厚煤层深部开采巷道断层带锚杆支护技术应用

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1、厚煤层深部开采巷道断层带锚杆支护技术应用邢长勇作者简介：邢长勇（1982-），男，重庆云阳人，工程师，现任四川芙蓉集团宜宾杉木树矿业公司副总工程师，主要从事煤炭开采技术管理工作。（川煤芙蓉集团杉木树煤矿，四川宜宾644501）摘要：杉木树煤矿自进入三水平深部开采，地质构造复杂，地应力较大，巷道变形严重，尤其是在断层破碎带，巷道支护体严重破坏，影响巷道使用率，威胁安全生产。这解决这一难题，杉木树煤矿在厚煤层深部开采巷道断层破碎带进掘时，采用“锚、网、喷、索”联合支护控制断层带煤巷围岩控制技术，取得了较好的效果。关键词：杉木树煤矿；深部；开采巷道；断层带；锚网喷索

2、支护降低巷道掘进率是煤矿生产追求的目标，也是地质构造复杂矿井或区域的难点。随着杉木树煤矿近年机械化开采程度的提高，所掘巷道断面尺寸较大，其矿压显现也大，特别是在处于断层破碎带，给巷道施工、支护工艺选择及后期维护增加难度。杉木树煤矿在3012工作面回采巷道掘进时遇断层破碎带，采用了“锚、网、喷、索”联合支护，取消了传统的“棚式”被动支护方式，有效的控制了围岩变形，保证了巷道断面，减少了巷道后期大量的维护工程，从而确保了矿井安全。1生产地质条件S3012工作面为30采区首采工作面，开采B3+4煤层。四周均为未采区域，煤层埋深+518m～562m，位于滥泥坳向斜轴南

3、翼；煤层厚度2.8～5.3m，平均4.05m，煤层倾角0～10°、倾伏角-14°；煤层硬度为4。B3+4煤层结构复杂，煤层内含1-3层粘土岩、炭质泥岩夹矸。直接顶为砂质泥岩夹炭质泥岩，局部有砂质泥岩；老顶为粉砂岩、砂质泥岩。顶底板稳定性差，巷道围岩变形大、易垮塌。煤层顶底板情况见表1。-5-表1煤层顶底板特征表顶底板名称岩石类别硬度（f）厚度（m）岩性顶板老顶砂岩5～12>5深灰色中厚层状粉砂岩直接顶砂质泥岩4～82～3灰色砂质泥岩、砂岩伪顶泥岩2～40．1～0.6灰色泥岩内含砂质泥岩底板直接底粘土岩1～32.6～2.9灰白色粘土岩、灰色砂质泥岩，下为B2煤层

4、老底砂质泥岩4～8>5B2煤层下为灰色砂质泥岩、砂岩为主S3012工作面机、风巷断面积10.25m2，共揭露大小6条断层，其中落差在5m及以上的有两条，即：F2：153°∠66°H=5m、F6：62°∠39°H=6m。2影响断层带煤巷围岩破碎的主要因素断层附近煤岩体一般较为破碎，再加上巷道开挖后围岩应力状态恶化，围岩变得更为破碎而呈现峰后力学特性[1]。断层附近围岩应力高、围岩的峰后力学特征是围岩变形破坏的重要原因。（1）围岩应力高。巷道埋藏深度较大，因此巷道顶板所承受应力较高，加之断层带构造应力的影响，巷道开挖后，破碎围岩易于发生进一步破坏。（2）岩性发生变

5、化。由于岩层的非均质性，部分区域顶板岩性可能发生变化。软岩具有可塑性、肿胀性、崩解性、流变性和易拢动性等特点，仅采用工字钢无法达到支护要求，需要进行联合支护。（3）应变软化特性。岩石峰值应力后仍具有一定的承载能力，而这一承载能力随着应变的增大而逐渐减小，表现出明显的应变软化现象[2]。如果不加以控制，随着变形的增大，承载能力的降低，破碎煤岩体将进入摩擦阶段，最终导致煤岩体的破坏而片帮或冒顶。3支护设计采用高强度、高预紧力锚杆控制围岩的变形，辅助锚索及钢筋网加强支护，进一步减小锚固区外围岩的变形和离层，并起到对浅部松散围岩的悬拉作用。3.1支护机理锚、喷、索支护

6、是以锚索为主要构件，与钢带、钢筋网等辅助构件共同形成的支护体，其主要的作用支护机理有以下几点：（1）采用锚索、钢带形成高强度、大收缩性的支护承载圈，即组合加固拱。（2）由于巷道直接顶板内砂质泥岩较薄、构造产状复杂等因素，普通锚杆无法将复合顶板下的软岩全纳入锚杆锚固范围内，难以保证该巷道支护的可靠性。因此必须在普通的锚梁网支护的基础上采用锚索支护，即通过锚索的悬吊作用在深部稳定坚硬的岩层中，与组合梁一起形成一个厚度加大、抗弯强度和刚度提高的新的组合梁结构。-5-（3）采用锚杆支护，可以减少围岩浅部的扩容变形能力，在高应力的作用下扩容变形是不可能完全阻止，通过锚杆

7、、锚索支护可以有效的加固锚固范围的围岩体，可大大减少扩容变形量。（4）采用钢带、钢筋网提高了围岩面的抗拉变形通力，控制围岩的变形量，同时通过钢带形成一个有机的支护体，而不是锚杆、索的独立作用，从而提高了整体支护能力。（5）锚杆、索外端部采用预应力锚盘和钢垫板（11#工字钢），提高了抗变形能力，在高应力或采地动压力的作用下通过预应力锚盘提高构件的刚度，减少振动和弹性变形，这样做可以明显改善受拉模块的强度，使原本的抗性更强。3.2支护设计参数S3012工作面风巷锚杆支护断面图如图1所示。图1断层带巷道支护示意图（1）锚杆、钢筋网采用Φ18mm×2000mm的左旋螺

8、纹钢锚杆，锚杆间排距为750×830m