巷道局部围岩松动破碎带的支护实践应用

郗金华,张言海(山东井亭实业公司,山东　滕州　277500）

巷道局部围岩松动破碎带的支护实践应用

郗金华,张言海
(山东井亭实业公司,山东滕州277500）

摘要：围岩松动破碎巷道的支护方式一直是煤矿安全生产的一大难题,对该问题的研究无疑对巷道施工特别是巷道维修工作、保证安全生产具有重要意义。

关键词：破碎带；支护；应用；巷道围岩

1　概况

井亭实业公司的前身是山东能源枣矿集团井亭煤矿,矿井于2006年破产改制,拥有近40年的开采历史。该矿井主采煤层共有四层，分别为煤2、煤3、煤14、煤16。近年来，由于矿井资源枯竭，矿井开始对煤3进行复采，煤3直接顶板为泥岩中砂岩,灰白色中粒石英砂岩,坚硬不易冒落厚5-10m左右,底板为泥岩砂泥岩互层，黑色松软含植物根化石,砂岩为灰色细沙。由于是三层煤复采,煤岩层受到初次开采的破坏，周围的应力也发生了改变，硬度降低,变软变脆,极易破碎，岩层层理节理也随之变化,综上所述，因此增大了巷道围岩的破碎性。以往，该矿井的巷道支护形式多采用锚网喷支护。35轨道下山布置在煤3之中,支护形式为锚喷支护,半圆拱,支护材料为Φ14mm×1500mm的等强度钢筋锚杆配合快速水泥锚固剂,设计毛断面5.51m2、净断面4.4m2，服务年限3年。该巷道施工到围岩破碎带状况为:巷道两帮片帮、围岩松动圈扩大、围岩的硬度降低，顶板局部离合，巷道破坏较严重，影响了35采区的运输，同时形成了安全的隐患有待于急需解决。

2　巷道围岩破坏原因分析

2.1巷道破坏的原因分析

35轨道下山由于在三层煤复采区施工，煤岩层受到过初次采动的影响，回采后引起了巷道周围的应力重新分布后，虽然周围的应力趋于稳定，巷道周围围岩变形量也随之变小，但巷道重新开始布置掘进，在掘进的施工中爆破作业中，围岩变形量按流变规律不断缓慢地增长，巷道周围岩应力改变并再次重新分布，随着塑性区和围岩松动圈的显著扩大，伴随着围岩变形急剧增长，出现了顶板离合冒落，两帮片帮等巷道破碎现象。所以,该矿井在三层煤复采区域进行掘进施工时，围岩的松动破碎现象普遍存在。该巷道表现出的主要破坏状况有:顶板下沉局部离合、底板底鼓变形、两帮片帮等。具体表现有:①锚杆受压力影响锚固失效，个别出现崩盘现象,充分证明了巷道顶板受压严重,压力应在50-100kN以上。②巷道的围岩破碎程度大,锚杆大板下垂凸起,围岩表层破碎度均在Φ80-200mm之间,说明围岩硬度降低,并且所受采动的影响导致挤压力变大;通过观察漏矸空洞,测量破碎带的厚度达到0.3-0.7m之间。③顶板出现了局部锚杆脱落,说明巷道局部的松动圈深度已超过锚杆锚固的长度,在1.5m以上。④顶板凹凸变形，部分锚杆深陷围岩之中,围岩移近量增大,出现散岩经常掉落，说明巷道周围均受到较大压力。⑤巷道围岩破碎带显现基本一致,无突变,说明巷道受力均衡,属连缓慢量变现象,就是通常所说的“软劲”。

2.2围岩受到破坏的原因分析

巷道围岩破坏的原因有：①受初采时采动压力影响,使巷道周围整体全方位受到破坏;②巷道的围岩受到采空区影响因素，局部未垮落带长期风化、粉化,造成巷道围岩的破碎;③巷道掘进时施工爆破作业时对周围围岩的损坏;④煤3的顶底板岩性决定了其状况。

2.3围岩参数分析

35轨道下山设计承担3煤3501、3502、3503、3505四个工作面开采需要,该轨道下山同时还承担进风巷、运输巷作用，所以,必须对其进行彻底的有效支护,满足当前矿井生产运输需要。根据巷道现状、围岩特性、服务年限、满足生产的数据参数等,在施工设计方案中，应将巷道围岩3年的变化量、移近量等因素做考虑,即:巷道设计断面=最小断面+3年变化量。根据现场观察测量和以往施工经验推断,围岩相对移近速度为200mm/а,也就是顶板下沉、底鼓、两帮的绝对位移速度均为100mm/а左右。

3　围岩破碎带支护方式的优化比较

3.1支护设计思路

（1）针对顶板下沉,不能硬性控制,只能相对限制,或者将下沉量消化在设计断面中。

（2）针对底鼓,根据变化量的大小,适时采取卧底的方法解决。

（3）针对两帮位移,采取开帮卸压法处理,即将两帮局部支护拆除,开帮放矸卸压,然后重新补齐支护。

（4）针对新产生的破碎矸石掉落问题,采用枇子、竹笆、撑棍腰帮接顶控制。

3.2支护方式选择

（1）锚网支护。矿井巷道锚喷支护时通常选用锚杆长度Φ14mm×1500mm的等强度钢筋锚杆，支护长度有限,锚杆锚固力为40KN/根，由于围岩松动圈扩展过大,局部松动圈深度已超过锚杆长度,在1.5m以上，锚杆部分出现锚固失效崩盘现象,说明巷道受压情况比较严重,顶板压力在50-100kN以上，锚杆支护方式不能有效的进行支护。所以,该巷道施工到围岩破碎带时已不适合锚喷支护。

（2）工字钢梯形棚支护。架棚支护虽然属于被动承压支护方式,但是能够在有效的范围内硬性控制围岩应力,尤其使用竹笆、枇子、撑棍能有效地防止散岩撒落,而且在巷道压力大时，针对巷道两帮移近量、底鼓可分别采用开帮卸压法和卧底法解决,即可满足巷道围岩各参数对应方案要求。所以,确定工字钢梯形棚支护为巷道支护形式。

3.3支护方式的确定

根据围岩特性和工字钢梯形棚支护的特点,以高度可缩量来消化顶板下沉量。巷道施工方案实施：35轨道下山在施工到复采区围岩破碎带时，采用工字钢棚架棚支护。巷道断面为梯形，棚距为0.8m，上梁净开口1.8m，下底净宽2.6m，棚腿长度为2.4m，用枇子竹笆接顶腰帮，每棚用6块枇子接顶，腰帮各4块。施工期间使用好前探梁。使用前探梁时，用两根4.0m长的3寸钢管和铁链子加固使用，其固定位置于棚梁牙壳向里300mm处，每放炮后都必须前移两根前探梁，并且两根前探梁要平行、高低一致。每根前探梁至少得有3个固定点，超前部分用长板子及背板（方木或批子）以打木垛的形式与顶板接实。施工巷道的支护必须完好，每棚不少于6根撑棍，具体位置：棚梁两端到接口的0.3m处各打一根；每个棚腿各打两根，即上端打在接口下0.3m处，下端打在底板上1.0m处，撑棍打成一条直线。迎头10m棚内每棚应不少于两根拉棚器，并打在棚梁下0.8m处。对于煤层松软时，过高冒区采取打铁撞楔套棚支护法开掘，撞楔应有斜度，保证有足够下棚空间，保证满足技术尺寸要求。

4　经济效益

35轨道下山施工一年半后,巷道梯形架棚支护段未出现明显变化,既使局部出现了新的离合片帮,但由于采取了梯形架棚支护，顶、帮使用枇子、竹笆接顶腰帮措施，巷道围岩破碎带得到了较好的控制，从而保障了巷道的安全可靠运输。35轨道下山巷道破碎带支护选用梯形工字钢架棚支护方式，在施工中避免重复修复,为企业节省了资金，创造了经济效益，尤其确保了安全生产，意义重大。