“三软”煤层巷道支护的工程实践
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摘要：通过对“三软”煤巷的不同支护方式的模拟试验，并在华晋明珠矿三软煤巷中得到应用，取得了理想的支护效果，对我国分布广泛的软岩巷道支护提供了有益的借鉴。
关键词：三软 巷道 支护方式 锚梁网支护
三软煤巷支护是煤矿巷道支护向深部延伸和回采时经常遇到的问题，由于大部分软岩使煤层围岩的重要组成部分，软岩的种类性质根据软弱程度的不同，也存在着很大的不同，这些使得巷道所处的地应力和构造应力出现不同的差别。目前在软岩的研究分类方面，没有一个统一的定论。在软岩巷道支护中，主要根据具体的要求，对支护的方式以及方法来进行确定，这种方式在很大程度上不利于软岩巷道锚杆支护的应用以及推广。
山西华晋明珠煤业有限责任公司明珠矿位于山西省吉县东部，巷道布置在位于山西组下部的2号煤层中，巷道顶板多为泥岩、细粒砂岩，局部为粉砂岩、含碳泥岩，顶板随采随落，较好管理。底板多为粉砂岩、泥岩，局部为砂质泥岩、含碳泥岩。强度低，有一定的水胀性，遇水可产生底鼓现象。煤层结构为粉状、块状，局部有火成岩侵蚀成天然焦。属于典型的“三软”煤层，即煤软、顶软、底软。给巷道维护带来诸多问题，巷道掘后不久便发生严重变形破坏，有时巷道侧压比顶压大，需要经常拉底扩邦维修，工作量大，不利于矿井开展正常的工作。
1 三软巷道的不同支护方式相似模拟试验
为了对巷道的支护方式进行明确合理的确定，从采区煤层巷道的实际情况出发，并结合下山机巷的围岩地质条件展开模拟，进行工字钢、锚网和锚梁网支护实验室试验研究，模拟煤巷顶底板岩层共7层，总厚度18m，其中2号煤厚为3.2m。为了更好的分析采集的数据，通常以压力系数和应变作为参考。应变力反映了应力的大小，得到三种不同支护方式下围岩应变―压力系数曲线。在相同的加载条件下，对比顶板下沉量，得到的顶板下沉量―压力系数曲线。不论哪一种支护方式，如果加载的条件确定，其应变：顶板>上帮>下帮。表明巷道围岩的活动规律是一定的，不受支护方式改变的影响，同时也说明模拟的三软巷道顶板变形显著。在载荷比较低的情况下，工字钢支护能较好地抑制巷道围岩的松动膨胀变形，也反映了工字钢支护相对锚网和锚梁网支护的“刚性”阻抗作用。应变与荷载成正比，随着荷载增大，压力系数也会不断的上升。首先是工字钢巷道应变达到最大，锚网支护巷道次之，然后再是锚梁网支护巷道。这种情况充分说明了工字钢支护的巷道如果压力不足，很容易发生塌落现象，因此，在三软煤巷中，不建议使用单一的工字钢支护。
在模拟的三软煤巷支护中，三种支护的顶板下沉量的变化趋势明显不同。工字钢支护巷道，其围岩变形速率比锚网、锚梁网支护大得多，表现为曲线的斜率增大更快，随着外界加载的不断增加，工字钢支护巷道顶板下沉量很快就成倍地增加，很快超过锚网和锚梁网支护的顶板下沉量，且最大下沉量分别是锚网支护的1.6倍、锚梁网支护的2.1倍。当载荷还不大时，工字钢支护的巷道顶板下沉量就达到最大值，此时工字钢支架变形加剧，使支架的力学性能受到破坏，反过来会加剧巷道的变形，这些都表明应力已接近并超过支架的极限载荷，支架变形严重。在巷道垮落的瞬间，受力顶板围岩突然向巷道内释放因变形积蓄的能量，因而产生一个缓冲，使得应力突然减小，然后随着垮落后的压实，应变量也渐渐地趋于一定值，在图上近似一条直线。可见，单一工字钢支护较难适应三软煤巷围岩的大变形。
经过多次反复探实验，明珠矿在工程实践中采用以下支护方式：在永久性大巷及过构造地质破碎带采用锚杆+梯子梁槽钢+网+锚索＋U29圆弧拱钢棚，然后进行喷浆的联合支护。喷混凝土保护层，以防止煤层风化和氧化。在其他巷道采用锚杆+梯子梁（槽钢）+网+锚索联合支护。
具体的支护形式为：
①顶板采用锚杆、槽钢（12）、金属网、锚索联合支护（顶板破碎时，12槽钢改为钢筋梯子梁），顶锚杆间排距为1700×700mm，皮带机头硐室顶锚杆间排距为1500×700mm。②两帮采用锚杆、钢筋梯子梁、金属网联合支护，帮锚杆间排距为800×700mm。③顶锚索间排距为1700×700mm。皮带机头硐室顶锚索间排距为1500×700mm。④、锚杆预紧扭矩：顶锚杆不小于150N・m、帮锚杆不小于120N・m。锚杆锚固力：顶锚杆不小于90KN、帮锚杆不小于50KN。⑤中间顶锚杆垂直顶板打设，角锚杆角度为75°，遇裂隙时，锚杆垂直于裂隙面，帮锚杆垂直巷帮布置。锚索尽量与岩层层面或巷道轮廓线垂直布置，如遇顶板节理发育、破碎、压力大地段增加U29圆弧拱钢棚然后进行喷浆的联合支护（棚间距800mm）。梯子梁（槽钢）与巷道中心线垂直，帮梯子梁垂直于巷道顶底板。⑥锚杆外露长度从托板算起≤50mm，锚杆露出螺母不少于两扣。锚索外露长度不小于150mm，不超过300mm。⑦顶锚杆孔深为2370mm、帮锚杆孔深为1970mm，锚索眼深6000mm。⑧每根顶锚杆采用一节MSCK2360快速树脂药卷（在上）和一节MSZ2360药卷（在下）锚固，每根帮锚杆采用一节MSCK2360（中）树脂药卷锚固，每根锚索采用一节MSCK2360快速树脂药卷（在上）和俩节MSZ2360药卷（在下）锚固。⑨皮带机头硐室采用金属菱形网+钢筋梯子梁+锚杆、索+喷浆联合支护，巷道宽4.7m，高3.5m，长20m，喷浆厚度不小于100mm。要求U29圆弧拱型钢棚棚腿必须垂直巷道底板，并支在实底、顶、邦与钢棚接实，棚之间要搭接好。这样的方式在工程实际中取得了较好的效果。
参考文献：
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