浅析不稳定矿岩掘进支护技术的应用

王慕良

(大同煤矿集团永定庄煤业有限责任公司，山西 大同037000)

1 概述

永定庄煤业隶属于大同煤矿集团公司，所属煤田地区的地质条件比较特殊，煤矿岩层具有一定的不稳定性。以该煤矿中的9#矿井煤层围岩为例，在采动条件下的稳定类别检测确定为Ⅲ类至Ⅳ类的标准范围，在开采与掘进过程中具有较大的不稳定性，对于煤矿矿井的开采掘进具有极大的不利影响。结合该煤矿以及矿井岩层的这一特征，在进行煤矿矿井的开采掘进过程中，专门对该矿井围岩特性以及地质应力作用情况等进行分析，并在此基础上采用相关的煤矿矿井采动模拟系统，以“按台阶以及阶段、块段等进行分布掘进、支护浇筑”的工艺方法，应用“锚杆加钢筋焊接网”的支护方式，同时通过使用快速承载预应力锚索进行支护加强，并在矿井掘进支护过程中给出相应的合理锚固参数，以实现不稳定围岩条件下的掘进支护施工，保证煤矿开采掘进安全，提高煤矿开采掘进工作效率。

2 同煤集团永定庄煤业围岩地质条件分析

该矿矿井掘进开采面的断面形式主要呈现为一个三心拱的结构形式。其中，三心拱的毛断面大圆半径约为8.51 m，毛断面小圆半径2.07 m。同时，矿井的三心拱开采掘进断面中，大圆的圆心角约为53°，小圆圆心角约为63°，整个三心拱毛断面的宽度约为9.9 m，高度约为9. 45 m，毛断面的面积约为86 m2。

矿井的开采掘进层中，整个掘进层的走向长度约为40 m，掘进层的走向方位为270°。该开采掘进煤层主要位于上述煤矿的9#矿井煤层以及底板岩层之间，整个开采煤层距离地表的垂直距离约为480 m。此外，该开采掘进煤层东段直接顶的地质岩层中主要为粉砂岩与砂质泥岩两种岩土类型，而开采掘进煤层东段的基本顶地质岩层中则主要是细砂岩与粗砂岩两种岩土类型;在该开采掘进煤层西段的地质岩层中，直接顶结构部分的地质岩层为2 m 厚的9#矿井煤以煤岩互层，岩层上覆盖的岩土类型主要有砂质泥岩以及细砂岩、粗砂岩。最后，根据该开采掘进煤矿矿井的井下巷道施工锚索穿过岩层的情况来看，该煤矿的开采掘进煤层中上覆砂岩中含有裂隙水，在煤矿矿井的开采掘进施工中，对于煤矿煤层的开采掘进稳定性也有一定的不利影响。

在该煤矿的开采生产过程中，9#矿井的开采煤层顶底板结构主要为炭质泥岩岩层，具有性脆、层节理以及裂隙发育、遇水软化、强风化等特征，因此，使得该煤矿矿井的开采掘进断面属于软弱破碎岩层中的特大断面形式，在进行煤矿断面的开采掘进施工中，需要采用相关的掘进以及开采支护技术，以保证软弱破碎岩层开采过程中的稳定性，保证煤矿矿井的开采生产安全。

3 不稳定岩层的掘进支护技术

根据上述所描述的同煤集团永定庄煤业开采掘进断面地质结构与岩层特性，在进行该煤矿断面的掘进开采过程中，为了避免岩层不稳定性对于开采掘进工作的影响，上述煤矿专门采用了“锚杆+钢筋焊接网”支护形式作为掘进施工中的基本支护技术。同时，使用快速承载预应力锚索作为掘进施工中的加强支护技术，以保证该煤矿断面的开采掘进施工顺利。下文将从煤矿断面锚固支护中各种锚固材料的选择应用上，对于煤矿断面掘进施工中的锚固支护技术进行分析。

1)在进行上述煤矿断面的掘进施工中，应根据对于煤矿开采掘进断面支护方式，在结合煤矿开采掘进断面支护应用实际的情况下，对于支护锚杆的钻孔直径以及锚杆直径，与锚固剂直径的最佳匹配选择进行考虑，根据掘进施工中锚固支护的长度要求，一般选择S2360 型号和Z2360 型号的两种树脂型锚固剂，进行上述煤矿断面的掘进锚固支护应用。在上述两种锚固剂类型中，S2360 型锚固剂是一种快速和中速各在一端的双速锚固剂，通常这种锚固剂多使用红色表示快速段，使用白色表示中速段。在进行锚固剂的安装过程中，多将双速锚固剂的快速段放置在孔底进行安装应用。

2)在进行上述煤矿矿井断面的开采掘进施工中，对于锚固支护所使用锚索的选择，应根据开采掘进煤层的围岩特性以及开采掘进煤层断面的尺寸大小，多选择使用直径为17.8 mm，同时破断力为350 kN 的7 股钢绞线作为锚固支护使用的锚索材料。此外，煤层断面开采掘进支护过程中所使用锚索材料的技术参数情况如下，首先，进行开采掘进煤层断面锚固支护使用的低松弛钢绞线的直径大小为17.8 mm，锚索钢绞线的直径偏差在0.2～0.4 mm 之间，钢绞线的重量约为每千米1 500 kg，钢绞线等级强度约为1 720～1 860 MPa，其中，钢绞线的最小破断负荷约为327～353 kN，屈服负荷约为294～318 kN 之间。此外，选用该种类型的钢绞线作为锚索，其最小伸长率约为3. 5%，并且在锚固使用1 000 h 后的松弛程度不超过2.5%，具有较好的锚固应用性能特征。

3)在进行上述煤矿断面的开采掘进锚固支护中，由于进行开采掘进的煤矿煤层断面为大断面巷道，本身具有跨度情况比较大以及边墙比较高、围岩层节理裂隙发育等特征，因此，在进行煤矿断面的开采掘进过程中，为了保证煤矿断面的开采掘进安全顺利，在开采掘进断面的顶板以及两帮结构处统一使用直径为20 mm 的高强度螺纹钢锚杆进行锚固支护应用，其中，支护锚杆的长度约为2.2 m。此外，进行煤矿断面掘进支护中，由于进行锚固支护使用的金属焊接网的网孔尺寸为100～125 mm，因此，进行锚固支护应用的锚杆托板应选择厚度为10 mm、宽度为150 mm 的钢板压制成的穹形多功能托板作为锚杆托板，而锚索托板应使用厚度为14 mm、长宽为300 mm 的钢板进行锚固支护应用。在进行煤矿断面支护中，支护围岩具有一定的封闭性作用，锚固支护中需要通过喷射混凝土进行支护，而对于锚固使用的钢筋焊接网则使用直径为6.5 mm 的钢筋，以网孔大小为100 mm×100 mm 的尺寸进行制作形成，整个钢筋网的宽度约为1.1 m，钢筋网长度可以根据施工情况进行设置。

最后，在对于支护使用锚杆以及锚索锚固长度的确定中，需要根据锚固岩层的强度情况，通过相应计算公式计算得出。比如，锚杆锚固长度计算确定中，以泥岩为例，锚固长度计算公式为(1)所示。式中Pm为设计锚固力，R为锚杆孔半径，τ 为树脂药卷与钻孔壁的粘结强度情况。

4 结语

总之，进行不稳定围岩条件下煤矿巷道掘进支护技术的应用分析，不仅有利于提高煤矿巷道开采掘进支护技术水平，保证煤矿掘进开采安全，同时对于促进煤矿安全生产与发展也有积极作用和意义。

［1］ 杨晓光.锚网喷支护在开滦范各庄矿业公司四水平岩石巷道中的应用［J］.科技信息，2012(33).

［2］ 杨开安，赵茂森，肖子兴，等.厚层破碎复合顶板巷道锚注支护技术［J］.西安科技大学学报，2013(4).