張曉斌　冉輝　姚丙傲

摘 要：鄭新煤電公司所采的的二1煤層賦存極不穩(wěn)定，煤層巷道普遍采用沿底掘進(jìn)，單一的被動支護(hù)方式難以控制巷道頂板離層及巷道變形，針對該種情況，提出煤巷差異化支護(hù)技術(shù)，文章詳細(xì)闡述了差異化支護(hù)的基本原理，針對差異化支護(hù)在12208下付巷進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn)，取得了較好支護(hù)的效果，值得在“三軟”煤層巷道中進(jìn)行推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：“三軟”煤層；差異化支護(hù)；頂板；變形

中圖分類號：TU472 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）17-0149-02

鄭煤集團(tuán)鄭新煤電公司所采的二1煤層為典型的“三軟”煤層，煤層賦存極不穩(wěn)定，煤層厚度變化較大，礦井煤巷布置普遍采用沿底掘進(jìn)，當(dāng)煤層厚度較大時，沿底掘進(jìn)巷道全斷面處于二1煤層中。由于二1煤層為高應(yīng)力強(qiáng)流變煤層，受工作面支承壓力的作用，巷道頂板向巷道內(nèi)鼓出，普通金屬支架難以起到較好的支護(hù)效果，且現(xiàn)有支架抗側(cè)壓能力差，導(dǎo)致大量支架出現(xiàn)失穩(wěn)、破壞。因此，針對二1煤層的高應(yīng)力強(qiáng)流變性，根據(jù)其厚度的不同，在頂板巖層較完整且盡量滿足工作面回采要求的同時，改革回采巷道布置形式、優(yōu)化巷道斷面形狀，由沿底掘進(jìn)改為沿頂掘進(jìn)是解決“三軟”煤巷支護(hù)難題的一條有效捷徑。

1 巷道支護(hù)現(xiàn)狀及存在問題

受“三軟”不穩(wěn)定煤層賦存條件影響，長期以來鄭州礦區(qū)煤巷支護(hù)一直以被動支護(hù)為主，近年隨著礦井采深不斷加大，其支護(hù)方式由最初的木棚支護(hù)、礦工鋼棚等剛性支架支護(hù)發(fā)展到U型鋼可縮性支架支護(hù)。目前，U型鋼支護(hù)已成為鄭州礦區(qū)“三軟”煤巷的主要支護(hù)手段，而且U型鋼型號也由最初的25 U、29 U增大至36 U，其中36 U型鋼支架在深部“三軟”煤巷使用比例已接近100%。雖然，理論上U型鋼支架具有承載能力高、可縮性等優(yōu)點(diǎn)，但實(shí)際承載過程中受支架結(jié)構(gòu)形式、支架—圍巖相互作用關(guān)系等制約，U型鋼支架實(shí)際承載能力僅為其理論承載能力的1/4～1/10，甚至更低。

“三軟”煤巷支護(hù)設(shè)計(jì)大多依賴于工程類比，通常情況下采取的支護(hù)手段、支護(hù)參數(shù)差別，支護(hù)設(shè)計(jì)往往缺乏針對性。當(dāng)巷道出現(xiàn)大變形時，通常采用加大支護(hù)型鋼的型號或加大支護(hù)密度。但也很難控制動壓影響過程中“三軟”煤巷的強(qiáng)烈變形，大量煤巷陷入“前掘后修”、“屢修屢壞”的惡性循環(huán)。

2 “三軟”煤巷差異化支護(hù)原理

在工程實(shí)踐中，一般條件下巷道掘出后，巷道頂板巖層隨即出現(xiàn)撓曲下沉，頂板巖層離層、破裂導(dǎo)致是圍巖自承載能力。因此，工程實(shí)踐中應(yīng)采取措施避免頂板巖層出現(xiàn)離層、破裂，促使頂板圍巖保持始終一定的自承載能力。需必須借助錨桿、錨索等主動支護(hù)手段來實(shí)現(xiàn)這一目的。通過錨桿、錨索等主動支護(hù)方式支護(hù)頂板，形成的組合梁、組合拱結(jié)構(gòu)，發(fā)揮了巷道圍巖自承載能力，在保障巷道支護(hù)效果的同時，既能夠減小掘進(jìn)迎頭控頂難度，提高循環(huán)進(jìn)尺，又能夠合理的降低被動支護(hù)強(qiáng)度和支護(hù)密度。

3 “三軟”煤巷差異化支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用

面對當(dāng)前煤炭行業(yè)的嚴(yán)峻形勢，新鄭煤電公司在12208下付巷（如圖1所示）進(jìn)行差異化支護(hù)工業(yè)性試驗(yàn)。目前，在12208下付巷共施工17個試驗(yàn)段，并先后分區(qū)域?qū)嵤┝艘韵?套支護(hù)方案：1 m棚距36 U型鋼棚+雙層塑料網(wǎng)支護(hù)；1 m棚距36U型鋼棚+錨桿鋼帶支護(hù)；600 mm棚距36 U型鋼棚+雙層塑料網(wǎng)支護(hù)；錨網(wǎng)支護(hù)（后套1 m棚距36 U鋼棚）；1 m棚距36 U型鋼棚+成組錨索支護(hù)；1 m棚距36 U型鋼棚+3花錨索支護(hù)；1 m棚距29U型鋼棚+3花錨索支護(hù)；1 m棚距29 U型鋼梯形棚+3-4-3錨索支護(hù)；1 m棚距29 U型鋼平頂棚+3花錨索支護(hù)。

第一階段：12208下付巷差異化支護(hù)試驗(yàn)初期，缺乏二1煤層巷道錨網(wǎng)支護(hù)經(jīng)驗(yàn)，試驗(yàn)初期僅將36 U型鋼支架棚距由600 mm擴(kuò)大至1 000 mm，其它支護(hù)參數(shù)不變。從支護(hù)狀況看，該段巷道拱部椽子折斷較多，個別地段出現(xiàn)網(wǎng)兜，巷道支架總體變形量不大，能夠滿足巷道使用斷面要求。

第二階段：隨著試驗(yàn)穩(wěn)步推進(jìn)，采用大棚距單一U型鋼支護(hù)方式，巷道掘進(jìn)速度大幅提高，但在掘進(jìn)期間隨著上覆巖層離層、破裂，巷道頂板壓力逐漸顯現(xiàn)。通過總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，在繼續(xù)推進(jìn)大棚距支護(hù)的同時，在后方頂板打設(shè)錨桿，并安裝鋼筋梯，在該方案實(shí)施過程中，由于巷道逐漸進(jìn)入SF15斷層區(qū)域，巷道支護(hù)隨即變?yōu)?00 mm棚距U型鋼支護(hù)。

第三階段：12208下付巷完全進(jìn)入SF15斷層區(qū)域后，為全巖巷道，為進(jìn)一步推行錨網(wǎng)支護(hù)支護(hù)，施工了約18 m全錨網(wǎng)支護(hù)巷道，實(shí)施過程中為保障安全后期在該段巷道實(shí)施套棚，從目前情況看，巷道維護(hù)狀況良好。

第四階段：針對前期試驗(yàn)結(jié)果，在大棚距支架基礎(chǔ)上拱部分別試驗(yàn)成組錨索和3花錨索兩種錨索布置方式，現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果表明，拱頂錨索自安裝初期承載力急劇上升，目前位于拱頂?shù)?#錨索測力計(jì)讀數(shù)由初期的40.44 kN增加至188.48 kN，而位于肩窩處的錨索受力由初期的37.8 kN增加至66.31 kN整體變化不大。根據(jù)相關(guān)測試結(jié)果，試驗(yàn)方案由最終確定為大棚距支架+頂板3花眼錨索支護(hù)，兩幫各布置3根錨桿，其中拱頂錨索長度5 m，肩窩錨索長度3 m，且U型鋼型號也由36 U改為29 U。從目前情況看，該段巷道成功經(jīng)受了31116工作面跨采影響，整個試驗(yàn)段變形量較小，但由于成組錨索試驗(yàn)段巷道拱頂缺乏支護(hù)，該段巷道拱部巖層已出現(xiàn)明顯離層，局部地段存在椽子壓斷現(xiàn)象。而采用3花眼布置形式巷道不僅變形量很小，而且巷道拱頂離層也不明顯。

第五階段：通過第四階段錨索支護(hù)試驗(yàn)，工人已熟練掌握錨網(wǎng)支護(hù)各個工藝環(huán)節(jié)，巷道日平均掘進(jìn)速度基本保持在11 m以上。由于原有拱形巷道截割過程中對頂板破壞較大，針對該情況，分別設(shè)計(jì)了U型鋼梯形支架和U型鋼平頂型支架（如圖2），目前U型鋼梯形支架已完成施工30 m，從現(xiàn)有支護(hù)效果看，采用平頂型截割工藝對頂板破壞較小，采用錨網(wǎng)索支護(hù)對頂板離層控制效果更好，掘進(jìn)速度更快。

4 結(jié) 語

通過“三軟”煤巷采取差異化支護(hù)技術(shù)工業(yè)性試驗(yàn)效果表明：針對“三軟”煤層煤巷采用沿頂掘進(jìn)和主、被動聯(lián)合支護(hù)方式支護(hù)，不僅巷道頂板離層與巷道變形量得到有效的控制，且巷道掘進(jìn)速度得到了提高，支護(hù)效果明顯好于類似巷道沿底掘進(jìn)純被動支護(hù)方式，在豫西“三軟”煤層煤巷支護(hù)中具有重要的推廣價值。

參考文獻(xiàn)：

[1] 呂磊，郭健卿，蘇發(fā)強(qiáng).三軟煤巷支護(hù)技術(shù)研究[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2010，（1）.