并插背好上顶。

2)操作人员要在开工前检查帮锚杆机各零部件是否松动，润滑器内油量是否充足。煤电钻也要检查好，并试跳。

3)根据设计要求定出眼位，并做好标记。

4)打眼两个人要互相配合，协调行动，做好相互保安和自主保安。打眼工严禁戴手套。

5)眼打好后将锚杆插入孔内至孔底，量好可安装长度，取下锚杆，开始装药。

6)装药前首先检查树脂药包是否有效，不合格的药卷严禁使用。

7)用帮锚杆机或煤电钻旋转搅拌，搅拌过程要求连续进行，边搅拌边推进，快搅慢推，使药卷充分混合。

8)背板压烂严重;顶板有"闷炮"声，巷道掉渣片邦严重;顶板破碎;支架断梁折腿、支架变形严重;顶板下沉离层有裂缝;打眼时卡钎。遇上述情况时，工作面必须停止工作，采取措施进行处理支架采取设临时木点柱、增大锚杆的支护密度、减少空顶距离、采取锚网支护、锚索排间距缩小、并紧跟工作面，遇危急情况及时撤离危险区。

7 巷道变形观测

2009年10月，2218(下)掘进头开始掘进，在2218(下)掘进头上风巷、下运道每隔50米设立一个巷道“十字”观测点，每周一次对巷道29U金属拱形支架高、宽位移进行监测。2218(下)工作面完工时，上风巷、下运道各设观测点13个，巷道测点布置见图4。到2010年3月对测点进行了21次测量，观测点周变化量见表1，观测点周变化量曲线图见图5

附图42218(下)工作面完工时巷道测点布置图

表12218 (下)工作面上风巷、下运道高宽平均属周移近量数值表mm架

续表

附图5观测点周变化量曲线图

8 观测数据分析

巷道没打锚杆之前29U金属拱形支架高、宽位移变化量都很大，巷道断面迅速缩小，顶部压力使29U金属拱形支架高度迅速缩小，增加巷道清卧量，崩卡缆现象时有发生;两帮压力使29U金拱形支架宽度迅速减小，加快巷道金属拱形支损坏，支架顶部梁被压折，巷道重复套修，给巷道运输、通风造成很大影响，给安全生产带来很大隐患。巷道打上帮锚杆后，使巷道两帮2米范围内煤岩层变为一个整体，有效减小了支架顶、帮压力，1个月之后29U金属拱形支架高、宽位移变化量逐渐减小，巷道断面逐渐保持稳定，从所测数据显示打上帮锚杆后使巷道顶部移近量减小了近1/3，减少了巷道清卧量，杜绝了崩卡缆现象;打上帮锚杆后使巷道两帮移近量减小10多倍，29U金属拱形支架宽度趋于稳定，减少巷道金属拱形支架损坏，杜绝了支架顶部梁被压折现象，延长了巷道服务年限，回采时巷道不用套修，仍可满足运输、通风、安全生产所需巷道断面高度、宽度。

9 经济评价

9.1 打锚杆所需费用

每根锚杆所需费用，锚杆+锚固剂+托板+螺母=47元。锚杆排距：0.6米，每排6根，上风巷、下运道共计672.8+709.9=1382.7米，共需锚杆1382.7÷0.6×6=13827根

上风巷、下运道共计锚杆费用13827×47= 64.9万元

打锚杆所需工力费用

每班每工打锚杆15根，共需工力13827÷15 =921工

打锚杆所需工力费用921×83.6=7.7万元

合计总的打锚杆费用64.9+7.7=72.6万元

9.2 套修所需费用

回采过程中，没打锚杆比打锚杆巷道多套修一次。每架29U金属拱形支架所需费用，支架费+套支架材料费=961+145=1106元。支架间距0.6米。上风巷、下运道共计1382.7米，共需支架1382.7÷0.6=2304架。上风巷、下运道共计套修费用2304×1106=254.8万元。套修所需工力费用：套修每架支架用工2工，共需工力2304÷2=1152工;套修支架所需工力费用1152 ×83.6=9.6万元;合计总的套修支架费用254.8 +9.6=264.4万元。

9.3 清卧巷道所需费用

回采过程中，没打锚杆比打锚杆多清卧巷道0.4米深，至少1次。回采工作面时，没打锚杆比打锚杆多清卧巷道0.4米深，至少1次。每工每班清卧支架7架，共需工力2304÷7×2=658工。清卧巷道所需工力费用658×83.6=5.5万元。

10 经济、社会效益

2218 (下)工作面三软煤层巷道采取金属拱形支架与锚网复合支护，与原巷道进行分析比较，减少了大量重复性工程，节约运输新旧支架、架支架所需材料、运输套修所产矸子设备用电56万余元，解决了矿井工力紧张、衔接紧张的局面，提高了安全生产，为矿井节支、降耗、高产、高效提供了有力保障。

总的直接经济效益：

设备用电+套修支架费用+清卧巷道所需工力费用－打锚杆费用=56+264.4+5.5－72.6= 253.3万元。

［1］刘守君，锚杆支护原理及应用实践［J］.有色金属：矿山部分2009，(3)：19－20

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［3］柏建彪，王襄禹，贾明魁，深部软岩巷道支护原理及应用［J］.岩土工程学报，2008，30(5)：632－635

［4］靖洪文，宋宏伟，郭志宏.软岩巷道围岩松动圈变形机理及控制技术研究［J］.中国矿业大学学报，1999，28(6)：560－564

［5］戴俊，郭相参.煤矿巷道锚杆支护的参数优化［J］.岩土力学，2009，30：140－143

［6］刘高，聂德新，韩文峰，高应力软岩巷道围岩变形破坏研究［J］.岩石力学与工程学报，2000，19(6)：726－730

Compound support in the coal mine“soft”Research and Application of Coal Seam

FAN Guojian，WAN Feng

(Kailuan Group linnancang Mining Branch Company，Tangshan Hebei064106)

Kailuan Coal Mining Co 11 linnancang three soft seam，roof，seam and floor are quite soft，and the mining process Roadway excavation serious multiple sets of tunnel repair still can not meet the safety requirements.Bolt mechanism through analysis and research，the three soft coal seam to the metal stent and anchor net composite arch support，and the original roadway was analyzed and compared to find out for three forms of the supporting soft coal，determined to take the most Best type of support，extending the service life of the roadway.

bearing;weekly variation;monitoring;compound support;mining dynamic pressure

TD353

A

1672－7169(2011)01－0037－04

2011－01－07

樊国建(1982－)，男，河北石家庄人，开滦林南仓矿业分公司管段工程师。