江西煤炭科技 ２０１５年第４期 Ｎ０．４ ２０１５ ＪＩＡＮＧＸＩ ＣＯＡＬ ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ｅ ｓ。’、 ） 《技术经验《 ； ＃ ＼ 写 “三软’’煤层回采巷道支护技术研究与实践 于 伟 （中电投山西铝业有限公司，山西忻州０３４１００） 摘 要：以梨囝矿二 一２１１１０工作面为研究对象，研究了“三软”煤层工作面回采巷道在原Ｕ型钢支护形式下巷道变形规 律，并从支护结构、围岩特性等多个方面分析回采巷道破坏机理。经研究决定采用“锚网＋Ｕ型钢可缩性支架”辅以锁腿锚 杆对该工作面回采巷道进行支护。结果显示，该支护形式下回采巷道变形仅为原支护的４Ｏ ，支护效果较好。 关键词：“三软”煤层；回采巷道；Ｕ型钢支架；锚网；锁腿锚杆 中图分类号：ＴＤ３５３ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００６—２５７２（２０１５）０４—００１８—０３ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ｐｒａｃｔｉｃｅ ｏｎ Ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ Ｒｏａｄｗａｙ ｉｎ”Ｔｈｒｅｅ Ｓｏｆｔ”Ｃｏａｌ Ｓｅａｍ ＹＵ Ｗｅｉ （Ｓｈａｎｘｉ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｔａｔｅ Ｐｏｗｅｒ Ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｘｉｎｚｈｏｕ，Ｓｈａｎｘｉ ０３４１００） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔａｋｉｎｇ ｔｈｅ １—２ １ １ １ ０ ｗｏｒｋｉｎｇ ｆａｃｅ ａｓ ａ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｂｊ ｅｃｔ，ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｓｔｕｄｉｅｓ ｔｈｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｌａｗ ｏｆ ｍｉｎｉｎｇ ｒｏａｄｗａｙ ａｔ”Ｔｈｒｅｅ Ｓｏｆｔ”ｃｏａｌ ｓｅａｍ ｗｏｒｋｉｎｇ ｆａｃｅ ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ ｂｙ Ｕ ｔｙｐｅ ｓｔｅｅｌ ｓｕｐｐｏｒｔ，ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｒｏａｄｗａｙ ｆａｉｌｕｒｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ａｓｐｅｃｔｓ ｏｆ ｓｕｐｐｏｒｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋ，ａｎｄ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｏａｄｗａｙ ｓｕｐｐｏｒｔ ｗｉｔｈ ａｎｃｈｏｒ ｎｅｔ，Ｕ ｔｙｐｅ ｓｔｅｅｌ ｙｉｅｌｄａｂｌｅ ｓｕｐｐｏｒｔ ａｎｄ ｌｅｇ—ｌｏｃｋ ａｎｃｈｏｒ，ｗｈｉｃｈ ｈａｓ ｒｅｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ｒｏａｄｗａｙ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｔｏ ｏｎｌｙ ４０ ｏｆ ｔｈｅ ｏｒｉｇｉｎａｌ ｏｎｅ ｗｉｔｈ ｇｏｏｄ ｓｕｐｐｏｒｔ ｅｆｆｅｃｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：”Ｔｈｒｅｅ Ｓｏｆｔ”ｃｏａｌ ｓｅａｍ；ｍｉｎｉｎｇ ｒｏａｄｗａｙ；Ｕ—ｔｙｐｅ ｓｔｅｅｌ ｓｕｐｐｏｒｔ；ａｎｃｈｏｒ ｎｅｔ；ｌｅｇ—ｌｏｃｋ ａｎｃｈｏｒ “三软”煤层是指煤层及顶底板围岩强度较低的煤层。 “三软”煤层因煤层及顶底板均为软弱围岩，煤层裂隙发育 程度较高，煤体结构和形态较复杂“ 。开采实践表明， “三软”煤层回采巷道常会因围岩变形出现巷道顶板离层、 底鼓和巷帮片冒现象。长期以来，“三软”煤层回采巷道支 护问题一直是影响工作面安全、高效开采的重要因素。 。 梨园矿宁庄井所采煤层为山西组二 煤层，煤层顶底板为 ・ 泥岩、砂质泥岩。该矿井工作面回采巷道先后采用Ｕ２９和 Ｕ３６型钢可缩性支架均不能有效避免支架变形损坏和巷 道收敛变形现象。为了保证工作面安全回采，矿井不得不 组织专人对巷道进行翻修和维护。鉴于此，矿井组织技术 攻关，通过增加锚杆支护技术有效地控制了回采巷道围岩 变形问题。 １ 回采巷道变形特征 １ Ｒ ・ １．１工作面概况 试验巷道选用梨园矿宁庄井东一下山采区二 一 ２１１１ｏ综采工作面回采巷道，该工作面南邻二 一２１０９０工 作面采空区，北部为二 一２１１３０工作面采空区，西北部为 Ｄ梅庄一１断层，西部为采区三条下山，东部为井田保护煤 柱。工作面平均采深为６３５ ｍ，所采煤层为山西组二。煤 层，煤层均厚为３．５ ｍ，倾角为ｌ２。～２６。，平均为２２。，煤层 普氏硬度ｆ一０．１３～０．１５，容重为１．３９ ｔ／ｍ。，煤层整体赋 存疏松易碎，呈层状和块状，节理裂隙发育程度较高，属于 松软不稳定煤层。工作面直接顶为均厚２．２９ ｍ的灰黑色 泥岩，基本顶为均厚６．８５ ｍ的砂质泥岩～细粒砂岩，底板 为均厚４．８３ ｍ的深灰色泥岩～砂质泥岩，其中砂质泥岩 以石英和岩屑为主，细粒砂岩以石英和长石为主。 １．２巷道原支护方式及破坏特征 二 一２ｌ１１０工作面共布置机巷和风巷两条巷道，两巷 均沿煤层顶板掘进，断面为半圆拱形，规格（宽×高）为４．１ ｍＸ ３．３ ｍ，两巷支护方式均为半圆拱形Ｕ３２型钢可缩性 支架支护，支架棚距为０．６ ｍ，棚间采用金属连扳进行连锁 固定。工作面投产后，两巷进行超前替棚，替棚后支护方 式为单体柱配合圆木进行支护，圆木下方沿走向打设两趟 托棚进行加固。在工作面回采期间，机、风两巷变形剧烈， 尤其是动压区范围内巷道收敛量可达巷道设计断面的 ６Ｏ％，为了保障工作面安全回采不得不进行巷道翻修和维 护。为了掌握该工作面回采巷道变形破坏特征，采用“十 字交叉”法对工作面机巷围岩变形规律进行实测，结果见 图１。 由图ｌ可知，二 一２ｌｌｌ０工作面机巷在回采期间收敛 变形剧烈，尤其是在动压区范围内收敛率可达６０％左右， 巷道变形的主要形式为顶板下沉、底鼓和两帮收敛，其中 顶板下沉量累计可达１４０ ｍｍ，底鼓量可达４６０ ｍｍ，两帮 收敛量累计约为６００ ｍｍ，由此可知工作面机巷控制围岩 变形的关键在于控制两帮和底板。根据巷道变形规律还 可得知，机巷超前支承压力峰值在工作面煤壁前方１Ｏ～１２ ｍ，采动影响范围为煤壁前方６０ ｍ范围内，其中煤壁前方 ３０ ｍ范围内为剧烈影响区。 ８００ ＿◆＿顶板下沉量 ｅ００ 碘４００ ２００ 噱 Ｏ ０ １０ ２０ ３０ ４０ ５０ ６０ ７Ｏ ８Ｏ ９０ １００ １１Ｏ 距工作面煤壁距离／血 图１原支护方式下二 一２ｌ１１Ｏ工作面 回采巷道变形规律 ２ 回采巷道变形机理分析 根据地质勘探资料，二 一２１ｌ１０工作面顶底板岩性为 泥岩、砂质泥岩和少量细粒砂岩，顶底板岩层呈薄层状，煤 体及围岩节理裂隙发育程度较高。根据物理岩性力学试 验分析可知，细粒砂岩饱和单轴抗压强度为４３．６～１２２．１ ＭＰａ，泥岩和砂质泥岩类饱和单轴抗压强度为４．６～１３．２ ＭＰａ。机巷北部受到二 一２１１３０工作面采空区和Ｄ梅庄 一１断层的影响，顶板岩层较破碎，易在采动影响作用下出 现坍塌和顶板冒漏；风巷南临二 一２１０９０工作面采空区， 且二 一２１０９０工作面与风巷间煤柱仅６～８ ｍ，在采动影 响和矿山压力作用下巷道收敛变形和破坏较剧烈。采用 Ｘ衍射对顶底板围岩进行分析，结果显示，工作面顶底板 泥岩和砂质泥岩均含有较高的高岭石、伊利石和蒙脱石等 粘土成分，尤其是顶底板泥岩中含量高达６４ ～７５ 。粘 土类泥岩遇水易发生水理作用，主要表现在与水作用后岩 体发生软化和膨胀，岩体出现开裂、剥落和崩解泥化现象。 现场发现，二 一２１ｌ１Ｏ工作面巷道两帮湿润，底板常有积 水。分析认为水源主要来自顶板淋水和采空区积水渗进。 顶底板岩层发生水理作用是引起二 一２ｌ１１Ｏ工作面巷道 围岩变形的主要因素。此外，巷道的开挖会造成原岩应力 重新分布，在此过程中巷道围岩发生形变并逐渐趋于稳 定。矿山压力和回采扰动会进一步造成回采巷道的变形、 失稳和破坏，且这种巷道破坏是随着回采过程呈反复循环 状态。 ３ 支护方案的确定和实施 目前，“三软”煤层回采巷道支护方式主要有Ｕ型钢可 缩性支架支护和“锚网索”支护两种，宁庄井曾在二 一 ２１０９０工作面机巷外段试验“锚网索”支护，支护效果较差， ・ １ ９ ・ 难以满足安全回采要求；而Ｕ型钢可缩性支架属被动性支 护，在回采期间常出现支架变形损坏，巷道严重收敛破坏 现象“ 。分析认为，对于“三软”煤层工作面回采巷道采 用单一的巷道支护方式难以有效控制巷道变形，故决定采 用“锚网＋Ｕ型钢支架”进行联合支护对二 一２１１１Ｏ工作 面回采巷道进行控制。该支护方式的优点在于：①锚杆和 可缩性Ｕ型钢支架可一定程度的释放巷道围岩变形能，避 免巷道围岩出现剪切破坏；②锚杆支护可利用其预紧力提 高巷道围岩的整体性和自承载能力，实现巷道的载荷均匀 分布；③Ｕ型钢支架强度高，能够适应松软煤层回采巷道 的载荷和变形，巷道断面利用率高。 根据现场实际和相邻矿井支护经验设计支护参数：可 缩性Ｕ３２型钢支架棚距为６００ ｍｍ，选用无纵筋左螺旋预 应力锚杆，锚杆规格（Ｉ）２２×２２００ ｍｍ，间排距为１２００ ｍｍ￣ １２００ ｍ，采用１２ 铁丝，规格３０００ ｍｍ×６５０ ｍｍ的金属网 进行护帮和护顶。为了防止ｕ型钢支架腿子向巷道中别 出，决定在距底板４００ ｍｍ处打设锁腿锚杆，由２根０２２× １６００ ｍｍ锚杆配合卡兰加固Ｕ型钢腿子以防腿子别出。 优化支护方案见图２。 、ｕ型塑塞黎腿王 、趟 咝枉 杆放大图 图２ 二ｔ一２１１ｌＯ工作面优化支护方案示意 为了掌握该新支护工艺下二。一２１１１０工作面回采巷 道变形规律，采用“十字交叉”法进行现场实测，将实测数 据绘制成图（见图３）。由图３可知，采用“锚杆＋Ｕ型钢支 架”同时配合锁腿锚杆后，回采巷道在距离煤壁７０ ｍ外基 本保持稳定，在煤壁前方７０ ｍ范围内随着与煤壁距离逐 渐减小巷道变形有增大趋势，具体为：顶板下沉量累计可 达３６ ｍｍ，底鼓量可达１４５ ｍｍ，两帮收敛量累计约为２６０ ｍｍ；围岩变形主要发生在煤壁前方２０ １２＂１范围内，变形量 约占总变形量的７２％、５７ 和７３ 。通过分析可知，在新 支护工艺下，巷道围岩得到了有效控制，支护效果较好，可 ・ ２０・ 在梨园矿各生产矿井推广应用。 捌 噱 ０ １０ ２０ ３０ ４０ ５０ ６０ ７０ ８０ ９０ １００ ｌ１０ 距工作面煤壁距离／ｍ 图３新支护形式下二 －－２１１１０工作面回采巷道变形规律 ４ 结语 “三软”煤层回采巷道因受地质条件、围岩特性、采动 影响和不合理支护方式等因素的影响易出现变形、失稳和 破坏，采用“锚网＋可缩性Ｕ型钢支架”是主动支护与被动 支护的有机结合，可有效提高巷道围岩的整体性和自承载 能力，抑制巷道变形和破坏，且可避免巷道开挖后在回采 期间出现顶板结构的“二次松动”，能够满足工作面安全生 产需要。另外，配合锁腿锚杆，可有效控制Ｕ型钢支架腿 子向巷道中别出现象。该支护方式相对于“三软”煤层回 采巷道单一支护方式具有明显的优越性，可在类似巷道中 推广应用。 参考文献： （１３孙平勇，李洪彪．三软煤层工作面矿压显现规律实测研究 （Ｊ３．江西煤炭科技，２ｏ１４，（３）：１６８—１７ｏ． ［２］赵长红，张忠凝，张志智．“三软”煤层中回采巷道支护技术研 究［Ｊ］．价值工程，２ｏ１２，（１９）：２３—２４． （３３王江生，黄汉富．三软煤层巷道锚杆支护技术［Ｊ］．矿山压力与 顶板管理，２０００，（４）：３１—３３． （４］覃俊，黄庆亨，刘玉卫．石屏矿三软煤层回采巷道的破坏机 制与支护研究［Ｊ］．矿业安全与环保，２Ｏｌ１，３８（３）：３９—４２． （５３徐金海，诸化坤，石炳华，等．三软煤层巷道支护方式及围岩控 制效果分析（Ｊ３．中国矿业大学学报，２００４，３３（１）：５５—５８． 作者简介：于伟（１９７６一）。男，吉林九台人，博士，工程师，现从 事矿山管理工作。 收稿日期：２Ｏ１５一Ｏ８一Ｏ３ 编辑：彭启和