煤矿三软煤层支护技术——青海省能源发展集团有限公司.doc

煤矿三软煤层支护技术 青海省能源发展集团有限公司 鱼卡公司从2003年建矿初期就开始对三软煤层的支护问题进行了研究探索，到目前为止已取得了一定的成果，但仍存在支护投入高、支护工序复杂等问题，为此软岩支护的研究还需要在今后的工作中不断进行探索研究和改进。 一、三软煤层巷道变形破坏力学机理分析 软岩地下工程失稳力学机理是地层压力效应，地层压力可分为松动压力、变形压力、膨胀压力等。当地下工程支护不及时时，变形压力和膨胀压力会使围岩破坏转变为松动压力，引起围岩失稳。 1．松动压力 松动压力是直接作用在地下工程支护上的作用力力，多作用在巷道的顶侧帮，形成原因是地下工程采动后，围岩应力重新分布，部分围岩或结构面失去强度，成为脱离母岩的分离块和松散体，在重力作用下，克服较小的阻力产生冒落和塌滑运动，其具有突发性和断续性。 2．变形压力 在二次应力作用下，围岩局部进入塑性变形，塑性变形形成支护压力。有支护时，支护刚度产生抗力，此抗力就是实际的变形压力。支护越早支护体受到的压力越大，支护越晚支护体受到的压力越小。 3．膨胀压力 在软岩掘进时，岩体遇水后发生不失去整体性的膨胀和移动，有支护时，膨胀变形对支护产生另一种形式的变形压力，这主要是岩体颗粒间存在相互连通的吸水性强的毛细通道，致使岩体发生膨胀，向地下工程内自由空间移动，对支护形成压力。 二、软岩支护基本理论 1．轴变论和系统开挖理论 巷道围岩破坏是由于应力超过岩体强度极限所致，坍塌是改变巷道轴比，导致应力重新分布。开挖系统控制理论是开挖扰动了岩体平衡，这个不平衡具有自行组织功能。 2．联合支护理论 对于软岩支护强调先柔后刚，先抗后让，柔让适度，稳定支护。由此而衍伸发展起来的支护技术有锚网支护、锚喷支护、锚索支护、锚带支护、钢架支护等联合支护。 3．围岩松动圈理论 在坚固岩层松动圈基本接近零，此时围岩塑性、弹性变形虽然存在，但不需支护。软岩巷道松动圈较大、收敛变形大、支护困难。因此，支护的目的在于防止围岩松动圈发展过程中的有害变形。 4．主次承载区支护 在巷道开挖后，围岩中形成拉压域，主承载区域为压缩域，次承载区域为张拉域，支护对象主要为张拉域。 5．应力控制 即改变围岩应力分布，使支撑压力向围岩深部转移，人为降低支撑压力区围岩的承载能力。 三、“三软”煤层主要支护形式：主动支护 主动支护即锚固支护，已有50年的历史，其支护机理主要为： 1．悬吊理论：是将直接顶悬吊到上部坚硬岩层，悬吊理论能较好的解释锚固顶板范围内有坚硬顶板岩层的锚固支护。 2．组合梁理论：通过锚杆的径向力作用将叠合梁的岩层挤紧，增大层间摩擦力，同时锚杆的抗剪能力也阻止层间错动，使锚固支护形成组合梁。 3．拱形压缩带理论 锚杆安装后使巷道围岩形成连续的压缩带，压缩带承受围岩的压力。 四、三软煤层支护的实践 鱼卡公司年设计生产能力 90万 ,现主采煤层目前生产水平为 水平综放工作面在东采区交替开采。煤质松软碎煤层强度约ｆ =0 .5～ 普氏系数g/cm3） 1.2 1.3 混合率（以体积计） 4 1 混合比例（体积比） 1 1 20℃时的储存期限（月） 3 12 存储温度（℃） 5—20 5—40 2、聚合产品 适用温度（℃） 15 25 反应时间（分钟） 5 2 膨胀倍数 20－30 20－30 10％变型压力（kpa） 10-20 10-20 发火等级 无火焰蔓延 无火焰蔓延 （2）加固材料 高分子化学加固材料——马丽散 ，是由两种组分组成（树脂和催化剂）的高分子化学产品，用于煤岩体的加固。产品的高度粘合力和良好的机械性能与煤岩体产生高度粘合，良好的柔韧性可以承受地层压力的长期作用，并且具有强抗渗性能、抗磨、抗冲击性能和抗老化性能，从而达到长久稳固煤岩体的目的。 材料在注入到煤岩体裂隙中后，低粘度的混合物可以保持几秒到一分钟左右的液体状态，在扩散一定范围后反应结束，在煤岩体裂缝内反应、硬化，与煤岩体胶结，达到快速加固煤岩体的目的。 对于普通煤岩体加固剂，尤其是水泥基主要依靠浓度渗透压力差机理来进行渗透的。浓度压力差渗透浆液固结体的网络骨架作用 浆液经挤压或渗透到围岩纵横交错的裂隙中固结后，会在围岩中形成网络骨架结构。浆液固结体呈薄厚不一的片状或条状，几乎可相互连通形成网络骨架当应力超过体强度发生较大变形时，固结材料的网络以其良好的韧性和粘结强度起到骨架作用，提高围岩的残余强度，限制围岩破坏的扩展，从而改善维护状况。充填压密及转变围岩破坏机制的作用 浆液在泵压的作用下，除了将一些较大的裂隙充填满，还可以将一些充填不到的封闭裂隙和小裂隙压缩，甚至使其闭合，提高围岩的弹性模量和强度。采用充填注浆技术加固围岩，一方面通过注浆将支架与围岩耦合为一体，实现支架与围岩共同承载；另一方面通过注浆加固围岩，提