口前煤矿松软破碎煤巷支护方法的研究

康乔煜

（中国矿业大学 应用技术学院，江苏 徐州221008）

口前煤矿松软破碎煤巷支护方法的研究

康乔煜

（中国矿业大学 应用技术学院，江苏 徐州221008）

针对口前煤矿煤层赋存条件和现有施工水平,研究了4+9号煤层及其顶底板的地质力学特性，研究了破碎松软巷道围岩的稳定性特征及与其相适应的锚固支护理论，并在此基础上对现有运输大巷提出合理支护设计方案及支护参数，解决困扰矿井安全生产的支护技术难题。

松软破碎巷道；软岩支护；联合支护

口前煤矿4+9号煤层位于太原组上部，上距K3砂砾岩平均30.67m。煤层厚度3.46～15.40 m，平均8.74 m，结构简单，含0～2层夹矸，夹矸厚度0.10～0.40m。井田东南部有大面积采空。顶板以中细砂岩、泥岩为主；底板以泥岩、砂岩泥岩为主。4+9号煤层属脆性中等强度煤层。顶底板主要有层理、节理裂隙发育的泥岩和中细砂岩组成，局部地段顶板为砂砾岩和亚粘土。巷道围岩为Ⅳ类和Ⅴ类不稳定围岩，巷道支护存在很大困难。

1 巷道顶底板地质力学特性评价

根据地质报告，4+9号煤层直接顶为中细砂岩或泥岩，厚度平均9.73m；老顶为粉～粗砂岩、厚度较大、质硬，伪顶为0～0.5m泥岩；底板为砂质泥岩或泥岩，厚度变化不大。为了进一步评价煤层的顶底板力学性质，地质报告还搜集了米庄窝煤矿4号煤层顶板粉砂岩岩样的力学试验资料（委托山西煤田地质局试验室试验），现分述如下：4+9号煤层伪顶为泥岩，质软，随煤层开采而易跨落，厚0～0.5m左右；直接顶为中细砂岩或砂质泥岩，老顶为巨厚层粉～粗砂岩、泥岩；底板为砂质泥岩。其顶板岩石力学性质测试结果：泥岩真密度2520 kg/m3，视密度2489kg/m3，孔隙率为1.23%，含水率1.37%，吸水率2.06%，单向抗拉强度0.74MPa。粉砂岩真密度2500kg/m3，视密度2400kg/m3，孔隙率为3.97%，含水率1.30%，吸水率2.28%，单向抗压强度48.2 MPa，单向抗拉强度1.15 MPa，抗剪强度3.57 MPa。顶板是中砂岩时为Ⅱ类中等稳定顶板。顶板是泥岩时为Ⅳ类不稳定顶板。参见图1。

图1 4+9号煤层顶底板岩层地质力学特性柱状图

根据井下调查，煤层顶板为中砂岩时易管理，为泥岩时不易管理。在施工运输大巷时4+9号煤层顶板局部出现砂砾岩和亚粘土顶板，质软，含水，不成形，随掘随跨落，井下实验可锚性很差，属难以控制顶板。

2 软岩支护技术

2.1 软岩巷道支护方法

目前主要的软岩支护方法有可缩性金属架支护、锚喷支护、砌碹支护、卸压支护、联合支护。笔者认为锚喷支护作为一次支护方法是联合支护的基础。在锚喷支护基础上，组成了喷锚—联合支护、锚喷—U型钢架联合支护、锚喷—砌碹联合支护、喷—弧板联合支护等各种联合支护形式。

2.2 支护分析

口前煤矿4+9号煤层顶板岩层具有叠合板和松软破碎的结构特征，两帮煤体完整性较好，中等强度。巷道围岩特征为两帮较硬。顶、底板软弱，两帮与顶、底间层理明显。

巷道顶板与两帮矿压显现存在着“顶板弯曲变形→两帮挤压破碎→片帮、垮帮→两帮对顶板支撑减弱→顶板弯曲变形加剧→两帮破坏加剧”的互动特征。随着时间的延伸，顶板中还可能形成拱形破碎区，使围岩中的载荷体范围扩大。

口前煤矿永久性巷道应采用锚喷联合支护，以防止煤层风化而产生破坏。巷道支护应进行长期的稳定性监测，以对稳定性状态发生恶化的部位及时进行补强加固。

3 支护方案的确定

3.1 运输大巷（煤巷）锚杆支护方案及参数

运输大巷沿煤层底板布置，巷道形状为拱形，净宽4.0m，净高3.5m，支护形式为锚喷联合支护。巷道技术特征见表2。巷道在煤层中的布置见图2。

表2 运输大巷技术特征

图2 煤层中巷道的三种位置

顶板锚杆为高强度螺纹钢锚杆，采用树脂药卷加长锚固，并铺设钢筋网和钢筋梯子梁。

其主要技术要点是高强度加长锚固锚杆能够提供较高的轴向和横向约束力，有效约束顶板煤体破坏和变形，阻止顶煤的松动破落；顶板锚杆之间通过钢筋网和钢筋梯子梁形成支护整体，约束表面煤体的变形和破坏，防止煤体冒落，提高喷射混凝土的抗拉强度和抗弯强度。在顶板安装小孔径预应力锚索加强支护，以增加支护强度，减少顶板传递给两帮煤体的载荷，提高巷道围岩的整体稳定性，保证巷道安全可靠。顶板锚索长度应能悬吊在顶板坚硬砂岩层之中或大于巷道宽度的两倍以上。

两帮采用螺纹钢高强度锚杆，锚固方式为树脂药卷加长锚固，并架设钢筋梯子梁，加固巷道两帮煤体，充分发挥高强度锚杆的作用。为两帮提供较大的支护阻力，限制两帮变形，保证巷道两帮的稳定可靠。

最终确定的顶板和两帮支护参数方案见表3和表4。

表3 顶板锚杆锚索支护参数表

表4 帮锚杆支护参数表

3.2 大巷锚杆支护布置图（见图3）

图3 大巷锚杆支护布置图

4 结 论

本文所述支护方法，具有如下效果：一是降低材料支护费用，同架设铁棚相比大大降低了支护费用，架棚平均达1800元/m；二是锚、网、带、索、喷支护仅800元/m，以每月100m计算，每月可节约费用近10万元；三是减少了巷道的维修量，降低了巷道的维修费用；提高了掘进速度；采用联合支护降低了工人的劳动强度，简化了施工工艺，为掘进队创水平、提高质量管理奠定了基础；提高了巷道支护的可靠性；锚杆的预紧力大于8 t，锚索的预紧力大于12t克服了棚式被动承载支护，减少了围岩变形，避免了架棚巷道出现的冒顶、漏顶现象，使巷道的稳定性和可靠性大大提高。

［1］兰永才.松软岩体下巷道的支护分析[J]煤炭技术,2006,（02）.

［2］贾亚民.常村矿新掘双轨石门软岩支护工程设计[J]中州煤炭,2009,（08）.

［3］何满潮.煤矿软岩变形力学机制与支护对策[J]水文地质工程地质,1997,（02）.

Support of Soft and Broken Seam Roadway in Kouqian Mine

KANG Qiao-yu
（College of Applied Science and Technology,China University of Mining and Technology, Xuzhou Jiangsu221008,China）

Aiming at seam occurrence and present construction level of Kouqian Mine,the paper studies the geological mechanical behavior of No.4+9 seam and its roof and floor,the stability features of soft and broken seam roadways,and the corresponding bolt support theory.The author presents the reasonable support designs and parameters of the main transportation tunnels in order to tackle the supporting difficulties threatening the safety production.

Soft and broken seam roadway;Soft rock support,United support

TD353

A

1672-5050（2010）03-0052-02

2009-11-18

康乔煜（1988—），男，山西五台人，大学本科在读。

徐树文