深部矿井高应力巷道复合支护技术研究

２０１２年第２期　中州煤炭　总第１９４期　李豪丽，杨献兵，黄庆显　（平煤股份四矿，河南平顶山４６７０００）　摘要：为了对深井高应力巷道进行科学有效支护，对平煤股份四矿北石门大弧板段巷道围岩岩性及复杂应力　情况进行了分析，提出了用多层次强韧封层复合支护技术来解决围岩破碎、流变性强、难以支护问题。实践　表明，采用复合支护体系进行修复，实施点一线一面施工工艺，增大了支护韧性和刚性，确保了巷道的支护稳　定性。　关键词：高应力巷道；多层次；强韧封层；复合支护　中图分类号：ＴＤ３５３　文献标志码：Ａ　文章编号：１００３—０５０６（２０１２）０２—０００１—０２　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　Ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　Ｈｉｇｈ－ｓｔｒｅｓｓ　Ｒｏａｄｗａｙ　ｉｎ　Ｄｅｅｐ　Ｍｉｎｅ　Ｌｉ　Ｈａｏｌｉ，Ｙａｎｇ　Ｘｉａｎｂｉｎｇ，Ｈｕａｎｇ　Ｑｉｎｇｘｉａｎ　（Ｎｏ．４　Ｃｏａｌ　Ｍｉｎｅ，Ｐｉｎｇｄｉｎｇｓｈａｎ　Ｔｉａｎ　ａｎ　Ｃｏａｌ　Ｍｉｎｉｎｇ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｐｉｎｇｄｉｎｇｓｈａｎ　４６７０００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｍａｋｅ　ｔｈｅ　ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｒｏｃｋ　ｍｏｒｅ　ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ　ａｎｄ　ｍｏｒｅ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｉｎ　ｈｉｇｈ－ｓｔｒｅｓｓ　ｒｏａｄｗａｙ　ｏｆ　ｄｅｅｐ　ｍｉｎｅ，ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　ｌｉｔｈｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ｒｏａｄｗａｙ　ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｒｏｃｋ　ａｎｄ　ｃｏｍｐｌｅｘ　ｓｔｒｅｓｓ　ｏｆ　ｌａｒｇｅ　ａｒｃｈ　ｓｅｇｍｅｎｔ　ｉｎ　ｎｏｒｔｈｅｒｎ　ｃｒｏｓｓ—ｃｕｔ　ｏｆ　Ｎｏ．４　Ｃｏａｌ　Ｍｉｎｅ．ｔｈｅ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ｆｏｒｍｉｎｇ　ｍｕｌｔｉ—ｌｅｖｅｌ　ｓｅａｌｉｎｇ　ｌａｙｅｒ　ｗｉｔｈ　ｓｔｒｏｎｇ　ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ　ｗａｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｔｏ　ｓｏｌｖｅ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｏｆ　ｆｒａｃｔｕｒｅｄ　ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｒｏｃｋ，ｓｔｒｏｎｇ　ｒｈｅｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｒｏｃｋ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｄｉｆｆｉｃｕｌｔｙ　ｉｎ　ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｒｏｃｋ　ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ．Ｐｒａｃ－　ｔｉｃｅｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ，ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ　ａｎｄ　ｒｉｇｉｄｉｔｙ　ｏｆ　ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ　ｗｅｒｅ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ　ｄｕｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　ｃｏｎ—　ｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｉｃｓ　ｏｆ　ｔｈｅ”ｐｏｉｎｔ－ｌｉｎｅ・ｓｕｒｆａｃｅ”．ｔｈｅ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ　ｒｏａｄｗａｙ　ｗａｓ　ａｌｓｏ　ｅｎｓｕｒｅｄ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ—ｓｔｒｅｓｓ　ｒｏａｄｗａｙ；ｍｕｈｉｌａｙｅｒ；ｒｅｓｉｌｉｅｎｔ　ｓｅａｌｉｎｇ　ｌａｙｅｒ；ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ　深部矿井高应力巷道支护稳定性问题，是当今　管灌筑水泥支架支护和极其高强的大弧板支护　，　世界巷道支护中普遍存在的难题。平煤股份四矿北　仍不能有效控制围岩变形，且此前多种支护形式已　石门大弧板段是四矿二水平关键通风、运输、行人巷　经严重变形破坏，断面面积由原来的１２　ＩＴＩ　缩小到　道，所处岩层为粉砂质泥岩，灰色一深灰色、块状、含　目前仅有的３．６　１ＴＩ。，断面变形量超过设计断面的　砂量不均、含植物化石，为软弱岩层，受断层组高应　７５％。经论证，采用多层次强韧封层复合支护体系　力的作用，围岩破碎且流变性强　，造成巷道顶板　进行修复，实施点一线一面施工工艺，将浅孔注浆和　下沉、两帮移近量大。自２０世纪９０年代以来曾采　深孔注浆有机地结合起来，有效保持了巷道支护稳　用多种支护方式进行修复，仍不能有效控制围岩变　定。　形。经反复论证，结合矿井实际情况，决定采用多层　次强韧封层复合支护体系进行扩修。实践证明，该　２　施工方案　支护效果较好。　（１）施工位置：北石门大弧板段。　１　工程概况　（２）施工方式：为保持围岩的完整性，采用人工　风镐破岩的掘进方式进行挑顶、刷帮。　平煤股份四矿北石门大弧板段是半圆拱形巷　（３）支护方式：采用多层次强韧封层复合支护。　道，由于受软弱岩层和断层组高应力的作用，自２０　在巷道掘出合格的断面后，首先进行第１次喷浆、打　世纪９０年代以来，曾先后采用重型ｕ型钢支护、钢　锚杆、挂设钢丝绳；然后进行第２次喷浆、打锚杆、挂　收稿日期：２０１１一ｌ０—３０　设钢丝绳；再进行第３次喷浆；接着打浅孔注浆锚杆　作者简介：李豪丽（１９８６一），男，河南南阳人，助理工程师，２００９年　注浆；最后打深孑Ｌ注浆锚杆，以巷道围岩表面位移监　毕业于河南理工大学，现从事煤矿开掘技术管理工作。　测监控的数据为依据进行二次深孑Ｌ注浆补强支护。　・１・　２０１２年第２期　中州煤炭　总第１９４期　３　支护参数　（１）多层次强韧封层。①一喷层为初喷层，厚　度为１００　ｍｍ，为锚杆和钢丝绳组合；锚杆间排距均　为７００　ｍｍ，钢丝绳间排距均为７００　ｍｍ。②二喷层，　厚度为８０　ｍｍ，为锚杆和钢丝绳组合；锚杆间排距均　为７００　ｍｍ，钢丝绳间排距均为７００　ｍｍ。③三喷层　为最后一次喷浆，厚度为６０　ｍｍ。　（２）锚杆。采用（２ｊ２０　ｍｍ×２　４００　ｍｍ左旋高强　树脂锚杆，每层次间排距均为７００　ｍｍ，双层锚杆等　距交错布置后，间排距实为３５０　ｍｍ×３５０　ｍｍ（图　１）。每根锚杆用３卷ＭＳＫ２３３５０型树脂锚固剂固　定，锚固长度不小于７００　ｍｍ，锚杆外露长度为３０～　５０　ｍｍ，药卷使用ｌ０～１５　ｍｉｎ后方可拧紧螺母，锚固　力不小于８０　ｋＮ／根，拧紧螺母的预紧力不低于１２０　Ｎ・ｍ　图１双层锚杆布置示意　（３）钢丝绳。采用规格为（２ｊ　２５．４　ｍｍ的钢丝　绳，其中２股揉搓成１根，２个层次的钢丝绳间排距　均为７００　ｍｍ，双层钢丝绳等距交错布置后钢丝绳问　排距实为３５０　ｍｍ×３５０　ｍｍ（图２）。　＿ｊ＿＿＿．　图２双层钢丝绳布置示意　（４）注浆管。浅孔注浆管采用　２６　ｍｍ×２　２００　・２・　ｍｍ钢管制成，孔深３　０００　ｍｍ，间排距均为２　５００　ｍｍ；深孔注浆管采用　２６　ｍｍ×３　２００　ｍｍ钢管制　成，孔深４　０００　ｍｍ，问排距均为２　５００　ｍｍ，注浆管外　露长度３０～５０　ｍｍ（图３）。　图３注浆管布置示意　４　巷道支护质量技术要求　（１）喷射混凝土。采用Ｐ．０４２．５普通硅酸盐水　泥加清水，水泥：河沙：粒石配合比为１：２：１．８，石子　粒径不大于５　ｍｍ，速凝剂的掺入量为水泥用量的　３％～５％。喷射机的工作风压不得低于０．１２　ＭＰａ，　要控制在０．２５　ＭＰａ左右，喷射共分３层，总厚度为　２４０　ｍｍ。因巷道净高为４　２００　ｍｍ，使用一般的临时　支护比较困难，且难以保持围岩稳定。实践证明，在　顶板较完整时初喷层作为巷道掘进施工时的临时支　护，效果较好；在顶板裂隙发育地带，可先采取（２ｊ２６　ｍｍ×１　６００　ｍｍ浅孔注浆管进行预注浆充填裂隙，　固结岩石，然后进行正规循环作业。　（２）挂设钢丝绳。钢丝绳纵向吊挂长度不得少　于１０　ｍ，向前延长时钢丝绳搭接长度不小于４００　ｍｍ，采用插交搭接后揉搓成１根；横向长度应以巷　道轮廓长度为准，纵横向钢丝绳交会处采用相互交　叉的方式搭接，纵横向钢丝绳必须伸直且互相垂直。　（３）注浆。采用纯水泥浆，水泥采用Ｐ．０４２．５　普通硅酸盐水泥，水灰比１：（０．７～１），注浆压力通　常为１．５—２．５　ＭＰａ，最大可达３　ＭＰａ，每孔水泥用量　６～８袋，裂隙发育地段注浆量可适当加大，一般为８　～１６袋，据现场实际情况最多为２４袋。北石门大　弧板段采取长注浆孔，裸孔长度比注浆管长８００　ｍｍ　（加大注浆孔的深度，注浆管长度不变），以拓展注　浆液的扩散范围。实践证明，在注浆压力达到１．５　ＭＰａ的情况下，岩石裂隙宽度大于０．１　ｍｍ时，注浆　扩散半径在２　５００　ｍｍ以上，　（下转第５１页）　２０１２年第２期　何向宁：综采面拆除过程预留切眼支护关键技术　总第１９４期　表１拆除支架期间顶板下沉量统计　间进行，缩短了工作面的站面时间，经济效益较好。　（３）综采留切眼后，工作面无初次放顶过程，减　少了初放期间的一些特殊支护，降低了工作面正常　回采期间工人的劳动强度。　（４）避免了重新开切眼，节省了大量的支护材　料及劳动工作量，按新掘进切眼６　ｍ／ｄ计算，工作面　可提前回采２３　ｄ，站面可以提前２　ｄ，累计工作面可　提前２５　ｄ进行回采。　支架拆除后，其中切眼下部采空区侧单体支柱　（５）留切眼后，减少了煤柱的损失，提高了资源　的采出率，经济效益显著。　综采改炮采留切眼在该矿首次实施并取得成　局部有５０～１００　ｍｍ的钻底量，煤壁局部鼓帮约０．３　ｍ，支柱未出现挂汗、自动卸载现象。　由此可得，切眼顶板的下沉量在可控制范围内，　说明此种支护方式合理、可靠。　功，为以后切眼预留提供了重要的可借鉴资料。　参考文献：　［１］贾民，齐方跃，彭担任．综放“孤岛”开采工作面两巷矿压显现　［Ｊ］．矿山压力与顶板管理，２００４（３）：２９—３３．　６　结语　（１）距工作面下出口５　ｍ处打锚索配合１１　矿　用工字钢支护顶板，有效地稳固三角门处的顶板，解　决了留切眼出口难支护的问题。　［２］　袁和生．煤矿巷道锚杆支护技术［Ｍ］．北京：煤炭工业出版社，　２０００．　［３］　孙杰，陶明房．综放工作面拆除时预留炮采工作面切眼工艺实　（２）采用锚、网、索、梁支护后，及时扶单体支柱　棚，对顶板进行有效加固。此项工序在拆除支架期　（上接第２页）　因而，封闭圈为３　５００～５　０００　ｍｍ。　本着“动态支护、动态管理”的原则，适时对巷道补　强支护，当巷道位移量为５０～１００　ｍｍ时，及时进行　二次补注。考虑巷道处于软岩断层带，施工时提前　按照间排距２　５００　ｍｍ×２　５００　ｍｍ布置深孑Ｌ复注孔，　践［Ｊ］．煤矿开采，２００６（１２）：５３－５９．　（责任编辑：刘光雨）　到真正的适时注浆控制围岩变形，成功应用数据化　技术指导施工。　６　结语　采用多层次强韧封层复合支护形式，经过后期　北石门大弧板段表面位移观测和实际巷道管理，支　以保证做到随时注浆补强。　５巷道支护的工艺创新　（１）为确保复杂区域软岩巷道的安全施工，创　新并实施了点一线一面随掘随喷的施工工艺，有效　保证了施工过程的安全高效，成功解决了矿井困难　巷道支护第１道工艺。　护效果明显。使用复合支护技术后１　ａ内顶板及两　帮相对位移量均较小：顶板下沉量及两帮移近量均　控制在５０　ｍｍ以内，未出现喷层裂纹现象，巷道稳　定率达９８％，巷道移变量稳定在７％以内，断面收缩　率不大于５％，确保了通风、运输、行人安全。该技　术在深部矿井大变形、高应力巷道中具有较高的推　（２）将强喷层与钢丝绳相结合，控制软弱破碎　顶板，以阻止顶板各种险情的发生，保证各工种在巷　道有限时空内平行作业，加强和优化各技术的衔接　和协调，从而实现支护施工的高效和规范化。　广价值，可供类似条件下的矿井支护参考。　参考文献：　［１］　李大伟．深井与软岩巷道二次支护围岩稳定与控制研究［Ｄ］．　徐州：中国矿业大学，２００６．　（３）以“预注、注、复注”动态的优化带压注浆参　数设计，实施多封层、稳压及预置留存压力胶结围岩　和缓释其内部应力，不断提高围岩自身强度，增强支　护结构，保持巷道支护稳定，在稳压留压关键工艺上　实现创新。　［２］　万举峰，刘永发，王延润．“三软”地层条件下快速掘进技术　［Ｊ］．煤矿支护，２００８（２）：４４＿４６．　［３］　田建胜，屈凡非，刘刚．井巷设计与施工技术［Ｍ］．徐州：中国　矿业大学出版社．２００９．　（责任编辑：秦爱新）　・（４）以监测监控为基础，以信息反馈为依据，达　５ｌ・