B060306含水复合顶板沿空顺槽锚梁网+锚索联合支护试验..doc

含水复合顶板沿空顺槽 锚、梁、网+锚索联合支护试验 尹建国 苏多云 【淮南矿业（集团）公司潘三煤矿，安徽 淮南 232096】 摘 要 分析了含水复合顶板沿空掘巷的受力特点，设计锚、梁、网+锚索联合支护方案。通过现场试验和矿压观测与分析，证明了支护的可行性，为类似条件下的巷道支护提供了可借鉴的经验。 关键词 含水 复合顶板 联合支护 2001年，潘三矿在13槽综采面沿空巷道进行锚、梁、网+锚索联合支护试验。试验巷道为该矿西一采区13槽1211(3)轨道顺槽。巷道长1250m，埋深517m。该巷道此前1062m采用U型钢架棚支护。联合支护试验巷道长188m，经历了掘进与回采两个时期。掘进与待采期间，巷道支护状况良好。回采期间，巷道压力大，巷道变形严重，但在采取适当的超前加强支护措施后，实现了工作面的安全回采。这次试验为该类巷道今后采用锚、梁、网+锚索联合支护提供了经验。 1 试验巷道的地质条件 13-1层煤直接顶板为泥岩、煤线和13-2层煤，含大量植物化石碎片，厚3.17m～4.55m，平均4.64m；老顶为浅灰～灰白色中粒砂岩、粉细砂岩互层，块状、坚硬，厚4.50～7.21m，平均5.57m，局部垂向裂隙较发育；底板为灰—深灰色泥岩，厚度2.80～7.28m，平均4.40m(见图1)。煤层倾角13～15°，煤坚固性系数f值为1，煤层厚度3.1～4.0m。该巷道的地质采矿条件具有以下特点： ①巷道直接顶板是由三层软岩夹二层煤组成的复合顶板，复合顶板软岩层的厚度达到4.6m以上； ②巷道倾斜下方与1221(3)综采面采空区相邻，之间仅留3m小煤柱，属窄煤柱沿空巷道； ③巷道老顶砂岩含水丰富，局部裂隙发育，使老顶之下的泥岩及13-2层煤容易产生较大的膨胀变形； ④巷道埋深517m，地层压力约13MPa。巷道掘出后，松软的复合顶板由于弹性模量小，积蓄于顶板岩层内的地层压力将会以形变压力的形式全部或绝大部分释放出来。 图1 岩性柱状图 2 巷道支护分析与支护方案 2.1 巷道支护分析 根据1211(3)沿空巷道的地质条件，在该巷道中采用锚、梁、网+锚索联合支护存在多种技术困难。 2.1.1 老顶断裂威胁巷道安全 老顶距巷道顶部4.6m，采场支承压力或整个上覆岩层压力是通过老顶传递到巷道顶板和巷道两侧煤体、煤柱上，用锚杆与锚索加固后的顶板仍难以支承全部压力。实际上，大部分压力是通过老顶传递给巷道两侧的煤体和煤柱。因此，老顶断裂后，采场支承压力将可能直接作用于巷道直接顶。而直接顶实际是处于老顶的保护之下，老顶的断裂往往是以直接顶的断裂为前提的。况且，老顶断裂后，用作巷道支护的锚索、锚杆的着力点将可能破坏，从而造成巷道支护完全失效。老顶断裂后，即使能够形成某种可以承载的岩块结构，但此种结构具有很大的不确定性和不稳定性，且承载能力与断裂前的完整岩层相比大大降低。因此采用锚杆、锚索支护的沿空巷道老顶断裂，将造成巷道支护结构的失效和巷道的整体垮落。为防止巷道老顶的断裂和保持巷道安全，应合理留设煤柱和正确选择锚杆、锚索的布置方式并采取其它技术措施。试验巷道由于原采用U型钢架棚支护，煤柱宽度是事先已确定了的，无法改变。3m宽的窄煤柱将无法支承老顶传递来的强大压力而遭到完全破坏和丧失承载能力。3m宽窄煤柱加上4m宽巷道，相当于采空区边缘向煤体侧移进了7m，而老顶在采空侧悬臂的长度将可能达到10m。老顶与直接顶的累计厚度10m左右，与采空区顶板冒落带的高度非常接近。因此，老顶在巷道煤体侧上方断裂的可能性很大。老顶的断裂无疑会给巷道支护和安全造成极大威胁。 2.1.2 现用锚杆、锚索不适应顶板岩层的膨胀变形 根据地质资料，巷道老顶砂岩含水，且与煤系地层之上的第四系下部含水层有一定的联系。与试验巷道相邻的1221(3)工作面切眼及运输巷在掘进过程中相继出水，最大出水量为29m3/h，一般为15m3/h左右。已掘进完工半年多的1211(3)工作面上顺槽顶板一直淋水不断。后来的掘进施工亦证实，试验巷道的顶板淋水直至工作面回采一直没有停止。巷道的揭露，加上锚索孔钻进到老顶砂岩层，造成顶板岩层活动，砂岩层含水将透过直接顶而进入巷道。直接顶的泥岩遇水产生膨胀变形，自由膨胀率将达到20%以上。现用的锚索及锚杆基本属于不可伸长的刚性结构体，不能适应直接顶泥岩的膨胀变形。锚杆与锚索不仅要承受强大的岩层形变压力，而且还要承受岩层遇水膨胀后所产生的巨大的膨胀压力，在这两种压力的双重作用下将被拉断。此外，由于安装的锚杆与锚索长期经受顶板水的浸渍而严重锈蚀，其破断强度将被严重削弱。 2.1.3 巷道围岩的破碎使其可锚性降低 锚杆支护是通过加固围岩提高其自承载强度来实现的，其前提是巷道围岩必须具有可锚性。锚杆支护强度的高低不仅取决于锚杆的布置方