b090102 复合顶板回采巷道锚、梁、网+锚索联合支护技术

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1、复合顶板回采巷道锚、梁、网+锚索联合支护技术穆海洋毕业武蒲文龙【黑龙江科技学院安全工程学院，黑龙江哈尔滨150027】摘要结合东海煤矿锚杆支护发展现状，针对东海矿21综采面倾斜长壁工作面具体地质条件，介绍了复合顶板回采巷道锚、梁、网+锚索联合支护的试验情况。根据巷道支护难点，提出了支护技术方案，确定了锚、梁、网+锚索联合支护技术参数；根据现场工业实验证明该巷道采用锚、梁、网+锚索联合支护技术，既改善了巷道围岩的变形，又保证了工作面正常回采。关键词回采巷道复合顶板锚、梁、网+锚索联合支护--------------

2、---------------------------------------------------------1问题提出锚杆支护从1955年开始在煤矿巷道中使用，经过多年的研究、改进和工程实践，已成为我国煤矿巷道的主要支护形式之一，其主要特点是支护费用少，劳动强度小，实现巷道大断面较易等。随着锚、梁、网组合使用，进一步扩大了锚杆支护的应用范围。1979年锚杆支护巷道542km，占全部巷道的36.3%；1996年增加到897.18km，占全部巷道的57.34%。其中，岩巷、半煤岩巷、煤巷均得到应用，采用锚杆支护

3、的范围正在扩大。锚杆支护在煤巷的扩大应用，必将促进煤炭工业的进一步发展。如今在地压小，断层破碎带少的煤矿，基本实现全锚化[1～2]。东海煤矿21综采面回采巷是复合顶板巷道，支护极其困难。该矿以往采用传统的工字钢架棚支护，当开采顶部煤层时，由于回采产生的巨大压力，往往会发生严重的支护变形、破坏，很容易造成冒顶，需经常进行维修；在工作面前需拆棚、回掘等，工序复杂而危险。组合锚杆支护作为一种主动支护形式，有利于工作面端头的支护和安全回采。2工程地质背景21综采面为倾斜长壁工作面，位于-592m水平东一采区，工作面回采巷

4、长1685m，轨道巷长1600m，切眼长240m，倾角2～5°。巷道均沿8煤顶板掘进，煤厚在2.5～3.45m之间，平均厚度为3.0m。巷道顶板相变较大，多数区段顶板为灰黑色泥岩、砂质泥岩，伪顶为炭质泥岩，厚度为0.1～0.3m，局部区段顶板为灰色或灰白色细、中粒砂岩基本顶，8煤顶板为典型的复合层状顶板，8煤顶、底板岩性如图l所示。图18煤岩性柱状图3复合顶板特点与破坏机理3.1复合顶板特点所谓复合顶板，其本质就是离层型顶板，即上覆于煤层由多层厚度较小，层理、节理和裂隙发育、强度低的软弱煤岩层相间构成，各岩层之间

5、黏结力较弱甚至无黏结力，与上部岩层胶结性差的一层直接顶。一般经采动影响，复合顶板因岩石强度低分层薄，其挠度比上部岩层大而向下弯曲，且上、下岩层胶结性差，附着力低，因而容易离层，在巷道发生局部冒顶的事故中，复合型的破碎顶板占相当大的比例[3～4]。3.2巷道顶板破坏机理3.2.1巷道顶板破坏的一般过程顶板受压变形→岩石局部屈服变形→节理弱面发生破坏→顶板较低层位发生弯曲变形(伴有局部岩块脱落)→岩层发生拉伸或局部剪切破坏→巷道顶板变形破坏。3.2.2塑性破坏机理①巷道围岩在高地应力作用下，发生应力扩容变形而破坏。②

6、巷道围岩中含有膨胀性软岩，吸水发生膨胀变形而使围岩发生破坏。③锚固平衡拱内岩石由弹性体转变为破坏松动体，使锚杆丧失加强锚固平衡拱的约束离层和抗剪切两个基本作用，导致围岩破坏。④巷道开挖后，巷道围岩是先由压应力引起的挤压破坏，随着挤压破坏向围岩深处发展，引起岩石裂隙扩张和体积膨胀，造成巷道周边岩层弯曲，而产生弯曲拉应力，导致顶板岩层破坏。3.2.3结构破坏机理①巷道开挖后，岩层抗水平应力的截面减少，在水平应力作用下煤层沿水平层理面向巷道挤入，致使巷道帮顶受水平应力作用而破坏。②围岩中节理构造面的存在对围岩的承载能力

7、及其稳定性影响很大，尤其是节理面与最大主应力方向斜交时，岩体最容易沿节理弱面破坏而失稳。③巷道开挖后，围岩受力状态由三轴应力变为单轴压应力状态，由于岩石单轴抗压强度低，致使围岩产生塑性破坏或沿节理弱面破坏、随着锚固岩体的变形、离层和弯曲，巷道中部的锚杆始终受力，若锚杆的长度、刚性越大，会使之受力越大，锚杆受力即可达到强度极限而破坏，则岩层发生破坏。4复合顶板锚杆支护设计4.1复合顶板锚杆支护机理复合层状顶板在层状岩层中开拓的巷道与均质的岩层中明显不同，岩层的层面有三种主要性质对开采是很重要的。第一，垂直于岩层层面

8、的抗拉强度低，个别出现明显裂隙的地方甚至为零。第二，是层面的抗剪强度比完整的岩层低。第三，是这类煤层中开掘巷道多不破顶，这三个特性决定了层状岩层对下煤层中开掘巷道产生的特殊力反应。对于层状煤层体中开掘巷道，其支护原则是：第一，充分发挥围岩的自承能力，即完整性，尤其是顶板；第二，是采取措施提高围岩的强度。而满足这两个要求的理想支护就是锚杆支护，这时通过锚杆提供的锚固力和预紧