破碎煤体内的巷道支护及加固技术.doc

破碎煤体内的巷道支护与加固技术 赵 军 （山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司 技术中心，山西 晋城 048006） 摘 要：通过对晋城矿区煤体破碎机理的分析，总结了破碎煤体对井下生产造成的不利影响，提出了破碎煤体内巷道支护与加固技术。 关键词：破碎 煤体 巷道 支护 加固 1 概述 成庄矿和寺河矿分别是晋煤集团的主力生产矿井和基建矿井，开采方式分别为综放开采和一次采全高开采，采准巷道全部沿煤层底板掘进，为全煤巷道。在巷道掘进过程中，由于煤体的强度低，节理、裂隙发育，巷道的稳定性较差，在巷道掘进迎头经常出现冒顶、片帮等现象，给巷道的施工和支护带来了困难。 （1）巷道周围的破碎带范围大，顶煤容易冒落，两帮片帮加大，巷道超高、超宽现象多。在煤体严重破碎地段，巷道顶煤和部分直接顶在全巷道宽度上冒落，片帮深度达2m。施工难度大，工人劳动强度高，安全状况差，工作环境恶劣，易造成事故； （2）采用金属棚支护，在滞后迎头20m——30m的巷道内，支架顶梁变形严重，棚腿向巷道内弯曲。在巷道服务期间，支架损坏严重，巷道变形量大，支护和维护费用高。采用普通锚杆支护，不能有效地控制松散煤体，锚杆托盘周围的煤体容易掉落，造成锚杆失效； （3）由于顶煤随掘随冒，掘进速度极低，直接影响了采掘衔接； （4）在冒落空洞内施工木垛勾顶作业极其危险。局部施工的木垛接顶效果差或不接顶，支架顶梁空支，支架处于失稳状态，在迎头冒顶时，易造成支架砸坏或推垮； （5）巷道顶部冒落后形成空洞，积存了大量瓦斯，给通风和瓦斯管理带来很多困难，存在事故隐患； （6）巷道顶部冒落高度大，在工作面回采期间，端头支护和巷道超前维护困难，造成工作面推进速度降低。使用金属支架时，支架很难回收。 2 煤体破碎机理分析 经过现场观察和测试，目前可以确定的煤体破碎机理有以下几方面： （1）局部区域应力增大，水平应力成为最大主应力（见表1），对巷道维护极其不利。当煤体受采掘工作影响，破坏了自身稳定性后，应力重新分布或应力释放，造成巷道周围煤体破坏，增加了煤体内的节理、裂隙发育。 表1 寺河矿和成庄矿地应力测试结果 应力名称 大小（MPa） 方向 寺 河 矿 最大水平主应力 16.44 北偏西71.2( 平均最小水平主应力 8.76 北偏东19.8( 垂直应力 7.04 成 庄 矿 最大水平主应力 12.68——13.06 北偏东88.5(——97.6( 最小水平主应力 6.17——6.39 北偏西0.5(——北偏东7.5( 垂直应力 中间主应力 （2）局部区域地质构造发育和影响。例如，成庄矿3307工作面受一背斜构造控制，背斜两翼发育有两个向斜。在向斜或背斜的轴部及附近，煤体内的弱面极其发育，煤体松散、发脆，导致煤体强度降低。 （3）成煤过程中，煤体内混入了过多的粘土等杂质，造成煤体的整体性下降，巷道开掘后，煤体的自承载能力降低。 无论哪种机理造成的煤体破碎，其表现形式都为煤体呈弱层理结构，节理裂隙发育，甚至成为流沙状。 3 破碎煤体内的巷道支护和加固技术 3.1选择合理的巷道布置方向 在进行矿井采区和工作面布置前，首先开展地质力学调查评估和地应力测试，确定地应力的大小和方向，尤其是最大主应力大小和方向，并依据测试结果，选择合理的巷道布置方向，尽量避免巷道掘进方向垂直于最大水平主应力方向。 3.2破碎地段煤体的准抗压、抗拉强度 煤体受节理、裂隙等弱面的影响，与煤块（试块）的强度相比，强度显著下降，按照式（1）和式（2）计算出煤体的准抗压、抗拉强，能较真实反映煤体的强度大小。 RcM’＝KRc （1） RtM’＝KRt （2） 式中 RcM’、RtM’——准岩体抗压和抗拉强度； K——煤体的龟裂系数； Rc、Rt——岩石试件的单向抗压和抗拉强度。 成庄矿3#煤的强度见表2。从表2可以看出，在进行支护设计时，以煤体的准抗压、抗拉强作为计算基础，是较合理可靠的。 表2 成庄矿煤体单向强度与准强度对比表 项目 抗压强度 抗拉强度 龟裂 系数 单向强度 （MPa） 准强度 （MPa） 单向强度 （钻孔法测试） （MPa） 单向强度 （MPa） 准强度 （MPa） 数值 30.9 13.77 10.05--21.20 1.26 0.57 ≤0.45 3.3 锚杆支护技术 破碎煤顶在暴露后，迅速挠曲沉降、离层和破裂。刚性支护属于被动支护，无力控制煤顶破裂过程的发展，煤顶破裂形成的松动围岩压力，以集中载荷的形式作用于支架顶梁上,当巷道跨度较大时，顶梁会遭到严重破坏。而锚杆支护具有强初撑、急增阻和高阻力的工作性能，能够及时在破碎煤体内形成防止破碎区扩展的锚固平衡拱，较大程度地发挥围岩的自承载能