B060104深部大断面半煤岩巷支护设计..doc

深部大断面半煤岩巷支护设计 董新宇 【沈阳煤业（集团）有限责任公司 辽阳红阳三矿，辽宁 辽阳 111307】 摘 要 介绍红阳三矿北二采区12103运输回风两顺槽锚杆、锚索、金属网联合支护设计。 关键词 深部巷道 大断面 半煤岩 工程类比法 锚杆、锚索、金属网联合支护 红阳三矿北二采区12煤埋深较大，地质构造复杂，平均每百米可见2至3条断层，且多数为组合断层。2003年该采区系统形成，至2005年6月已有一个工作面回采完毕，有2个工作面正在回采中。采区内巷道均布置在煤层中，支护方式为锚杆、锚索、金属网联合支护。由于巷道围岩比较松软，一般在开挖1个月内部分支护就开始失效，至回采期间巷道均有缓慢较大变形发生（净高、净宽减缩200mm～300mm），巷道翻修率最高可达30%。特别是在地质构造段，往往需要架设矿工钢对棚补强。为彻底解决深部大断面半煤岩回采巷道的支护难题，集团公司及矿与辽宁工程技术大学的专家立项研究矿压分布规律。在12103刨采工作面巷道进行支护设计时，对支护参数进行了调整。 1 顺槽概况 红阳三矿北二采区12煤1分层12103回采工作面埋深810m（标高为-784m），煤厚1.35m。顶板为泥岩，黑色致密、贝壳状断口，含菱铁矿结核和海百合茎化石、长身贝、石燕等，平均厚10.25m。底板(1、2分层夹矸)亦为泥岩、含炭、松软易碎，厚1.2m。掘进中可见F49较大正断层及一些中小断层。为提高煤质，采用刨煤机分层开采。图1为12103回采工作面设计平面图。 图1 12103刨采工作面巷道设计平面图 2 相邻巷道支护观测 该采区已掘巷道进行了矿压观测，测得该区岩石力学性质如表1所列。 表1 岩石物理力学性质 12煤顶板 12煤（含1，2分层） 12煤底板 视密度（kg/m3） 2160 1320 2510 抗压强度（MPa） 26.5 2.63 6.39 抗拉强度（MPa） 1.77 0.25 1.40 弹性模量（GPa） 16.6 0.63 18.5 泊松比（μ） 0.18 0.22 0.24 凝聚力（MPa） 3.2 0.37 1.68 北二12煤集中运输巷、集中回风巷断面高×宽钧为2.9×4.2（m），采用锚杆、锚索、梯形刚性钢带、金属网联合支护。顶板锚杆用直径20mm、长2000mm的螺纹钢等强锚杆，帮部用直径20mm、长1600mm的螺纹钢等强锚杆，间排距为800×800（mm）。配套7mm厚中孔方形钢板托盘、反扣50mm长六角螺母。锚杆锚索长5.0m，由7股钢丝扭制而成，直径15.5mm，托盘为12号矿工钢，长度260～300mm。锚杆、锚索在矩形全煤巷道中垂直于顶、帮布置。菱形金属网采用8＃铁丝编制，网边长70～80mm。支护后，每隔50m设顶板离层、围岩深部位移、锚杆锚固力观测点，距工作面50m以内每2天观测一次，50m外每6天观测一次。从观测结果分析，巷道掘进后围岩表面位移量较小。顶板下沉量为40mm左右，最大离层量发生在顶板浅部1～2m之间，离层量15mm左右，深部3m处围岩位移量3mm左右。围岩2～3m处也出现整体位移趋势。观测结果表明，锚杆、锚索长度和支护密度设计基本合理。 3 顺槽支护设计 巷道布置在12煤1分层和12煤顶板中。按照刨采设备运行及工作需要，巷道断面尺寸高×宽需达到2.8×5.2（m），其断面及支护设计见图2、3。 图2 北二集中运输、回风顺槽支护断面示意图 图3 12103运输、回风顺槽断面示意图 巷道支护的设计应用工程类比法、参照邻区已有工程的支护效果（支护参数和围岩变形破坏状态），对支护参数进行调整。 针对邻区巷道梯形刚性钢带易于断裂，而改为梯形柔性钢带。对巷道周边四个拐角处的锚杆及锚索布置角度进行调整，即将水平锚杆调整成仰俯10°，垂直锚索调成向两帮倾俯10°（见图3）。鉴于跨度增大，顶板锚杆加长200mm。 和已有巷道比较，该巷道挑顶1.40～1.50m，跨度需增加1.0m。这样，12煤顶板受到一定破坏。所以锚杆、锚索均采用加长锚固，使锚杆、锚索悬吊于12煤顶板中的高宽较之集中运输和集中回风两顺槽相对抬高1.60m；在巷道周边四个拐角处的锚杆均向断面对角线靠近10°；锚索与沿垂向夹角为80°，亦靠近断面对角线。这样，锚杆、锚索的锚固端布置在围岩松动圈以外的岩层中。 4 施工措施 由于巷道断面（跨度）较大，施工中需通过1条落差大于6.7m的断层和落差2m及2m以下的断层24条（两巷共50条）。实践中，断层内锚杆锚固力下降，顶板下沉量增大。在施工过程中视断层面破碎程度加密锚索布置。 掘进机掘进时，每循环从下至上进刀，以岩石自然层理面为巷道顶板面，巷高可在±100mm内随机调整。 顶板较硬时采取放炮松动措施，要多钻眼