高地压大埋深巷道支护技术的应用

高地压大埋深巷道支护技术的应用

吴 强

淮南矿业集团煤业分公司朱集东煤矿 安徽淮南 232000

摘要：近年来，矿井工作面逐渐向井田深部延伸，开采条件逐步变差，断层、地质构造、矿压显现加强、涌水量增大等问题越来越突出。而井下巷道掘进技术是一项较为复杂的技术，它需要技术人员选择合理科学的施工工艺和施工设备，并根据实际井下情况调整进度并安排最合适的掘进速度。文章对高地压大埋深巷道支护技术研究分析，以供参考。

关键词：高地压；大埋深；新技术

随着矿井开采深度的不断增加,巷道断面不断增大。据统计,近10年间采深平均增加100m,岩石巷道断面平均增加8.1%,煤、半煤岩巷平均增加32%。同时随着深度的增加,地应力迅速增大,巷道围岩变形剧烈,巷道变形严重,在超过700m的深井中,巷道矿压问题更为普遍,巷道产生严重的底鼓现象,尤其表现在采准巷道中,失修和严重失修巷道比例增加。据统计,井深1000m处的巷道失修率约是同条件下500～600m埋深巷道失修率的3～15倍,部分矿井巷道失修和严重失修率20%以上，且常常出现前掘后修、重复返修的现象。深井巷道维护问题已成为整个矿井生产系统中的主要环节之一。 

1 矿压显现特征 

深部巷道地应力增加,导致围岩岩性恶化,围岩塑性区和破坏区范围增大,尤其煤巷两帮的煤层强度小,在采动支承压力作用下,塑性区和破坏区更大,两帮相对移近剧烈,降低了两帮对顶板的支护,高地应力通过两帮传递到底板,造成深部巷道严重底鼓。深井巷道矿压显现主要表现在: 巷道发生流变特征,随着时间延续,深部巷道变形持续; 巷道围岩变形速度快,变形量大; 深井巷道失效率高,易造成采掘失调; 巷道对支架特性要求加大,形成高吨位支护体系。 

2 深井巷道围岩控制原理 

优化巷道布置,减小巷道围岩应力合理布置巷道,从时间、空间上减少采动支承压力对巷道作用的强度和次数,减小围岩应力,合理设计煤柱尺寸,既要保持煤柱稳定,又要使巷道受到的集中应力尽可能小,尽量将巷道布置在应力降低区内。对于深部巷道来说,采取应力转移、减小浅部围岩应力有利于减小巷道围岩变形量,保持巷道良好维护状态。 

实施正确的巷道支护形式 相关研究表明,将巷道布置在中硬以下岩层中的巷道变形破坏严重,这种严重性尤其表现在采动影响后,当采深在800～1000m以下时,在中硬及中硬以上岩层内布置的巷道,若采用传统的支护方式,巷道维护困难,因此,应积极采取新型支护和联合支护。 

提高围岩强度采用锚杆支护提高破坏区围岩强度,随着支护强度增大,锚固体极限强度、残余强度增大。加强巷道两帮及底板控制,通过对两帮及底板加强支护、注浆加固,可以提高两帮及底角破碎区围岩的残余强度和锚固力,有效阻止破碎区围岩的碎胀变形。 

3巷道支护新材料、新技术应用及现状

目前，联合支护技术在支护方式选择上主要集中于各种主动支护方式的联合，如锚、网索，锚杆+锚注等等；在特殊情况下亦有主、被动方式的联合，如碹体+锚杆+索、金属支架+锚杆+索、金属支架+锚注等等。

3.1 支护材料发展迅速、支护强度越来越高

3.1.1 支护

由原来的木支护、料石砌圏、石墙钢粱、工字钢、1000*大弧板、钢管混凝土、钢筋网壳锚喷、U形钢、加强U形钢支护、发展到现在的锚杆+锚索+锚注联合支护等等。

3.1.2 锚杆

由原来的木锚杆、竹锚杆、水泥砂浆锚杆、钢筋锚杆、倒楔锚杆、缝管锚杆、玻璃钢锚杆，发展到现在的等强锚杆、高强锚杆(335MPa)、超高强锚杆(500MPa 600MPa)、中空注浆锚杆。高强让压力锚杆。拉拔力从3-5吨、提高到目前的15-30吨。

3.1.3锚索

由原来的φ15.2mm、φ17.8mm，发展到现在的φ21.6mm、φ25mm、φ30-50mm、中空注浆锚索、组合注浆锚索。拉拔力从20-25吨、提高到目前的30-60吨。

3.1.4锚固剂

水泥药卷、树脂药卷(白色M慢速、凝胶时间>180s、白色Z中速、91-180s、黑色K快速、41-90s、黄色CKa超快速、8-25s 红色CKb超快速、26-40s)。

在22℃左右存放、药卷标记MSK2335，表示为直径23mm、长度35cm、快速树脂锚杆锚固药卷。MSK2850，表示为直径28mm、长度50cm、快速树脂锚杆锚固药卷(中华人民共和国煤炭行业标准MT-146.1-2011.9月实施 )

3.1.5 金属网

塑料编织网、细钢丝网、焊接网、冷拔丝编织网。

3.1.6 托盘

由原来的木托盘、铁托盘、废旧的工字钢、U形钢托盘，发展到目前使用的235MPa 、16M钢冲压成型的φ150mm、厚10mm锚杆托盘以及φ300mm、厚14-20mm的锚索托盘。

3.2 高强让压锚杆在井巷工程中应用更加广泛

3.2.1 高强让压锚杆支护系统设计

充分体现“三高一低”的支护理念：高强度锚杆材料、高安装预应力、高安装预应力围岩表面扩散、锚杆布置低密度。

煤矿巷道顶板是由不同层状岩体组合成，为了使组合梁或者平衡拱达到其最佳强度，应设计合适的锚杆长度及锚杆的安装应力。

3.2.2 最佳组合梁的锚杆系统设计应满足下列条件

① 通过调整安装应力，使锚杆支护系统应能够控制锚固范围内的顶板离层，这需要选择合理的锚杆类型和安装应力。

② 锚固系统应能够减少或消除顶板的拉应力区。

③ 锚杆应能够锚固在稳定的岩层中。

④ 锚固系统应有足够的能力来控制顶板，并且在整个需要支护期间内不失效。

3.2.3提高锚杆预应力途径

提高螺母安装扭矩。螺母安装扭矩由锚杆机具输出扭矩决定，影响预紧力关键因素。

国内大部分煤矿采用单体锚杆钻机，输出扭矩100-150N·m，无法实现锚杆高预紧力。

采用专门高扭矩螺母拧紧设备，但增加一道工序；因此开发推广、锚杆台车和掘锚联合机组是我们应该努力的方向。

4 煤矿井巷支护新材料、新技术在工程中的应用

某矿运输大巷，巷道由于埋藏深，支护条件复杂，巷道支护难度显著增加。在掘进过程中矿压较大，顶压、侧压、底鼓较为严重，锚杆、锚索破断问题时有发生，巷道变形至不能正常施工作业，而且严重威胁安全生产。我们在施工过程中采用高强可变形让压锚杆+锚索+W钢带支护技术试验，达到了支护强度高、巷道变形小、安全可靠、经济快速的目的。

参考文献：

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［2］陈锋,程高峰. 深部采空区下大断面硐室围岩稳定机理与控制研究[J]. 煤炭与化工,2014,(9

［3］张冠华.邢东矿超千米埋深排水系统硐室群支护技术研究[J]. 科技创新导报,2015,(9).

［4］钱鸣高、刘听成.矿山压力及其控制,煤炭工业出版社 ［5］谢和平、彭苏萍、何满朝.深部开采基础理论与工程实践,科技出版社