152-四柱放顶煤液压支架立柱受力不均衡规律及机理研究

由于巷道靠近 6 煤组施工，施工过程中反复揭 露 63煤底板薄煤层及 63 煤，顶板以完整性差的泥 岩 （ 坚固性系数为 1. 7 ～ 3. 8） 为主，设计支护方 式为 U29 型棚支护。支护失效后采用 17. 8mm、长 7. 5m 的锚索对巷道加固，锚索 间 排 距 为 1. 4m × 1. 4m，1 排 5 根，正顶 1 根，两肩窝各 1 根，两帮 距拉 杆 100mm 上 方 各 1 根； 顶 部 锚 索 托 盘 长 500mm，垂直巷道方向布置； 为防止棚腿出现折弯 变形，帮部锚索托盘长 1. 0m，平行巷道方向布置， 锚索打在棚档正中且托盘卡住前后两个棚腿； 为避 免水泥背板被压碎，将水泥背板更改为铁背板。
3 针对原支护失效的解决方案
3. 1 优化支护方式，构建多重支护体系 对巷道变形特点及围岩岩性进行综合分析后，
针对压力不同巷道采取不同措施。 对较高应力围岩巷道，采用锚网喷 + 注浆，U
型棚外扎网、喷浆或 U 型棚 + 锚索等复合支护，
［收稿日期］ 2012 － 07 － 20 ［作者简介］ 秦庆举 ( 1986 － ) ，男，安徽砀山人，助理工程师，从事掘进施工技术管理工作。
DOI:10.13532/11-3677/td.2012.06.019
第 17 卷 第 6 期 （ 总第 109 期） 2012 年 12 月
煤矿开采 Coal mining Technology
Vo1. 17No. 6 （ Series No. 109） December 2012
1 工程概况
祁东煤 矿 南 部 采 区 岩 石 巷 道 集 中， 包 括 南 一 （ 61 － 71） 采区回风上山、南一 （ 61 － 71 ） 采区轨 道上山、南部采区集中运输巷、 － 6 煤组影响 范围，揭、过煤次数较多； 围岩以深灰色、含植物 化石的泥岩及灰色、块状、水平层理的粉砂岩为 主，部分地段为节理性发育的细砂岩。根据资料： 泥岩坚固性系数为 0. 9 ～ 3. 0 之间； 粉砂岩坚固性 系数在 4. 3 ～ 5. 5 之间。南部采区巷道原有支护方 案为： 当顶板完整时，采用锚网喷支护 （ 顶板压 力大时，采用锚索加固顶板） ，半圆拱断面，帮顶 锚杆均采用 20mm，长 2. 4m 的左旋无纵筋等强螺 纹钢树脂锚杆，间排距为 700mm × 700mm； 当 顶 板破碎，锚网喷支护不能满足现场要求时，采用 U29 型棚支护，棚距 700mm。
预应力锚索由 17. 8mm 更改为 21. 6mm，可 伸缩性金属棚由 U29 型棚更改为 U36 型棚，以更好 地支撑围岩压力。锚杆托盘由板式托盘更改为蝶形 托盘，长 × 宽 由 140mm × 140mm 改 为 200mm × 200mm，进一步增大锚杆托盘的支撑面积。钢筋网 由受力筋和分布筋组成，受力筋主要用来承受由荷 载引起的拉应力，应适当加粗，用 10mm 圆钢； 分布筋用来固定受力钢筋的位置，将荷载分散到受 力筋上，用 6mm 圆钢； 网格约 150mm × 150mm； 焊接牢固。
随着祁东煤矿开采深度的增加，目前已开采至 南部采区，水平标高 － 650m。在埋深大、地压强、 地质构造复杂、岩性差的南部采区，巷道施工与支 护越来越困难，单一的支护方式不能满足现场需 要，已施工巷道屡遭破坏，需要反复维修，消耗了 大量的人力、物力，南部采区软岩巷道支护问题成 为亟待解决的技术难题。
4 现场应用实例
( 1) 94 采区 61 煤底板运输上山 ( 下段) 巷 道断面为半圆拱形，净宽 × 净高为 3. 8m × 3. 3m， 全长约 400m，分段按 7°，11°，15° 上山施工，巷 道处于 63 煤层位，巷顶距 63 煤底板薄煤层法距 0. 5 ～ 2. 0m，63 煤底板薄煤层上距 63 煤法距约 2. 0 ～ 4. 5m，施工范围内主要岩性为泥岩，灰色，薄片 状，质软，较破碎。
当钢筋网不能满足现场要求时，采用钢筋梯子 梁配合锚杆，KTM3 钢带梁配合锚索对巷道进行加 固支护，如图 1。
图 1 巷道加固结构
当围岩 变 形 时， 锚 索、 钢 带 梁、 锚 杆、 梯 子
梁、金属网共同作用，在围岩表面形成一个三维支 护体系，与围岩共同组成一个整体承载结构，使围 岩提早达到一个动态的应力平衡状态。 3. 3 加强现场工程管理
( 2) 南一 ( 61 － 71 ) 采区轨道上山 ( 中段) 巷道 断 面 为 半 圆 拱 形，净 宽 × 净 高 为 4. 6m × 3. 9m，全长约 900m，按 16° 上山施工，施工范围 内主要岩性为粉砂岩，灰色，块状，水平层理； 泥 岩，深灰色，含植物化石。
由于巷道顶板以较中等完整的粉砂岩 （ 坚固 性系数在 4. 3 ～ 5. 5 之间） 为主，设计支护方式为 锚网喷索支护。一段时间后，巷道帮顶位移变形明 显、喷层开裂破坏严重，于是采用钢筋梯子梁配合 锚杆，KTM3 钢带梁配合锚索对巷道进行加固。钢 筋梯子梁采用 12mm 钢筋焊接而成，眼孔间距为 700mm，垂直巷道布置。施工时拱基线以上使用 1 根长度为 6. 0m 的梯子梁，拱基线以下使用 2 根长 度为 2. 3m 的 梯 子 梁，两 端 眼 孔 压 茬 搭 接 形 成 整 体。KTM3 钢带梁与锚索托盘平行巷道布置，钢带 梁两端眼孔压茬搭接形成整体。经过一段时间的应 用，巷道基本没有出现变形、浆皮开裂等现象，加 固效果明显。
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秦庆举等： 祁东煤矿软岩巷道支护技术研究与应用
2012 年第 6 期
其作用机理为： 注浆可提高围岩支撑圈的强度与自 支撑力，对锚喷巷道则使普通端部锚固变为全长锚 固，使锚杆与围岩形成整体，充分发挥锚杆锚固作 用； 对可伸缩性支架则对架后空间进行充填，使支 架沿周边承受均布载荷； 喷浆可以封闭围岩，减少 围岩的膨胀与风化； 主动支护锚索和被动支护 U 型棚同时承载巷道围岩压力，有效避免单一支护的 弊端。
2 原支护存在的问题
2. 1 支护方式不合理 首先，对于南部采区软岩巷道，未对巷道变形
特点及围岩岩性进行综合分析，直接采用单一的支
护方式 （ 锚网喷或 U29 型棚） ，这是导致支护失效 最为根本的原因； 其次，锚杆端锚范围内围岩破裂 导致锚固力下降［1］，从而支护失效； 第三，锚网 喷支护体系中，锚杆、锚索单独作用，未形成承载 整体； 第四，巷道两肩窝处等首先开裂的关键部位 失稳后没 有 及 时 进 行 二 次 补 强 支 护［2］， 成 为 巷 道 破坏的突破点，进而导致整个支护系统失稳。 2. 2 支护材料强度不够
［关键词］ 软岩巷道； 支护优化； 联合支护 ［中图分类号］ TD353 ［文献标识码］ B ［文章编号］ 1006-6225 （ 2012） 06-0052-04
Soft-rock Roadway Supporting Technology and Its Application in Qidong Colliery
巷道围岩应力较大时，锚网喷支护巷道出现大 量锚杆托盘变形或挤入碎胀的围岩中，网片焊接处 被拉开，17. 8mm 的锚索被拉断等现象； U29 型棚 支护巷道棚梁成尖桃形破坏、棚腿折弯变形，上述 现象表明支护材料强度远远达不到现场要求。 2. 3 现场管理不到位
由于施工工艺的限制，施工时不能做到全断面 一次成巷，支护时先支护拱基线以上部分巷道，拱 基线下巷道长时间裸露在空气中，引起风化，导致 碎胀。在爆破掘进时，少打眼，多装药现象时常发 生，造成爆破时冲击波未将矸石抛出反而加大巷道 围岩破坏，为后期支护带来不便。喷浆时浆料未按 设计比例拌匀，喷浆后不洒水养护，造成浆皮粘结 强度不够，巷道一旦来压则大面积开裂、脱落。
初次支护采用锚网喷索支护，净宽 × 净高为 4. 2m × 3. 2m，顶部采用钢筋梯子梁配合 7 根锚索 进行 支 护，锚 索 17. 8mm，长 7. 5m，间 排 距 为 700mm × 700mm； 锚索托盘为 2 块采用 16mm 厚钢 板加 工 的 蝶 形 托 盘 叠 加， 长 × 宽 为 300mm × 200mm、140mm × 140mm； 钢 筋 梯 子 梁 长 6. 0m；
祁东煤矿软岩巷道支护技术研究与应用
秦庆举，曹 飞
（ 皖北煤电集团公司 祁东煤矿，安徽 宿州 234000）
［摘 要］ 基于祁东煤矿南部采区软岩巷道支护困难的现状，从巷道支护方式、支护材料、现 场工程质量管理等方面入手，分析了原有支护失效的原因，并结合祁东煤矿深部软岩自身特点，对压 力不同巷道提出了具有针对性的支护方案，通过现场 3 条巷道试验及支护效果监测，变形量控制在 400mm 以内，巷道返修率降低 72. 3% ，取得了良好的经济、技术效果。
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煤矿开采
2012 年第 6 期
经过半年时间对现场表面位移测量，未采用锚 索加 固 段 巷 道 底 鼓、 胀 帮 严 重， 底 鼓 量 平 均 600mm，两帮棚腿变形严重，局部折弯，棚梁向上 弯曲，呈现尖桃形破坏； 采用锚索加固段，基本没 有底鼓现象，但帮部锚索托盘未护住棚腿段巷道， 棚腿距离帮部围岩有一定空隙，没有承载帮部围岩 压力，只有主动支护锚索承载，从而出现锚索被拉 断的现象； 帮部锚索托盘护住棚腿段巷道，棚腿紧 贴帮部围岩，与锚索形成整体，一起承载帮部压 力，但由于锚索托盘长度较长，出现从锚索孔处折 弯变形的现象，需要进一步加强锚索托盘强度。
对高应力围岩巷道，采用二次联合支护，初次 支护采用 锚 网 喷 索 支 护，二 次 支 护 采 用 套 U36 型 棚、喷浆、 注 浆 进 行 联 合 加 固， 其 作 用 机 理 主 要 有： 高强预应力锚索可改变软弱围岩的承载能力， 配合 “锚、喷、网” 形成喷网组合拱，具有很高 的支护阻力和刚度［3］； 采用锚网索支护与注浆加 固的联合支护技术，特别是长短管组合注浆工艺， 能有效 地 控 制 围 岩 变 形，提 高 围 岩 的 稳 定 性［4］； 锚注联合加固支护技术把碎岩由载荷变为承载体， 有效地改善 了 软 弱 围 岩 性 能［5］。 另 外， 松 软 岩 层 锚喷支护 要 及 时 处 理 底 板［6］， 巷 道 两 帮 的 底 角 锚 杆或锚索下扎一定角度，以转移应力防止底鼓。 3. 2 优化支护材料，构建承载整体结构