老矿井软岩支护改革实践

曲延文

（辽源矿业集团公司，吉林 辽源 136200）

0 概述

梅河煤矿四井是已生产三十多年的老矿井，位于吉林省梅河口市红梅镇境内，矿井初步设计生产能力21万吨/年，后经对生产系统技术改造，2010年核定生产能为力90万吨/年。目前，该矿井已生产到九阶段水平，采深已达600m。

矿井的开拓方式为片盘斜井石门分区式开拓。矿井井田是一个倾向140°的单斜构造，煤层倾角大部分在50°～60°之间，为急倾斜煤层，矿井地质构造较复杂。矿井主要含煤两层，即12号、13号煤层，现开采12层煤，12层煤平均厚度20～50m，顶板覆岩为泥岩，其厚度40～60m，由灰褐色、茶褐色的块状泥岩组成。随着开采深度的不断加深，其矿山压力也随之逐渐增大，现采用的单一U型钢支护已难以满足安全生产的要求，所以选择合理的支护形式，不断的进行巷道支护改革，采取相应有效措施，是提高老矿井巷道支护强度、保证矿井巷道服务年限的前提保证。

1 巷道支护的历史

1.1 巷道支护

梅河四井巷道支护经历了碹体支护、木梯棚支护、矿工字钢支护、可缩性U型钢棚支护、金属网锚喷支护、钢筋网锚喷支护以及锚喷网U型钢双支护等支护形式。碹体支护用于服务年限较长的开拓巷道中，在浅部软岩支护过程中支护较好。历史上曾在采区内采用木梯棚支护和矿工字钢支护，由于巷道支护材料落后，出现的顶板事故次数较多。为了预防顶板事故的发生，在近些年积极采用新工艺，逐步运用U型钢棚支护和锚喷网支护，取代木梯棚和矿工钢支护，使顶板管理水平有了很大提高，顶板事故率逐步降低。

1.2 巷道支护受损因素

1.2.1 地质因素

矿井的复杂地质构造及深部开采的矿山围岩应力增大，造成了深矿井的顶板破碎、倾角变化、煤层变软、淋水增大等状况，影响了顶板的稳定性、整体性，破坏了煤层的完整性，形成裂隙和破碎带，老顶来压显现，顶板岩石开始下沉，逐渐从巷道两帮破碎并鼓出。导致巷道变形严重。

1.2.2 膨胀因素

软岩具有遇水膨胀的特点，一但吸收水后体积膨胀，产生很大的膨胀力，使巷道底鼓，巷道变形破坏，在井下生产作业中，经常底鼓至300～400mm。

1.2.3 喷浆因素

巷道喷浆的施工质量不达标、不合格，使其空气进入岩体中，从而风化剥蚀、岩体脱落，巷道变形严重。

2 巷道支护的改革

为解决好梅河煤矿四井在软岩支护中巷道压力大的难题，在不同的巷道地点、不同的巷道服务年限及不同的巷道用途，采用合理的支护形式，是能否影响到安全、生产和效益的关键性所在。

由于近几年来锚网支护和U型钢棚支护改革在国内已得到广泛应用，所以在梅河四井采取了开拓巷道中采用锚喷网支护、随掘随喷，而在采区准备巷道中采用了U型钢支护。

2.1 锚喷网支护

2.1.1 锚喷网支护的特点

（1）采用“主动”支护，改善了围岩的受力状态。锚网支护是利用锚固剂、锚杆、托板及各种构件或喷层，给围岩一定的支护强度，且随围岩变形支护阻力不断增加，与围岩共同组成支护体系，承受各种围岩应力和采动应力从而实现支护目标。改变了原有支护的架棚初期基本不具有初撑阻力，不可能紧贴围岩或不能全部紧贴围岩，点状受力；只有当围岩破碎、离层后，随着围岩变形的增加，支架支护阻力随着增加，才能发挥棚子的支撑作用的被动支护的局面。

（2）减少巷道维修量。与架棚支护相比，锚杆支护能及时加固围岩，从而减少围岩变形，防止顶板早期离层和片帮，更有利于改善巷道的维修状况，保持巷道围岩的长期稳定。

（3）减小工人的劳动强度。采用锚网支护技术，不需要运输大量的支护钢材和其他辅助材料，减少了支护材料的搬运量，从根本上减轻了工人的劳动强度，加快了循环进度，工效也随之提高。

（4）降低支护成本。采用锚杆支护可以大幅度节约大量钢材、木材等支护材料，降低支护成本。

2.1.2 锚喷网支护改革

（1）采用大断面施工。以往开拓延伸巷道，支护形式一般为φ4.0m锚网支护，掘送-240～-300m暗主井时，施工半年后，变形严重，就需再次翻挑。在2009年9月份施工-300m水平付井车场时，采用大断面φ5.0m半圆拱型钢筋网锚喷支护，采用φ22mm长度2.4m螺纹钢锚杆、排距600㎜布置，铺单层金属网和钢筋网及时喷浆封闭，保证了巷道围岩的完整性，减少与潮湿空气的接触，防止围岩膨胀变形。

（2）打锚索补强工作。为了保证巷道支护强度及服务年限，采用补打锚索的方式进行补强加固，打锚索按“三、三”的排列方式进行布置，锚索长6.4m，锚深6.0m。锚索间排距：1.5m×1.5m，锚固力达到50KN以上。

（3）加强主要大巷治水工作。以往采区排水经开拓大巷水沟排水，流入水仓。改革后采用φ159mm铁管连接，从采区直接接入水仓，保证巷道没有积水浸泡。

（4）大巷硬覆盖工作：为达到巷道全封闭状态、在主要开拓大巷打水泥地面进行硬覆盖工作。

（5）使用水力膨胀锚杆控制软岩巷道底鼓[3-4]。

2.1.3 经济效益对比

在以往开拓巷道采用U型钢支护、改革后采用锚网支护。

开拓巷道采用φ4.0半圆拱锚网支护每米费用4200元/米、采用36Uφ3.6四节U型钢支护每米费用8600元/米，即每施工1米U型钢支护比锚网支护高4500元。经改革-240水平350米开拓巷道、节约资金157.5万元。2010年锚网巷道2300米、节约1035万元。

2.2 U型钢棚支护改革

2.2.1 增大U型钢规格

以往采区两道采用25U型钢棚、逐步增大29U型钢、36U型钢、现采用40U型钢支护。提高了U型钢棚受力强度、减小了巷道变形程度[5]。

2.2.2 采用大断面施工

通过改革采用φ3.6m全圆或三节棚支护替代以往采区两道φ3.2m棚支护。保证了巷道少量变形后仍可以继续使用。减少了采区巷道维修量。加密棚距，增加了巷道的支撑力，有效的防止巷道变形。

2.2.3 采用“三个三”支护方式

根据地质状况采区风、溜道采用“三个三”支护方式、以支得住、少维护、不翻修为原则。“三个三”即对现掘送的采区风、溜道的支护采用分三个阶段选择三种支护形式。

2.2.4 棚后充填、加强支护强度

U棚支架与围岩之间接触状况差、支架空帮空顶情况严重，受力状况不均。实施棚后充填矸石、使受力均匀、增加了U棚支护强度。必要时增加铁拉条、可以使相邻U棚之间形成一个整体、使围岩受力均匀、达到一致。2.3 锚喷网U型钢双支护

根据地质条件、如果采用锚喷网支护或U型钢棚支护、不适合围岩压力时，则采用锚喷网U型钢棚双支护。其优点是在主动支护的同时，又增加了被动支护，它的支护强度高，提高巷道的支撑能力。

3 结论

（1）梅河煤矿四井在软岩巷道支护改革过程当中，充分的考虑了巷道的服务用途及服务年限等因素，选择了合理的支护形式，取得了预期的支护效果。

（2）通过开拓巷道锚喷网支护、采区巷道U型钢棚支护大幅度提高了支护质量，提高了劳动效率，为实现安全高效矿井提供了基本保证。

（3）针对不同巷道采取不同的支护方式，取得了显著经济效益和社会效益，为同类型矿井的巷道支护提供了可借鉴的经验。