基于顶板结构探测的支护技术研究

2015-05-07石建军王金国

华北科技学院学报 2015年1期

石建军，王金国

(1.华北科技学院安全工程学院，北京东燕郊 101601;2.中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院，北京100083;3.禾草沟煤矿，陕西延安 717306)

0 前言

我国每年新掘巷道总长约2万km，是一项浩大的地下工程。由于巷道所处地层条件复杂多样，围岩性质千差万别，且多数巷道在服务年限内还要经受各种采动的影响，所以巷道维护难度不一，大部分巷道维护难度较大。一条巷道采用单一的支护工艺、支护参数是不能满足生产要求的。因此研究分析巷道的变形机理和适合的支护形式，有助于降低支护成本，保证巷道断面尺寸，提高围岩的稳定性。确定经济合理的支护参数以及实用高效的施工工艺有助于在经济和安全间找到一个最佳的结合点［1－5］。

1 开采技术条件

中煤矿区禾草沟井田整合区位于陕西省延安市子长县城西南18 km(直距)处。主要可采煤层为5号煤层，区内东部大范围分布，平均厚2.19 m，5号煤层直接顶板在区内主要为油页岩，局部为粉砂岩。岩石饱和抗压强度一般为3.04～54.34 MPa，平均19.09 MPa，软化系数 0.15 ～0.76，属软岩～较坚硬岩石，但其中油页岩易崩解为不坚固岩石(Ⅰ)。5号煤层底板以泥质粉砂岩和泥岩为主，个别底板为细粒砂岩和中粒砂岩，岩石饱和抗压强度一般为 5.74 ～38.18 MPa，平均18.12MPa，软化系数0.16 ～0.72，属软岩～较坚硬岩石。

2 原支护设计

试验巷道50101辅运巷原设计支护方案如下参见图1。

顶板:六根 Φ20×2400 mm等强锚杆，排距900 m，间距800 mm;

锚索:排距 1800 mm，间距 1600 mm，长度7.3 m。

图1 巷道原支护方式

在实际使用过程中，原支护方案巷道变形严重，满足不了使用要求，需要重新进行分析和设计，采用及时支护。

3 试验巷道顶板岩层结构探测

3.1 探测设计

根据研究的目的和现场具体情况，设计需要准确掌握岩层结构的位置，在试验巷道顶板进行大面积探测。在相应位置采用YS(B)型岩层窥视仪是用来观察锚杆孔或其它小直径工程钻孔内部构造的仪器。它由探头、光电缆、液晶显示、控制及防爆电源等几部分组成。工作时将探头放在钻孔中，孔壁物质的图像经光路变换进入图像传感器，再放大后产生全电视信号，送至控制单元，作信号处理后显示在液晶显示屏上。此时调节控制光源强度，使图像清晰，从而达到观测的目的。观测探杆的刻度，就可确定图像在钻孔中的位置，如图2所示。

图2YS(B)钻孔窥视仪

3.2 顶板钻孔窥视结果分析

通过对巷道4个钻孔窥视结果的分析，可以发现，50101工作面切眼的主要离层有两层，第一层离层发生在顶板往上1.5m～2.4m之间，该离层是巷道顶板的主要离层，在进行巷锚杆支护时应充分考虑到该离层的影响;第二层离层发生在顶板往上6.5m～8.5 m之间，该离层破碎带虽然厚度较大，但破碎并不严重，顶板仍具有一定的强度，在进行锚索支护时应考虑这层的影响，窥视结果如下:

钻孔1位于冒顶位置处，孔深8 m，由于顶板破碎实际测试深度为6.5 m，窥视结果显示在1.5 m处有一层严重破碎带，再向深处，岩石较为完整，中间有纵向裂隙;在5.5 m处出现第二层破碎带，且破碎较为严重，从5.7 m到6.1 m岩石也较为破碎，参加图3。

钻孔2位于冒顶附近位置处，孔深8 m，由于顶板破碎实际测试深度为6 m，窥视结果显示在2 m到2.3 m处有一层严重破碎带，再向深处，岩石完整较好，在4.5 m处有一处环向裂隙;在6 m处出现第二层破碎带，且破碎较为严重，锚索支护要考虑这一层破碎带，参加图4。

钻孔3靠近回风顺槽处，孔深10 m。窥视结果显示在1.5 m处有一层严重破碎带，为顶板第一离层位置，再向深处，2.0 m位置处有一层破碎带，在向深处岩石较为完整，仅有少量的纵向裂隙;第二层严重破碎带在6.4 m位置处，锚索支护要考虑这一层破碎带;孔深处岩石较为完整，可作为锚索的锚固层，参加图5。

钻孔4在切眼鸡窝位置处，孔深10 m。窥视结果显示在2.0～2.5 m处有一层严重破碎带，为顶板第一离层位置，再向深处，在向深处岩石较为完整，仅有少量的纵向裂隙;第二层严重破碎带在4.8 m～5.5 m位置处，锚索支护要考虑这一层破碎带;孔深处岩石较为完整，可作为锚索的锚固层，参加图6。