深部顶板煤巷动压巷道支护技术研究

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1、深部顶板煤巷动压巷道支护技术研究于光辉摘要：本文分析了深部煤巷动压巷道变形原因，提出多种加固方案，并对方案进行优化选择，最终确定采用槽钢、锚杆、锚索耦合支护加固方案，取得了良好效果。关键词：煤巷动压巷道锚网（索）支护一、概述鹤壁三矿位于鹤壁煤田中部，南距鹤壁市中心2Km，东距京广铁路汤阴车站21Km，汤鹤铁路支线从本矿工业广场穿过，距鹤壁北站1Km，鹤壁集至汤阴公路由本矿东北穿过，公路及铁路交通方便。矿井生产能力140万t/a，为鹤煤集团骨干矿井之一。三矿井田地质构造较复杂，为Шa型。本井田处于鹤壁煤田中部，地层总走向NNE，倾向SE，倾角8°～48°，一般

2、为21°。为一具有波状起伏的单斜构造，NNE向及NE向断裂发育，对煤层开采有一定影响。三水平猴车道布置在三条下山的保护煤柱中，沿煤层顶板掘进，处于背斜轴部，原岩应力比较大，围岩应力集中，猴车道变形比较严重，急需提前加固。目前，国内外对高应力巷道基本上采用组合支护技术，如U型钢支护+壁后充填，钢筋混凝土+预应力锚索，高强锚杆+锚索、围岩注浆加固等，这些技术适应不同的围岩条件；但由于支护成本、施工条件、施工难度、施工技术等原因，这些技术尚未在鹤壁矿区得到大量的推广应用；目前鹤壁矿区仍大量采用价格昂贵的U型钢支架，实践表明，U型钢支架并不能完全适应鹤壁矿区围岩的地

3、质条件；因此，有必要研究出一套针对性强，经济合理，操作简便，效果良好的巷道维修技术体系，全面改善鹤壁矿区失修巷道的技术面貌。在把握国内外巷道支护发展现状及方向的基础上，针对三矿三水平猴车道变形、失稳巷道的具体条件开展巷道支护技术研究。主要研究试验内容：1、对鹤壁矿区各类失稳巷道围岩结构特点及变形特点进行分析，在此基础上根据巷道维护难易程度进行分类；2、根据具体情况，选择合理的支护方式进行研究。3、根据巷道变形特征、巷道服务年限，研究锚杆、锚索、注浆加固、组合锚杆等支护参数；4、研究失修巷道维修时合理的施工技术；5、提出适合三矿不同条件下的巷道维修技术体系；三

4、矿三水平猴车道布置在三条下山的保护煤柱中，沿煤层顶板掘进，三水平猴车道直接顶板为深灰色砂质泥岩，厚4.85m，老顶为细粒砂岩，厚3.04m，直接底为黑色砂质泥岩，厚11.07m，综合柱状图如图1。设计断面为矩形，净宽4.0m，净高2.6m（下帮高度必须保证2.6m，上帮高度不限），原设计依据工程类比法确定各支护参数，顶板锚杆采用φ20mm高强度螺纹钢树脂锚杆，长度2m，顶板每隔一排布置两根锚索加强支护，锚索直径15.24mm，长度8m，两帮采用φ18mm圆钢树脂锚杆，长度2m，帮顶铺设8#镀锌铅丝菱形网，并且辅设梯子梁支护，锚杆间排距700×700mm，顶板

5、布置6根锚杆，上帮布置4根锚杆，下帮布置5根锚杆。见巷道锚杆—锚索支护总体布置图。由于巷道处于动压状态，巷道还没投入使用，就多处发生变形破坏，特别是两帮移近量比较大，最大处移近量达500mm，严重影响巷道的正常安全使用。二、变形原因分析三水平猴车道布置在三条下山的保护煤柱中，沿煤层顶板掘进，处于背斜轴部，原岩应力比较大，围岩应力集中，掘进过程中一方面受到两侧放顶煤工作面的采动影响，另一方面受到三条下山重复整修迭加应力的影响，改变了原岩应力场中的静压状态，应力增大，导致巷道围岩应力的再次或多次分布，巷道原有静压状态下稳定平衡被打破，围岩发生显著变形位移和压力增

6、大，需要经过应力重新分布达到新的平衡后，巷道围岩才能重新稳定下来。由于现有支护方式不能适应动压影响带来的应力变化情况，导致巷道受到不同程度的破坏，或断面变形，或围岩松动失稳，从而影响巷道的正常安全使用。三、加固方案设计（一）提出方案针对三水平猴车道出现严重变形的情况，根据工程地点的地质条件，结合有关失修巷道支护方面的技术资料，提出三种加固方案：砌碹支护补打锚索、喷浆支护槽钢、锚杆、锚索耦合支护（二）确定方案方案名称技术原理优缺点与三水平猴车道的适应性方案筛选砌碹支护利用料石的强度及整体性抵抗围岩的压力。优点：在静压状态比较适用，巷道美观。缺点：塑性变形量范围

7、小，不能适应动压状态。一方面砌碹支护工作量比较大，目前三水平猴车道马上投入运行，时间上不允许；另一方面三水平猴车道处于动压状态，砌碹支护很难适应。×补打锚索、喷浆支护对围岩施加预应力，主动支护围岩，充分调动巷道深部围岩的强度。优点：工艺简单，容易操作，能够给围岩一定的预应力。缺点：不能适应巷道高应力、大变形状态。三水平猴车道处于高应力、塑性大变形状态，单一锚索、喷浆加固支护不能适应高应力带来的塑性大变形。×槽钢、锚杆、锚索耦合支护通过锚杆-围岩、锚索-围岩以及槽钢-围岩支护的耦合而使其变形协调，从而限制围岩产生有害的变形损伤，实现支护一体化、载荷均匀化，达到

8、巷道稳定的目的。优点：能够消除单一锚喷支护或钢棚支护