老礦井軟巖支護改革實踐

曲延文

（遼源礦業集團公司，吉林 遼源 136200）

0 概述

梅河煤礦四井是已生產三十多年的老礦井，位于吉林省梅河口市紅梅鎮境內，礦井初步設計生產能力21萬噸/年，后經對生產系統技術改造，2010年核定生產能為力90萬噸/年。目前，該礦井已生產到九階段水平，采深已達600m。

礦井的開拓方式為片盤斜井石門分區式開拓。礦井井田是一個傾向140°的單斜構造，煤層傾角大部分在50°～60°之間，為急傾斜煤層，礦井地質構造較復雜。礦井主要含煤兩層，即12號、13號煤層，現開采12層煤，12層煤平均厚度20～50m，頂板覆巖為泥巖，其厚度40～60m，由灰褐色、茶褐色的塊狀泥巖組成。隨著開采深度的不斷加深，其礦山壓力也隨之逐漸增大，現采用的單一U型鋼支護已難以滿足安全生產的要求，所以選擇合理的支護形式，不斷的進行巷道支護改革，采取相應有效措施，是提高老礦井巷道支護強度、保證礦井巷道服務年限的前提保證。

1 巷道支護的歷史

1.1 巷道支護

梅河四井巷道支護經歷了碹體支護、木梯棚支護、礦工字鋼支護、可縮性U型鋼棚支護、金屬網錨噴支護、鋼筋網錨噴支護以及錨噴網U型鋼雙支護等支護形式。碹體支護用于服務年限較長的開拓巷道中，在淺部軟巖支護過程中支護較好。歷史上曾在采區內采用木梯棚支護和礦工字鋼支護，由于巷道支護材料落后，出現的頂板事故次數較多。為了預防頂板事故的發生，在近些年積極采用新工藝，逐步運用U型鋼棚支護和錨噴網支護，取代木梯棚和礦工鋼支護，使頂板管理水平有了很大提高，頂板事故率逐步降低。

1.2 巷道支護受損因素

1.2.1 地質因素

礦井的復雜地質構造及深部開采的礦山圍巖應力增大，造成了深礦井的頂板破碎、傾角變化、煤層變軟、淋水增大等狀況，影響了頂板的穩定性、整體性，破壞了煤層的完整性，形成裂隙和破碎帶，老頂來壓顯現，頂板巖石開始下沉，逐漸從巷道兩幫破碎并鼓出。導致巷道變形嚴重。

1.2.2 膨脹因素

軟巖具有遇水膨脹的特點，一但吸收水后體積膨脹，產生很大的膨脹力，使巷道底鼓，巷道變形破壞，在井下生產作業中，經常底鼓至300～400mm。

1.2.3 噴漿因素

巷道噴漿的施工質量不達標、不合格，使其空氣進入巖體中，從而風化剝蝕、巖體脫落，巷道變形嚴重。

2 巷道支護的改革

為解決好梅河煤礦四井在軟巖支護中巷道壓力大的難題，在不同的巷道地點、不同的巷道服務年限及不同的巷道用途，采用合理的支護形式，是能否影響到安全、生產和效益的關鍵性所在。

由于近幾年來錨網支護和U型鋼棚支護改革在國內已得到廣泛應用，所以在梅河四井采取了開拓巷道中采用錨噴網支護、隨掘隨噴，而在采區準備巷道中采用了U型鋼支護。

2.1 錨噴網支護

2.1.1 錨噴網支護的特點

（1）采用“主動”支護，改善了圍巖的受力狀態。錨網支護是利用錨固劑、錨桿、托板及各種構件或噴層，給圍巖一定的支護強度，且隨圍巖變形支護阻力不斷增加，與圍巖共同組成支護體系，承受各種圍巖應力和采動應力從而實現支護目標。改變了原有支護的架棚初期基本不具有初撐阻力，不可能緊貼圍巖或不能全部緊貼圍巖，點狀受力；只有當圍巖破碎、離層后，隨著圍巖變形的增加，支架支護阻力隨著增加，才能發揮棚子的支撐作用的被動支護的局面。

（2）減少巷道維修量。與架棚支護相比，錨桿支護能及時加固圍巖，從而減少圍巖變形，防止頂板早期離層和片幫，更有利于改善巷道的維修狀況，保持巷道圍巖的長期穩定。

（3）減小工人的勞動強度。采用錨網支護技術，不需要運輸大量的支護鋼材和其他輔助材料，減少了支護材料的搬運量，從根本上減輕了工人的勞動強度，加快了循環進度，工效也隨之提高。

（4）降低支護成本。采用錨桿支護可以大幅度節約大量鋼材、木材等支護材料，降低支護成本。

2.1.2 錨噴網支護改革

（1）采用大斷面施工。以往開拓延伸巷道，支護形式一般為φ4.0m錨網支護，掘送-240～-300m暗主井時，施工半年后，變形嚴重，就需再次翻挑。在2009年9月份施工-300m水平付井車場時，采用大斷面φ5.0m半圓拱型鋼筋網錨噴支護，采用φ22mm長度2.4m螺紋鋼錨桿、排距600㎜布置，鋪單層金屬網和鋼筋網及時噴漿封閉，保證了巷道圍巖的完整性，減少與潮濕空氣的接觸，防止圍巖膨脹變形。

（2）打錨索補強工作。為了保證巷道支護強度及服務年限，采用補打錨索的方式進行補強加固，打錨索按“三、三”的排列方式進行布置，錨索長6.4m，錨深6.0m。錨索間排距：1.5m×1.5m，錨固力達到50KN以上。

（3）加強主要大巷治水工作。以往采區排水經開拓大巷水溝排水，流入水倉。改革后采用φ159mm鐵管連接，從采區直接接入水倉，保證巷道沒有積水浸泡。

（4）大巷硬覆蓋工作：為達到巷道全封閉狀態、在主要開拓大巷打水泥地面進行硬覆蓋工作。

（5）使用水力膨脹錨桿控制軟巖巷道底鼓[3-4]。

2.1.3 經濟效益對比

在以往開拓巷道采用U型鋼支護、改革后采用錨網支護。

開拓巷道采用φ4.0半圓拱錨網支護每米費用4200元/米、采用36Uφ3.6四節U型鋼支護每米費用8600元/米，即每施工1米U型鋼支護比錨網支護高4500元。經改革-240水平350米開拓巷道、節約資金157.5萬元。2010年錨網巷道2300米、節約1035萬元。

2.2 U型鋼棚支護改革

2.2.1 增大U型鋼規格

以往采區兩道采用25U型鋼棚、逐步增大29U型鋼、36U型鋼、現采用40U型鋼支護。提高了U型鋼棚受力強度、減小了巷道變形程度[5]。

2.2.2 采用大斷面施工

通過改革采用φ3.6m全圓或三節棚支護替代以往采區兩道φ3.2m棚支護。保證了巷道少量變形后仍可以繼續使用。減少了采區巷道維修量。加密棚距，增加了巷道的支撐力，有效的防止巷道變形。

2.2.3 采用“三個三”支護方式

根據地質狀況采區風、溜道采用“三個三”支護方式、以支得住、少維護、不翻修為原則。“三個三”即對現掘送的采區風、溜道的支護采用分三個階段選擇三種支護形式。

2.2.4 棚后充填、加強支護強度

U棚支架與圍巖之間接觸狀況差、支架空幫空頂情況嚴重，受力狀況不均。實施棚后充填矸石、使受力均勻、增加了U棚支護強度。必要時增加鐵拉條、可以使相鄰U棚之間形成一個整體、使圍巖受力均勻、達到一致。2.3 錨噴網U型鋼雙支護

根據地質條件、如果采用錨噴網支護或U型鋼棚支護、不適合圍巖壓力時，則采用錨噴網U型鋼棚雙支護。其優點是在主動支護的同時，又增加了被動支護，它的支護強度高，提高巷道的支撐能力。

3 結論

（1）梅河煤礦四井在軟巖巷道支護改革過程當中，充分的考慮了巷道的服務用途及服務年限等因素，選擇了合理的支護形式，取得了預期的支護效果。

（2）通過開拓巷道錨噴網支護、采區巷道U型鋼棚支護大幅度提高了支護質量，提高了勞動效率，為實現安全高效礦井提供了基本保證。

（3）針對不同巷道采取不同的支護方式，取得了顯著經濟效益和社會效益，為同類型礦井的巷道支護提供了可借鑒的經驗。