深部煤层巷道支护技术

深部煤层巷道支护技术——二水平丁六皮带下山设计构想李永伟冯瑞明引言随着我国煤炭工业的发展，煤矿开采强度和深度的不断增加，相当一部分矿井面临深井巷道围岩控制，特别是煤层巷道在掘进及回采等阶段的大变形严重制约工作面正常推进，影响安全高效开采。深井煤层巷道围岩地质条件复杂，地应力高，煤岩体具有长期的流变、蠕变效应致使煤巷顶板控制比一般条件下更加困难。深井高地应力、采动影响综合作用于巷道，表现为全断面来压，不仅在掘进和回采过程中，巷道因采掘影响而引起围岩剧烈变形，而且在应力分布趋向稳定后仍保持快速流变，维护十分困难。如何解决深井条件下煤巷围岩控制稳定性问题，已成为煤巷锚杆支护面临的关键课题一。二水平丁六皮带下山位于-593水平以下，埋深超过800m，巷道压力明显增大，因此必须对原有支护技术进行革新。1深井煤巷高预应力支护技术巷道锚杆支护技术的精髓是提供有效的初始支护强度，并具有良好的增阻性能。通过及时安装锚杆，并给锚杆施加一个较大的预拉力，对围岩产生有效约束，这种通过前张拉方式对巷道围岩产生的高预紧力，不仅可以消除岩层内原始的裂缝空隙，也可以使各个岩层之间锁紧为一个整体，提高锚固范围内岩层的内摩擦角和内聚力，从而提高岩层的整体承载性能。根据相关研究表明，初期施工锚杆的支护强度(预紧力)与巷道围岩的松散扩容变形之间的关系有定性、定量关系。围岩的扩容变形与锚杆的初始支护强度之间呈负相关性关系，锚杆的初始支护强度越小，围岩的松散变形越大；锚杆的初始支护强度越大，围岩的松散变形越小。1.1采用高性能、高预应力锚杆强化帮角采用IV级螺纹钢加工成高性能锚杆，抗破断强度更高，支护刚度更大，限制变形更有力，针对软岩急剧膨胀扩容产生的高应力控制效果会更好，体现超高强材料、大刚度附件、加长锚固、超高预紧力的技术思想。加固帮角可直接提高帮角围岩强度，同时有效地衰减该处围岩的应力集中度，避免帮角过早破坏而引起巷帮及底板的较大变形，加固帮角控制底鼓效果甚至超过直接处理底板。1.2采用高强锚索强化顶板深层巷道顶板易产生不协调变形并导致离层冒漏，因此支护必须首先保证安全可靠，应强化顶板，促使顶板下位岩层形成整体结构，并尽量限制其相对变形。采用Φ22大直径高预应力锚索和300mm×400mm的大托盘，增大顶板支护强度和护表面积，减少顶板压力通过两帮向下传递。从而避免因使用普通小托盘与围岩局部小面积接触而产生的点载荷作用，使顶板围岩挤压破损及离层。1.3关键部位强化1)松散煤帮采用点锚索、锚索梁或桁架增加帮部围岩的支护强度，增强帮部围岩承载能力，以有效控制深部巷道高垂直应力下对帮部围岩的破坏变形；2)在巷道中间位置支设木点柱，不仅可使大跨度巷道增加一中间支撑点，起到明显的承载梁减跨效应，而且可有效控制底鼓，同时对顶板的离层垮冒起到直观外显和早期预警作用。1.4动态支护过程控制根据理论分析及实验等提出分阶段动态加固过程控制的综合控制思想，巷道围岩强度弱化和破坏是围岩变形甚至结构失稳、巷道垮冒的根源，并表现出阶段性特征，优良的巷道支护应针对围岩破坏和强度弱化原因分阶段加固。对失修段及时进行加固维修。2对上部已施工过的巷道进行观察得出以下结论2.1在巷道掘进期间，围岩变形量控制在合理的范围之内，锚杆索受力状况良好，载荷增长迅速、及时承载，表明深井煤巷高预应力支护思想和动态加固过程控制支护理念应用于深井厚层复合顶板条件下煤层巷道支护取得了良好的控制围岩变形的效果。2.2在深井大断面厚层复合顶板的条件下，顶帮分别采用长锚杆、锚索配合槽钢组成锚索梁加强支护，通过高预紧力充分调动围岩的自稳能力，在顶板形成了稳定的承载梁结构，有效抑制了顶板离层，对巷道掘进后的围岩变形起到了很好的控制作用。2.3支护方案达到了预期的目标，控制变形效果较好，巷道经受了煤岩蠕变、煤体风化影响的考验，达到了预期的支护效果，为工作面回采提供有利条件，取得了良好的技术经济效益。深部煤层巷道支护技术掘进七队李永伟冯瑞明2010.10.12