探析软岩中掘进支护的应用

探析软岩中掘进支护的应用

摘要：通过对联合支护治理软岩巷道进行了阐述，叙述了联合支护法适用条件、支护方式、方法。并对实验结果进行了分析得出，软岩巷道完全可以采用联合支护法进行支护。

关键词：软岩巷道 支护 应用

0 引言
双阳矿井田面积30.15km2，可采储量1.3亿吨，矿井设计能力150万吨，服务70年。
矿井采用斜井多水平开拓，二水平于2002年7月1日开工，2007年11月1日移交投产，矿井移交时，有一个采区一个综采工作面，2009年生产原煤67万吨。
双阳矿井田煤质牌号为长焰煤，自然发火期为3~6个月，最短82天，地表标高 108m，煤层赋存深度为 30~-600m，煤层厚度0.8~3.2m，煤层顶板为油母页岩，破碎易落，自身无承载能力，厚度为20~50m；煤层底板为泥岩、粉砂岩，胶结程度较差，遇水膨胀泥化，厚度10~50m。
1 巷道失修情况
二水平移交时巷道总长度为15763m，主要运输、回风巷道大部分为锚喷支护和少量的料石碹支护，回采巷道为每米两架25#U型钢拱架支护，移交时统计矿井一般失修率45％，严重失修率为27％。巷道的大量失修给矿井生产带来了诸多问题。
1.1 主要运输、回风巷道失修降低了掘进单进，严重影响了矿井的正常接续工作。矿井设计时将主要运输、回风巷道布置在距煤底板30m深的砂岩中，锚杆喷混凝土支护7471m，料石碹支护2077m。从移交到2009年上半年料石碹支护基本全部失修，进行翻修。锚喷巷道大部分已多次拉底，断面缩小，喷层脱落，失修严重。不能满足矿井运输、通风需要，迫使掘进队停止掘进，进行巷道翻修工作。2007年初到2008年上半年共翻修巷道4937m，耗资960多万元，2008年掘进平均单进不到30m/月。矿井总计移交三个生产工作面，实际移交两个，2008年实际工作面生产数为1.5个/a，2009年预计工作面生产数1.8个/a。
1.2 回采巷道的失修使煤壁频繁发火，降低单产。矿井移交时回采巷道总长度为3581m，采用25#U型钢拱架支护，掘进时支架间距为每米两架，净断面10m2。到矿井移交时巷道净断面一般为6m2，最小4m2，大部分支架变形折断，失修率高达90％以上，使工作面安装后不能正常生产。2008年11月投产到2009年3月初，仅生产原煤3.05万吨，工作面平均月产3816吨。影响开采的因素有以下几个方面。
第一，巷道修复影响开采。由于回采两巷道失修严重，个别地段巷道断面比设计施工断面缩小60％，不能满足工作面运输、通风及行人等要求。矿组织一个综采队、两个掘进队和三个维修队共计620多人分别对移交的两个工作面4条顺槽进行翻修。大量的翻修工作不但从环节上影响了综采生产，而且在安全上存在着重大的隐患。煤层顶板的油母页岩极不稳定，十分破碎，每次翻棚都出现冒顶，一般顶板冒落高度2~4m，最大高度15m。这样，要消耗大量的材料来维护巷道顶板，对综采生产影响很大。
第二，超前替换支架影响开采。综采工作面回采时，在距工作面20m以内，两巷要用木支架替换金属支架。由于巷道失修或经过多次翻修，致使巷道顶板大面积活动，再加之回采超前压力作用，在超前替换支架范围内压力增大，造成顶板严重冒落，有时最大冒顶高度达20m。每次冒顶都造成综采运输终断，通风和行人受阻，严重的影响正常开采。
2 联合支护
2.1 巷道破坏特征 根据双阳矿回采巷道易发火，掘进后难以维护的实际情况，进行重点攻关。
在施工三采区12层运输顺槽时我们进行了现场观测工作。该工作面采29#U型钢可缩性支架，掘进净断面10m2，支架间距每米两架。巷道开掘24h后观察，支架帮顶受力，48h后每昼夜底鼓50~70mm，两帮以每昼夜30~50mm速度收敛，拱架开始变形，断面缩小，煤壁温度增高。支架破坏的特点是支架先由超挖小的地方受力，然后超挖大的地方开始变形。25天后，巷道底鼓、变形缓慢，但是，如遇拉底和外来水的影响，巷道底鼓速度加大，支架变形严重，以至折断。随着巷道拉底次数和厚度增加，巷道底鼓及支架变形破坏程度随之加大。
2.2 围岩(煤壁)特点 双阳井田含煤地层(煤层顶底板)岩石胶结程度较差，围岩(煤壁)遇水、受振动迅速膨胀变形，流动性大，所以该矿属软岩矿井。从巷道支架变形可以看出，巷道开掘后原始应力受到破坏，围岩(煤壁)遇风、受振动产生膨胀力，即巷道压力。巷道压力受支护阻后向巷道底板无支护处传导流动，造成底鼓。由此看出软岩有很强的流动性。当巷道底鼓变形到一定程度时，围岩产生新的应力平衡，巷道呈暂时稳定状态。但随着巷道遇风、遇水、温度变化和拉底等，围岩(煤壁)继续向深部风化膨胀，流变活动加快，这时对巷道支护会施加更大的压力，致使支护破坏。
2.3 联合支护 针对围岩的特点，我们进行了多方面的研究和论证，最后确定用喷射混凝土的方法来封闭围岩(煤壁)，以阻止其风化膨胀，提高支护强度。在施工三采区12层回风顺槽时，我们选择了断面相同的两种支护形式进行试验。
第一种：U型钢可缩性支架加金属网、喷混凝土支护，支架间距为每米两架。掘进作业方式为两掘一喷，混凝土喷射厚度80~120mm。
第二种：竹锚杆挂金属网喷混凝土支护。掘进作业方式为两掘一喷。竹锚杆长度为16

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