永久煤柱影响下软岩巷道耦合支护技术研究与应用.pdf

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1、2010年第6期能源技术与管理17永久燥轻影D向下软岩巷道耦合支护技术研究与应用金淦(中国矿业大学，江苏徐州I221008)[摘要]袁庄煤矿Ⅳ专用回风道受永久煤柱支承压力影响，现有支护强度较低且支护结构不稳定，巷道变形十分严重。从提高巷道围岩强度和支护结构稳定性出发，针对巷道的破坏特征，提出了采用u型钢+注浆+锚索结构补偿的耦合支护技术方案，并得到成功应用。[关键词]软岩：巷道；耦合支护[中图分类号]TD353．6[文献标识码]B[文章编号]1672-9943(2o10)06()】72道上方煤柱内形成的支承压力峰值约为原岩应力1试验巷道概述的2～3倍，围岩中的切向应力

2、达到32MPa以上。袁庄煤矿为高瓦斯矿井，jv回风道为Ⅳ，采大量工程实践表明，在煤柱下方的底板巷道，不仅区专用回风巷道，担负着Ⅳ采区的回风任务，巷使得位于应力增高区的巷道很难维护，有时位于道支护状况的好坏直接决定整个采区的通风安应力降低区内的巷道维护也困难。全。Ⅳ专用回风道为半煤岩巷，主要施工层位为2．3现有支护强度较低且支护结构不稳定4煤层，其中4煤层厚度为1．25m，4煤层厚度为U型钢支架具有高阻、可缩和强护表的能力，0．5m，中间有0．5m厚泥岩夹矸，煤层倾角在10。～能够很好的控制高应力作用下巷道浅部围岩剪涨33。之问，平均21。。直接顶为灰白色细、中粒砂岩，

3、变形，但由于u型钢棚与围岩的相互作用关系很厚度在73m左右，直接底为灰一灰黑色泥岩，厚差，支架大多局部承载，很容易产生扭曲和滑移，度为2．2m。并且从拱形支护的承载特性看，拱的承载能力较Ⅳ。专用回风道主要采用29U型钢棚支护，高，而两帮的承载能力较低，变形往往从两帮开部分地段也采用了注浆支护。长期以来，Ⅳ专用始，难以发挥支架的整体承载能力，而且巷道底板回风道受上部Ⅳ312、IV317和Ⅳ318[作面停无支护，底鼓十分严重，加速了两帮内移，很容易采后形成的永久煤柱支承压力影响，巷道变形十造成支护结构的整体失稳。分严重。注浆加固能够显著改善围岩体的力学性能及其完整性，促使

4、围岩形成整体承载结构，防止岩体2巷道破坏原因分析泥化和风化，但注浆支护不能改变支架的整体受2．1巷道围岩强度较低力分布，注浆后的岩体为一个脆性复合体，在高应Ⅳ。专用回风道为半煤岩巷，巷道两帮下部为力作用下仍极易破碎变形。4煤，中部含有0．5m厚的泥岩夹矸，巷道中上部3耦合支护技术分析及顶板以粉砂岩为主，底板为泥岩。由于岩体中节理裂隙发育，尽管岩块强度尚可，但围岩体本身的Ⅳ专用回风道原有支护采用29U型钢支强度并不高，而且在经过多次挑顶、刷帮和卧底护，u型钢支架具有增阻速度快、支护强度高和可后，巷道浅部围岩节理裂隙更加发育，相应的围岩缩性等优点，被广泛应用于各类破碎软岩

5、巷道中。松动圈范围较大，在永久煤柱支撑压力作用下极但大量工程实践表明，受巷道掘进爆破质量影响，易产生强烈变形，为典型的工程软岩。。支架与围岩相互作用关系较差，支架实际承载能2．2永久煤柱支承压力影响力仅为理论承载能力的1／3～1／5，另一方面支架自上覆工作面煤层开采以后，在Ⅳ专用回风道身结构不稳定，极易导致支护出现结拇l生失稳。图上方形成的永久煤柱内形成较高的集中应力，并1为不同支护形式下U型钢支架弯矩分布状况。向底板传递。根据现有的地质资料，Ⅳ，专用回风从图1(a)可以看出，在支架承载过程中支架18金淦永久煤柱影响下软岩巷道耦合支护技术研究与应用2010年第6期两帮

6、承受的弯矩远远高于拱部，随着计算步数增7()()600加，支架最大弯矩逐渐向帮部中央偏移。当支架帮500部承受的弯矩大于其许用弯矩时，支架产生屈服逐渐产生破坏，而此时支架拱部仍保持稳定。Ⅳ嚣2o0专用回风道通过注浆支护，围岩强度可以得到明窿lo00显的提高后，但对比图l(a)与图1(b)注浆前后支架的弯矩分布状况可以看出，注浆后两帮角弯矩运算步数，5o0步—一u型钢支护一L1型支护+注浆支护一耦合支护得到明显减小，但棚腿弯矩分布形态没有太大变(a)两帮移动变化特征化，因此单纯依靠注浆并不能改善u型钢的整体4o0受力状况。3503o0从图1(a)、1(b)可以得知，U型

7、钢支护失稳多是结构局部结构性失稳导致的，因此必须对支黝150架结构薄弱处采用结构补偿，降低支架承受的弯100警5O曲应力，发挥支架的整体承载能力。图1(c)为采0用锚索结构补偿耦合支护后的支架弯矩分布状运算步数／5(x】步况，从图1(c)中可以看出，与单纯采用注浆支护一u型钢支护—一u型支护+注浆支护一耦合支护相比，锚索结构补偿能很好的改善支架的受力情(b)顶底板移动变化特征况，棚腿弯矩明显减少。图2不同支护形式下围岩变形特征4高强稳定型耦合支护方案根据前面的分析，控制此类高应力作用下巷道围岩的强烈变形，不仅要求支护体应具备较高的支护阻力，而且要求具