“三軟”煤層巷道支護的工程實踐

摘要：通過對“三軟”煤巷的不同支護方式的模擬試驗，并在華晉明珠礦三軟煤巷中得到應用，取得了理想的支護效果，對我國分布廣泛的軟巖巷道支護提供了有益的借鑒。

關鍵詞：三軟 巷道 支護方式 錨梁網支護

三軟煤巷支護是煤礦巷道支護向深部延伸和回采時經常遇到的問題，由于大部分軟巖使煤層圍巖的重要組成部分，軟巖的種類性質根據軟弱程度的不同，也存在著很大的不同，這些使得巷道所處的地應力和構造應力出現不同的差別。目前在軟巖的研究分類方面，沒有一個統一的定論。在軟巖巷道支護中，主要根據具體的要求，對支護的方式以及方法來進行確定，這種方式在很大程度上不利于軟巖巷道錨桿支護的應用以及推廣。

山西華晉明珠煤業有限責任公司明珠礦位于山西省吉縣東部，巷道布置在位于山西組下部的2號煤層中，巷道頂板多為泥巖、細粒砂巖，局部為粉砂巖、含碳泥巖，頂板隨采隨落，較好管理。底板多為粉砂巖、泥巖，局部為砂質泥巖、含碳泥巖。強度低，有一定的水脹性，遇水可產生底鼓現象。煤層結構為粉狀、塊狀，局部有火成巖侵蝕成天然焦。屬于典型的“三軟”煤層，即煤軟、頂軟、底軟。給巷道維護帶來諸多問題，巷道掘后不久便發生嚴重變形破壞，有時巷道側壓比頂壓大，需要經常拉底擴邦維修，工作量大，不利于礦井開展正常的工作。

1 三軟巷道的不同支護方式相似模擬試驗

為了對巷道的支護方式進行明確合理的確定，從采區煤層巷道的實際情況出發，并結合下山機巷的圍巖地質條件展開模擬，進行工字鋼、錨網和錨梁網支護實驗室試驗研究，模擬煤巷頂底板巖層共7層，總厚度18m，其中2號煤厚為3.2m。為了更好的分析采集的數據，通常以壓力系數和應變作為參考。應變力反映了應力的大小，得到三種不同支護方式下圍巖應變—壓力系數曲線。在相同的加載條件下，對比頂板下沉量，得到的頂板下沉量—壓力系數曲線。不論哪一種支護方式，如果加載的條件確定，其應變：頂板>上幫>下幫。表明巷道圍巖的活動規律是一定的，不受支護方式改變的影響，同時也說明模擬的三軟巷道頂板變形顯著。在載荷比較低的情況下，工字鋼支護能較好地抑制巷道圍巖的松動膨脹變形，也反映了工字鋼支護相對錨網和錨梁網支護的“剛性”阻抗作用。應變與荷載成正比，隨著荷載增大，壓力系數也會不斷的上升。首先是工字鋼巷道應變達到最大，錨網支護巷道次之，然后再是錨梁網支護巷道。這種情況充分說明了工字鋼支護的巷道如果壓力不足，很容易發生塌落現象，因此，在三軟煤巷中，不建議使用單一的工字鋼支護。

在模擬的三軟煤巷支護中，三種支護的頂板下沉量的變化趨勢明顯不同。工字鋼支護巷道，其圍巖變形速率比錨網、錨梁網支護大得多，表現為曲線的斜率增大更快，隨著外界加載的不斷增加，工字鋼支護巷道頂板下沉量很快就成倍地增加，很快超過錨網和錨梁網支護的頂板下沉量，且最大下沉量分別是錨網支護的1.6倍、錨梁網支護的2.1倍。當載荷還不大時，工字鋼支護的巷道頂板下沉量就達到最大值，此時工字鋼支架變形加劇，使支架的力學性能受到破壞，反過來會加劇巷道的變形，這些都表明應力已接近并超過支架的極限載荷，支架變形嚴重。在巷道垮落的瞬間，受力頂板圍巖突然向巷道內釋放因變形積蓄的能量，因而產生一個緩沖，使得應力突然減小，然后隨著垮落后的壓實，應變量也漸漸地趨于一定值，在圖上近似一條直線。可見，單一工字鋼支護較難適應三軟煤巷圍巖的大變形。

2 明珠礦的工程實踐

經過多次反復探實驗，明珠礦在工程實踐中采用以下支護方式：在永久性大巷及過構造地質破碎帶采用錨桿+梯子梁槽鋼+網+錨索＋U29圓弧拱鋼棚，然后進行噴漿的聯合支護。噴混凝土保護層，以防止煤層風化和氧化。在其他巷道采用錨桿+梯子梁（槽鋼）+網+錨索聯合支護。

具體的支護形式為：

①頂板采用錨桿、槽鋼（12﹟）、金屬網、錨索聯合支護（頂板破碎時，12﹟槽鋼改為鋼筋梯子梁），頂錨桿間排距為1700×700mm，皮帶機頭硐室頂錨桿間排距為1500×700mm。②兩幫采用錨桿、鋼筋梯子梁、金屬網聯合支護，幫錨桿間排距為800×700mm。③頂錨索間排距為1700×700mm。皮帶機頭硐室頂錨索間排距為1500×700mm。④、錨桿預緊扭矩：頂錨桿不小于150N·m、幫錨桿不小于120N·m。錨桿錨固力：頂錨桿不小于90KN、幫錨桿不小于50KN。⑤中間頂錨桿垂直頂板打設，角錨桿角度為75°，遇裂隙時，錨桿垂直于裂隙面，幫錨桿垂直巷幫布置。錨索盡量與巖層層面或巷道輪廓線垂直布置，如遇頂板節理發育、破碎、壓力大地段增加U29圓弧拱鋼棚然后進行噴漿的聯合支護（棚間距800mm）。梯子梁（槽鋼）與巷道中心線垂直，幫梯子梁垂直于巷道頂底板。⑥錨桿外露長度從托板算起≤50mm，錨桿露出螺母不少于兩扣。錨索外露長度不小于150mm，不超過300mm。⑦頂錨桿孔深為2370mm、幫錨桿孔深為1970mm，錨索眼深6000mm。⑧每根頂錨桿采用一節MSCK2360快速樹脂藥卷（在上）和一節MSZ2360藥卷（在下）錨固，每根幫錨桿采用一節MSCK2360（中）樹脂藥卷錨固，每根錨索采用一節MSCK2360快速樹脂藥卷（在上）和倆節MSZ2360藥卷（在下）錨固。⑨皮帶機頭硐室采用金屬菱形網+鋼筋梯子梁+錨桿、索+噴漿聯合支護，巷道寬4.7m，高3.5m，長20m，噴漿厚度不小于100mm。要求U29圓弧拱型鋼棚棚腿必須垂直巷道底板，并支在實底、頂、邦與鋼棚接實，棚之間要搭接好。這樣的方式在工程實際中取得了較好的效果。

參考文獻：

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