高应力煤巷的支护

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摘要：文章介绍了实践深井高应力巷道支护原理，并根据围岩松动圈支护理论和实测情况给出了设计巷道的断面及支护参数，根据支架一围岩作用原理进行支护。同时在深井巷道中采用让压一抗压支护原理，充分发挥围岩的自承力，巷道支护效果显著。

关键词：高应力煤巷；松动圈；控顶卸压；深井支护巷道

中图分类号：TD353　文献标识码：A　文章编号：1009-2374(2011)07-0106-02

一、施工概述

随着煤炭开采的发展，我国部分煤矿都已经进入深井开采，作业中所遇到的地质条件也越来越复杂。进入深部开采以后，矿山压力大，巷道围岩变形量显著增大，岩石强度变化大，巷道维护变得异常困难。深井巷道的矿压控制对深部开采起着至关重要的作用。因此，深井巷道围岩稳定性控制理论与应用实践，对指导矿井现场安全作业中具有现实的指导意义。

二、深井支护巷道理论分析

巷道开挖前，区域内围岩处于一定的应力平衡，巷道开挖后，围岩应力重新分布，当围岩的强度能够适应变化后的应力状态，可不采取任何人为的支护措施，便能保持巷道的稳定性，但在深井中，巷道开挖后，应力状态变化多大，指使围岩不能适应变化后的应力状态，巷道围岩失稳，造成严重破坏，为此需要及时有效的对开挖后的巷道围岩进行加固，巷道设计合理，支护方案有效。

一般来说，巷道开挖后，根据对围岩影响程度的不同，可将围岩分为四个区(由巷道壁向远方)，破裂区、塑性区和原岩应力区。在极限平衡分析中，常将破裂区和塑性区合并为极限平衡区，由于岩体的各向非均质性，力学表现为各向异性，对于深井支护来说，在实际中，考虑到深井围岩的高应力状态，杏花煤矿在施工东采区28#左风道时采取先让压再抗压的矿压控制方法，效果显著。首先让压，是指在采用锚网支护措施的前提下，容忍围岩产生一定变形，以释放掉围岩的部分内聚力量，降低围岩对支护造成的压力，利用围岩自承力，减轻支护受载，其次，在巷道围岩释放部分能量的一段时间后，再重新布置高强度锚网支护，提高支护密度，用加强支护的手段抑制或减少围岩发生位移，增强巷道的抗变形内能力，充分利用围岩自承能力，增加巷道服务年限。

三、深井巷道概况

杏花煤矿东采区28#左风道布置在该矿28#煤层中，巷道埋深在850～939m。28#煤层结构简单，变化稳定，全层厚度在2.63米左右，中间有0.61米的页岩夹煤线，上分层平均厚度在0.62米左右，下分层平均厚度在1.40米左右，28#煤层伪顶为0.18米的黑色碳质页岩，直接顶为1.75米的深灰色细砂岩一粉砂岩，老顶为2.04米的深灰色细砂岩局部含层理。深井中该煤层力学性各向异性表现强烈，围岩位移量大，设计断面在以往支护设计施工中受矿压影响，支护材料破损，支护强度下降，断面缩小严重，不能满足生产需要，巷道经常进行开帮、拉底处理。

四、设计断面及支护设计

(一)　设计的依据

本次施工巷道支护参数设计以围岩松动圈支护理论和“支架一围岩”理论依据，以围岩松动圈经验值来设计锚网支护参数。

围岩松动圈是围岩分类、判定巷道支护难度的基本依据，该煤层巷道施工经验，爆破松动圈值在1.4～1.6m。巷道采用φ20、2.0m树脂螺纹锚杆支护，有效控制爆破松动圈岩层。

(二)　断面的确定

为满足矿井生产需要，断面为矩形断面，巷道规格：宽(毛)4.0m，高(毛)2.8m；宽(净)3.6m，高(净)2.6m。巷道布置在煤层中，沿煤层顶板掘进，改进掘进与支护方式。由于深井矿压造成巷道变形，巷道开挖初期围岩内聚力大，采用的锚杆、锚索强度很难控制围岩变形，为此预留两帮围岩变形量150mm，巷道净断面尺寸为宽(净)3.6m，高(净)2.6m。

(三)　支护材料

根据围岩松动圈经验值，由于巷道服务年限长，巷道全断面锚杆、锚索、金属网支护，以保证巷道支护结构的整体稳定性。

(四)　巷道矿压控制技术

第一，首先巷道以宽(毛)4.0m，高(毛)2.8m断面施工，并对顶板及时实施锚网和锚索支护，帮仅施工锚杆、金属网支护。

第二，二次支护滞后工作面30米对巷帮施工锚索加强支护。

(五)　顶板岩体预应力锚索加固

预应力锚索的施工在完成全断面锚网支护后，可滞后工作面20米进行一次性增补。这样围岩在允许时间内能够更加充分的释放内聚力。施工锚索时，首先在巷道顶板的中部沿顶板岩层的垂直方向用锚杆钻机进行钻孔，达到设计孔深后，卸下钻杆，顺序装入树脂药卷，用钢胶线将树脂送至孔底，并将钢胶线与锚杆钻机相连，然后再开动钻机搅拌树脂，将钢胶线送至眼底，实现锚索的锚固。

(六)　控顶卸压

巷道开挖后，首先对巷道项板进行支护，做到不空顶作业。及时支护顶板防止顶板在爆破松动圈内发生岩层严重分离，给支护带来压力，因此必须加强顶板支护质量的管理。顶板支护的锚索在压力显现强烈时必须跟迎头，防止顶板下沉。由于顶板岩层较稳定，只能发生大面积下沉，如果支护质量差易造成顶板离层，因此必须控制顶板移近量，使能量集中体现在帮壁上，实现控制顶板，帮壁移近变形卸压。巷道帮壁为煤岩，煤岩体自身强度较低，容易传导各方面变化发生应力变化。

(七)　两帮煤体的锚网加固

首次加固采用锚杆、金属网加固，根据井巷“支架一围岩”作用原理，一次支护目的是封闭和隔离围岩，以防止巷道周边悬露面上个别危石掉落，同时对围岩初期移动给以一定限制。二次加固采用锚索加强支护，目的使围岩在发生重新应力分布进一步趋于平衡后，巷道帮壁释放部分内聚力，减轻对支护材料的作用，从而保证巷道使用期间的稳定性和确保工作安全，使锚杆、金属网加固的帮壁整体加固在原岩应力区。实际中滞后工作面30米二次支护，这样由于巷道帮壁支护强度低，而深井围岩内聚力大，巷道围岩将在低强度支护条件下释放部分内应力。二次支护增强了巷道帮壁的支护强度，使巷道围岩应力分布趋于稳定。

五、施工结论

通过在新掘深埋高应力煤巷中，应用让压一抗压支护技术对巷道支护，获得了较好的技术经济效果。施工工程量达600余米。取得了以下几点结论：

第一，对松动圈高应力顶板煤巷应采取合理的控顶降压(顶板一次加强支护，控制变形；帮壁二次支护，允许帮壁发生变形，释放部分能量)措施，使围岩中的高应力得到部分释放，尽量减轻了围岩的松动破坏范围，为实施锚网和锚索主动支护创造了有利的条件，减轻对支护材料的压力，保证了巷道支护的可靠性。

第二，实施锚网二次加固技术，较好地适应了围岩的地质条件，实现了在复杂条件下应用被动变主动支护技术，发挥了围岩的自承载能力作用，提高了支护结构的承载能力。

第三，在深井巷道中，通过对巷道的帮壁锚网二次加强加固，改善了巷道围岩的特性，部分内聚力能量得以释放，提高了项底板岩体的承载力，有效控制减轻了巷道的底臌，保证了巷道支护结构的整体稳定。

第四，明确先让压再抗压的支护理论，充分发挥支护材料的特点，使之形成一个支护的联合整体，实现岩体自承力与支护材料的共同承载，满足复杂条件的需要，为解决深矿井高应力煤巷支护问题提供保证。