B070301.“三软”地层防止顶板冒落支护技术实践.docVIP

锚、网、喷+锚梁联合支护在“三软”地层中的应用 刘　波 [龙口矿业集团公司梁家煤矿，山东 龙口 265700] 摘 要 针对梁家煤矿在巷道施工中总结出的顶板冒落的特点，分析了巷道顶板冒落事故发生的原因，介绍了在锚、网、喷支护巷道采用锚梁联合支护，有效防止巷道顶板的冒落的经验。 主题词 “三软”地层 顶板冒落 锚、网、喷+锚梁支护 1前 言 龙口矿区梁家井田是典型的“三软“矿井，成煤于新生代第三系，含煤地层岩性多为泥岩、粘土岩、含油泥岩、炭质页岩和胶结松散的砂岩。岩层单轴抗压强度5.3～44.3MPa，大部分小于20MPa；内摩擦角26.3～32°；节理裂隙发育，松散破碎。大部分岩层中含有蒙脱石（最高68.4%）、高岭土膨胀性矿物，易吸水崩解，膨胀性强（最高245%）。围岩自稳时间短，具有显著的流变特性。 梁家井田主要可采煤层为煤2、煤4层位。煤2层煤层顶板为含油泥岩，厚度13m左右，岩层致密，韧性大，层位稳定，属于中等冒落顶板；底板为砂质泥岩、泥岩及粘土岩、粉砂岩及中粗砂岩，遇水膨胀泥化变软。煤4层煤总厚度在10.7～11.8m之间，煤层结构复杂，含夹矸20层左右，夹矸总厚在3.5m左右，纯煤厚度在7.5m左右。煤4层自上而下可划分为8个分层，其中，夹矸在全层上下两端多、中间少；煤层直接顶为泥岩，厚度一般在1.8m左右，其上为泥岩砂岩互层，平均厚度61.3m，强度低易冒落；直接底为泥岩，厚度在0.56m左右，强度低，具有遇水膨胀、泥化的特点。 根据多年来的井巷工程实践，煤1的工程稳定性最好，煤2次之，煤4底板8m下炭质泥岩和断层破碎带最不稳定。煤2层巷道设计一般选择在煤中，煤4层巷道一般选择在煤4-6底板上500mm为巷道底板。 几年来，通过深入研究龙口矿区软岩地质条件、岩层属性及巷道开挖后矿压显现特性，针对巷道围岩自稳期短、压力显现快、塑性变形大且持续时间长，同时围岩极具强膨胀性、扰动性、崩解性、流变性的特点，在实践中摸索支护形式，认真分析总结多年来的工程实践，结合地质特征及巷道变形破坏规律，提出支护对策，并通过反复实践，逐步建立了以锚、网、喷、锚、梁为主体的支护系统。 2 “三软”地层围岩特性 经过多年的施工实践，总结出“三软”围岩具有以下特性： ① 围岩强度低，煤体及顶、底板围岩松散破碎，自承能力差，自稳时间极短。巷道开挖后围岩即呈现出明显压力，2小时内围岩便失去自稳，顶、帮爆裂片落，因此软岩巷道的支护和对围岩的封闭必须及时、迅速，以杜绝围岩风化和最大限度地保持围岩自身强度。 ② 围岩具有高饱和吸水性、强烈的膨胀性和流变性，其中泥岩和炭质泥岩表现尤为明显。围岩吸水后立即强烈膨胀，表层围岩吸水后向深层岩层渗透，造成吸水越来越多、膨胀愈加强烈。掘进成巷后必须及时封闭围岩，才能杜绝围岩吸水的通道，达到巷道支护的目的。 ③ 围岩极具扰动性和崩解性。围岩抗干扰性弱，放炮震动能导致围岩结构发生变化，会加大表层围岩的裂隙，造成表层围岩崩解。围岩受扰动距离相当大，通常煤2层位互扰距离至少30～40m，煤4层位互扰距离至少60余m。因此为满足支护需求，巷道设计时必须合理布置，避免互扰。 ④ 围岩的塑性变形大，持续时间长。巷道围岩高度与宽度变形如图1所示。 1-巷高变形曲线；2-巷宽变形曲线 图1 软岩巷道围岩变形曲线 由观测结果可知： A段为速变期，通常为开掘后10～20天，宽度变形为150～250mm，高度变形为100～200mm； B段为缓变期，通常为巷道开掘21～70天，特征是宽度变形大于高度变形； C段为剧变期，由于围岩吸水后潮解变软，降低了自身强度，施加在支护体上的压力增加，围岩的膨胀变形促使支护体的破坏，加速巷道变形、破坏。此时巷道的变形量都明显增加。为延长巷道使用寿命，满足生产需要，通常采用补强手段，即在巷道进入C段变形期前对巷道进行补强支护。 ⑤ 围岩的松动性。根据超声波围岩探测仪及位移观测得知，巷道掘成后围岩松动圈大致为椭圆形，其长轴平行于围岩层理方向。矿井投产初期，由于开采深度浅，开采条件好，围岩松动的范围约为0.6～1.9m。随着矿井开采范围不断扩大，开采条件越来越差，老空区增多，围岩的松动范围主要集中在1.0～2.5m之间，局部离层松动达到3.5～4.0m，回采巷道受采动超前压力影响，深度可达5.0～6.0m。靠近巷道轮廓线的一圈尤其松软，形成所谓的“松散破碎带”，成为影响支护效果的重要原因。 3 软岩巷道破坏机理分析 （1）围岩岩性影响 梁家井田煤层埋深为235～600m，目前开采的煤4层最大深度为-524.8m，原岩应力较大。该煤层巷道顶、底板岩性分别为泥岩砂岩互层、泥岩，岩层节理发育。由于软岩巷道的工程稳定性差，自稳期短且极具压力显现，因此该巷道一开挖，顶板立即脱层并向纵深发展，围岩风化而遭破坏。根据