高地压状态下支护技术的研究

王磊

摘要：由于巷道失修率高、巷道失修频繁，现有巷道维护状况仍难以维持矿井的安全高效生产，迫切需要解决动压影响下采区准备巷道的支护技术难题。该文就高地压状态下支护技术的在芦岭煤矿的应用进行了具体的研究，具有一定借鉴意义。

关键词：高地压采矿条件支护技术

0引言

淮北矿业集团芦岭煤矿属煤与瓦斯突出矿井，主采8#、9#煤层，煤层自燃发火期较短，目前该矿二水平开采深度600m左右。为了减小煤与瓦斯突出的危险性，该矿采用开掘底板岩石集中巷并预抽上部煤层瓦斯的方法，准备巷道基本上布置在距煤层30m左右的底板岩层中，同时为防止留设的保护煤柱自燃发火，工作面采取跨上山开采，因此，底板巷道受到强烈采动影响，工作面回采后，底板巷道遭到严重破坏，无法继续使用，而且针对8#、9#煤层赋存特点所设计的回采工艺，使得底板巷道在同一区段需经受至少3次跨采，巷道允许修复周期很短，相应的维护难度极大。为此，矿井投入了大量的人力物力，但即使这样，由于巷道失修率高、巷道失修频繁，现有巷道维护状况仍难以维持矿井的安全高效生产，迫切需要解决动压影响下采区准备巷道的支护技术难题。

1Ⅱ82轨道上山基本地质采矿条件

芦岭煤矿目前主采8#、9#煤层中，8#煤平均厚度10m左右，属强突煤层，9#煤厚度约2～3m，8#煤与9#煤之间的间距为3.2m，煤岩层综合柱状见图1。

Ⅱ82轨道上山位于9煤底板，距9煤层30m。轨道上山围岩以中、细粒砂岩为主，泥岩、粉砂岩次之。砂岩呈灰—灰白色，成份以石英长石为主，钙泥质胶结，层理较发育。此类围岩虽然岩块强度较高，f值在4～6左右，但由于围岩体内部结构面比较发育，岩体本身强度并不高，且经受多次跨采及修复后，巷道围岩更加破碎。

2Ⅱ82轨道上山现有支护状况

Ⅱ82轨道上山原为锚网支护，巷道变形后采用U型钢支架支护。由于该上山维护困难，动压影响下U型钢支架大多扭曲、开裂，为改善支护状况将U型钢型号由U29提高至U36，但支护状况并没有明显改观，局部巷道扩修后帮部补打锚杆。由于巷道围岩经受多次破坏后，围岩内结构面极为发育，当再次受到动压影响时，巷道变形仍然无法得到有效控制，造成巷道顶板下沉剧烈、两帮严重内移、底臌强烈，巷道全断面收缩，为了保证巷道正常使用，不得不经常进行刷帮、重新扶棚，并反复进行卧底，这一恶性循环造成巷道维护特别困难。

3Ⅱ82轨道上山新型支护技术方案

控制此类动压影响下巷道围岩的强烈变形，不仅要求支护体应具备较高的支护阻力，而且要求支护体具备高阻可缩特性。根据上述支护承载性能分析，结合轨道上山实际的围岩条件和现有支护状况，从保证巷道的长期支护效果出发，提出技术上可行、安全上有保障、经济合理的高强稳定型支护技术方案。

3.1技术方案的核心：U36型钢＋钢丝网＋注浆＋耦合装置

3.1.1采用U型钢壁后充填注浆，提高支架的整体承载性能

针对U型钢棚壁后不均匀空隙，同时考虑到轨道上山围岩裂隙十分发育的实际情况，采用U型钢壁后充填注浆术，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，提高围岩体本身的稳定性。

3.1.2采用耦合装置进行结构补偿，保证支架结构的稳定性通过耦合装置，托梁咬合U型钢，对U型钢支架进行双向限位，并将U型钢支架与锚索耦合为一体，可以很好地解决支架的结构稳定性难题，变不稳定支架结构为稳定支架结构，提高支架结构本身的稳定性。

3.1.3新型锚索自锁防滑锚具及其张拉装置这是两项实用新型专利技术，该技术的优越性体现在两个方面：①在岩体软弱锚索初次张拉不易张紧，或者施工初期锚索锁具没有张紧的情况下，可防止锚索承载后期锚具滑移问题；②在锚索施工初期不宜张紧，而锚索承载后期又要防止锚具滑移的情况下，可以实现锚索锚具的定点锁紧，既保护原有支护在支护初期不被人为破坏，又防止支护承载后期屈服破坏。

3.2具体技术措施如下：

3.2.1改善U36型钢支架的受力状况，发挥支架的整体承载能力，采用以下技术措施：

3.2.1.1采用双槽形夹板上、下限位卡缆，改进后的卡缆需经热处理，提高其刚度，提高支架的整架承载性能。要求拱形支架的连接处用3付卡缆，2付双槽夹板限位卡缆，一付普通夹板卡缆。

3.2.1.2采用钢丝网和拉条，提高支架的护表性能，要求每隔300mm～500mm用一根拉条。

3.2.1.3采用壁后充填注浆，改善支架的受力状况，使支架整体承载，并与围岩形成统一的承载体系。

3.2.1.4在选择支架时，根据现有情况，与三节半园拱形支架相比，四节半园拱形支架具有可缩性好、重量轻、容易运输的优点，但同三节半园拱形支架相比，搭接头多一个，因此支架失稳机率较三节支架较大。在支架选择上应根据实际情况合理选择。

3.2.1.5拱形支架的棚距为500mm，扎角8o。

3.2.2根据现有巷道的变形特征，帮部应施工耦合装置，对U36型钢支架实现结构补偿，以提高支架的整体承载能力。

3.2.3注浆结束，待浆液凝固后，施工耦合装置按要求施工耦合装置实现对U型钢支架的结构补偿。

锚索型号为φ17.8×6300mm，材质为1860钢绞线，帮锚索间排距1000×1500mm。为防止U型钢支架因锚索侧单侧受力导致侧翻，两排锚索之间采用高强树脂锚杆进行平衡补偿。平衡补偿锚杆直径Φ20mm，托梁孔直径Φ22mm。锚杆丝口需用滚丝机加工。每个锚杆孔使用2支Z2350树脂锚固剂或一支K2335和两支Z2335树脂锚固剂，经计算锚固长度在1.4m左右。孔深要求为2200±20mm，并保证钻孔角度。锚杆托盘采用厚度为10mm鼓形托盘，大小为120×120mm，材质为A3钢加工。耦合装置及锚索托梁结构见图2。为保证锚索托梁不因应打孔而降低强度，应在打孔位置两侧焊接82×82×16mm的锰钢（16MnSi），材质与卡缆材质相同。

3.4采用上述支护方案，有以下几个问题需要引起注意：

3.4.1注浆材料可选用凝固后有一定强度，凝固时间较快的浆液；

3.4.2注浆过程中应加强巡视，若轨道上山有轻微漏浆，可采用快凝水泥封堵，若严重跑漏浆，要立即停止注浆，并用快凝水泥封堵漏浆处，等漏浆封堵处快凝水泥凝固后，再进行注浆。再次注浆时要求加5%的水玻璃，以加快浆液的凝固速度。

3.4.3当围岩变形量（指顶板下沉量或两帮相对位移量）大于100mm时，应立即采用锚索进行结构补偿；

3.4.4应加强该地质条件下加固巷道的矿压观测，特别是对U型钢棚、锚索以及锚注一体化技术等不同支护工作性能的监测，以便为类似条件下的巷道加固提供技术保障；

3.4.5施工前，应进行围岩松动圈范围测试，并根据测试结果调整支护方案。

3.5底板治理方案无高强控底措施是造成轨道上山巷道失稳的主要原因之一。考虑到巷道的长期支护效果，需采取高强控底措施。根据轨道上山的实际条件，采用以下底板治理方案。

采用锚索提高底板承载结构的稳定性，并采用树脂和胶泥联合锚固方式，提高锚索对软岩巷道底板的锚固效果，具体支护措施如下：

3.5.1采用底板锚梁网索支护时，需将巷道底板松散层剥离后打注浆锚杆，剥离深度达到设计底板标高以下150mm。

3.5.2安装底板注浆锚杆，并对底板浇铸50mm厚混凝土。

3.5.3进行底板注浆，待注浆过程结束后打锚索孔，安装底梁并施工底板锚索，底板锚索间排距1500×1500mm。

3.5.4再对底板进行二次浇铸，二次浇铸厚度为100mm混凝土，既达到底板设计标高，同时将超出底板设计标高的锚索头剪掉。

底板注浆锚杆结构同顶帮注浆锚杆。如果底板比较完整，则底板直接采用锚索支护，但如果底板有一定厚度的松散层，施工锚索时容易塌孔，需提前进行注浆。

4总结

通过对II82轨道上山这一系列的支护工艺改革，轨道上山的支护效果得到很大的改善，巷道失修率明显减少，为解决高地压状态下支护技术开辟了一条新途径。