B060401 深部复杂条件煤巷的联合支护技术

深部复杂条件煤巷的联合支护技术

武涛 岳远省 李强

【山东省七五生建煤矿，山东 微山县，277606】

摘 要 山东省七五生建煤矿在深部复杂条件的巷道施工中，以围岩松动圈支护理论和矩形巷道模拟试验结果为依据，采用锚、网、梁+锚索联合支护技术取得了良好效果。 关键词 联合支护 深部复杂条件 煤巷 应用

1 矿井概况

山东省七五生建煤矿位于山东省西南部微山县境内。井田范围南北长约7.70 km，东西宽约7.50 km，面积约46 km2。矿井设计的主要特征是一矿两井，一对立井和一对集中下山联合开拓，初期先建副井，后建主井。集中下山利用七五生建煤矿工程设施和设备提前完工。副井于1997年4月22日开工，1999年2月28日施工到设计位置。两条集中下山于1993年5月份开始施工，于1999年4月8日与许楼副井贯通，形成了生产系统。 1.1 矿井水文地质

本井田老区煤层埋藏较浅，构造较为简单，岩浆活动比较轻微；新区煤层埋藏较深，构造较为复杂，岩浆活动比较剧烈，且对煤层、煤质有一定的破坏。

许楼新井与老井分别位于纸房断层（落差55～350 m）的上下盘。从生产揭露的断裂构造、褶皱构造、岩浆岩侵位及煤层瓦斯含量来看，二者均有较大差异，应分属不同的地质构造单元。老井断层较少、断层走向变化小、岩浆岩侵位简单（多以岩墙形式侵入）；许楼新井断层较多、断层走向变化大、岩浆岩侵位复杂（以岩墙或以岩床的形式侵入）、面积较大，对生产影响较大。

因下层承压水对3煤层开采不形成影响，因此对顶板水、老空水和断层水的防治是七五煤矿矿井水文地质的工作重点。 1.2 矿井岩石工程地质特征

1.2.1 煤层顶底板岩性特征及稳定性

根据钻探取芯情况、各煤层顶底板26组124点的岩石力学试验结果及与周边矿井对比结果，井田内可采煤层顶板为中等稳定～稳定的，底板为中等坚固～坚固的。

（1）3上煤层

一般无伪顶，井田范围内仅15孔有泥岩、砂质泥岩、岩浆岩和炭质泥岩伪顶，厚度小于0.5 m。直接顶多为泥岩，厚度0.60～9.70 m，一般1.70 m左右，抗压强度8.13～57.72

MPa，次为砂质泥岩、中粒砂岩及粉砂岩，抗压强度49.39～49.59 MPa。煤层上部一般为中粒砂岩和细粒砂岩老顶，老顶一般厚3 m左右，中粒砂岩抗压强度为24.89～120.74 MPa，平均为81.24 MPa，全井田3煤层直接顶为岩浆岩的有4个孔（X8-15、X11-12、X12-13、X15-15、S2），伪顶为岩浆岩的有3个孔（X5-17、X9-14、X11-14），有泥岩或砂质泥岩伪顶的有12个孔，其中以泥岩伪顶为主。据柴里煤矿井下实测资料，裂隙间距平均为192mm，层理间距据煤芯和井下实测，取0.2 mm。根据强度指数计算公式计算结果，并按原煤炭部“缓倾斜煤层工作面顶板分类”划分标准（以下各煤层相同），该煤层顶板主要为不稳定～中等稳定，老顶是稳定的。

井田内仅17个孔见有0.08～0.50 m炭质泥岩、泥岩伪底，且零星分布，直接底板多为泥岩及砂质泥岩，一般厚2 m左右，其次为粉砂岩，粉砂岩的抗压强度为18.42 MPa。直接底板为岩浆岩的有4个孔，凡有伪底的煤层孔，直接底板一般是中细粒砂岩，一般厚15～25 m左右，抗压强度为47.92～91.14 MPa，3上煤层底板为不坚固～坚固岩石。

（2）3下煤层

直接顶板以中粒砂岩、细粒砂岩、砂质泥岩为主，局部见粉砂岩。厚度一般为2 m左右。直接顶为岩浆岩的有3个孔（X5-19、X6-14、X6-15）。老顶一般为细粒砂岩和中粒砂岩，厚度为15～20 m左右，少数孔为粉砂岩和砂质泥岩互层，厚5 m左右。细粒砂岩抗压强度平均为135.98 MPa，中粒砂岩抗压强度平均为85.31 MPa。

直接底板大部分地区为泥岩，一般厚度1.5 m左右。抗压强度35.18 MPa。其次为砂质泥岩，抗压强度平均值为38.22 MPa。再次是粉、细砂岩和砂泥岩互层，抗压强度平均值分别为27.83 MPa、72.13 MPa和90.45 MPa。泥岩和炭质泥岩伪底在井田内零星分布（28孔），厚度0.10～0.50 m。

按有关分类标准，3下煤层顶板为中等稳定～稳定，底板是中等坚固～坚固岩石。 1.2.2 顶、底板岩石力学性质

根据井田范围内采取的岩石力学样（26组124点）化验成果，将各类岩石的抗压、抗剪强度、泊松系数、变形参数和物理力学试验指标，泥岩为不坚固岩石，砂质泥岩、粉砂岩为中等坚固岩石，细、粉砂岩互层、砂、泥岩互层和石灰岩是坚固岩石，细粒砂岩、中粒砂岩为极坚固岩石。

2 127运输巷工程概况

巷道地面位于矿副业队以南、109工作面塌陷区以东南约300m，地面标高约为+37m。该巷道井下位于北一采区129运输巷保护煤柱以西、123工作面以西、纸房支二断层保护煤柱以东。井下标高约为-616～-630m。

巷道为煤巷，设计长度780m，沿顶板掘进，服务年限为1.5年。

127运输巷位于3上煤层，层厚3.66～4.22m，平均3.97m，倾向60°。煤为块状，以亮煤、精煤为主，少量暗煤，含黄铁矿薄膜，坚固性系数f值为2。煤层老顶为薄层细砂岩与

泥岩互层，两级厚度为12～22m，平均17m，坚固性系数f值为2～4。直接顶为泥岩，厚层状，浅灰～灰色，含植物茎叶部化石，致密、性脆，两极厚度为12.5～16m，平均14m，坚固性系数f值为2。直接底为泥岩，灰～深灰色，致密、性脆，厚度为2m，坚固性系数f值为2。老底为中砂岩，白～白灰色，细粒状结构，石英为主，长石次之，水平层理，裂隙发育，方解石充填，厚20m左右，坚固性系数f值为6。该煤层瓦斯涌出量为0.544m/t，为低瓦斯矿井；煤层自燃发火期为35～52天。粉尘主要为煤，并有部分岩尘，煤尘有爆炸危险。

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3 支护设计

3.1设计理论依据

该巷道支护参数设计以围岩松动圈支护理论和矩形煤巷相似模拟试验结果为依据。根据以往在许楼矿井松动圈实测及松动圈智能预测，127巷道按大松动圈围岩巷道进行支护设计。对支护参数和施工工艺应根据组合拱理论设计。 3.2 巷道断面形状与尺寸

巷道断面采用矩形，巷道净宽3.3m、净高2.7m，净断面积8.90m，荒断面宽3.4m、高2.8m，断面积9.50m2。巷道设计断面预留围岩允变量。 3.3 联合支护设计

支护形式采用锚、网、梁+锚索联合支护。锚杆为主体构件，在围岩碎胀过程中锚杆受拉并将其拉应力转化为对围岩的压应力，从而使已破裂松动的围岩重新组合起来并形成新的支护结构体—组合拱。

联合支护结构主要适用于复杂地质开采条件下的巷道支护，包括厚煤层沿底板掘进的煤层顶板、煤岩交替沉积、层厚较薄的复合顶板和岩体松软、压力大的IV 、V类巷道围岩条件，以及巷道断面加大、位于采空区侧巷道、孤岛开采的工作面两巷、受构造影响区域的巷道等。联合支护的特点是支护强度大，护表效果好，适应范围宽，安全可靠性高。

顶板锚杆直径20mm、长2400mm，采用左旋无纵筋螺纹钢制作，螺纹段采用滚丝方式加工。锚杆的间排距为900×900（mm）。锚杆用树脂锚固剂卷端头锚固，锚固长度不小于800mm，锚固力不小于70kN。锚杆托盘采用8×130×130（mm）的Q235金属托盘。

两帮中实体煤侧用竹锚杆，长1600㎜，宽度为28～32㎜，间排距为800×800（㎜）,托盘规格300×200×30（㎜）。靠近采空区一侧用左旋无纵筋螺纹钢锚杆，直径18mm、长1800mm，间排距为900×900（mm），锚杆用2卷树脂锚固剂卷端头锚固，锚固长度大于800mm，锚固力不小于70kN。锚杆托盘与顶板锚杆相同。

锚索为直径15.24mm的钢绞线，长6000mm，排距为2700mm，锚固长度不小于1000mm，锚固力不小于300kN。锚索托盘用废旧工字钢切割制成。

钢筋梯采用直径14mm的螺纹钢制作，具体尺寸见图2。

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顶板和采空区侧帮金属网规格均为5.0×1.10（m），采用10#热镀锌低碳钢丝加工制成，网格为50×50（mm）；帮部实体煤一侧用塑料网，规格为3000×1000（mm）。

图1 顶板锚杆锚索布置示意图

图2 钢筋尺寸示意图

3.4钻孔卸压参数设计

在巷道的中部布置2～3排卸压孔，钻孔布置方式如图3所示。卸压孔深度实体煤侧为5m、采空区侧为2～4m，直径45mm，排距900mm。

图3 卸压孔布置示意图

4 施工工艺与要求

4.1 巷道的掘进与支护

巷道采用钻爆法掘进施工，在清理工作面后，及时钻孔和安装顶板及帮的螺纹钢锚杆，再铺设金属网和钢筋梯，并用锚杆托盘和螺母压紧，施加一定的预应力。当完成全部支护及排矸后，再进行下一循环的掘进与支护。其施工工艺要求如下：

采用钻爆法掘进时，严格按光面爆破要求进行施工，尽量减轻对顶板岩层和底板煤体的