煤矿井下u型联合支护技术研究

煤矿井下u型联合支护技术研究

河南威斯龙煤矿集团洛阳新疆龙煤矿集团生产2号煤矿，属于煤炭和砖瓦突出采区。井田范围内地质构造复杂,顶、底板及煤层松软、破碎,属典型的三软不稳定煤层。该矿1974年建井,1978年投产。建矿以来,井下一直采用刚性被动支护形式。主要巷道采用料石砌碹,工作面两巷采用矿用工字钢支护。由于被动支护接顶性较差,不能产生初撑力,使得顶板在承受到支撑力之前就出现离层、断裂现象。巷道在初期尚能维持基本形态,但经过一定时间后,顶板便逐渐出现离层、裂隙和脱落现象,顶板压力增大,支护失修。每年都必须安排大量的人力、物力维修巷道,即便如此,巷道失修依然十分严重。因巷道断面收缩变形影响通风,瓦斯问题成为制约生产的主要因素;而顶板控制严重影响矿井安全。为此,大众公司借鉴兄弟单位的支护技术,先后推广了可缩性U型钢、锚+网+喷+索、锚+网+喷+索+U型钢联合支护,已摸索出一条适合该矿特点的软岩支护技术,巷道支护质量大幅度提高。1几种形式的保护(1)局部破碎顶板该支护缺点主要是,支护处于一种等待顶板下沉的状态,顶板受压后容易离层,且巷道上部顶板因与顶部支护存在一个夹角,支护与顶板不可能完全接触而造成局部顶板悬空,巷道两帮也因破碎出现凹凸面。这样,就破坏了煤岩巷道的稳定性和完整性。同时,因为顶帮煤岩层的风化,加速了围岩的破坏,增大了顶帮的压力。巷道压力又通过两帮柱(碹)腿传递到底板,使底板岩层松动破碎,发生变形,出现位移、底鼓现象,影响支护效果。此种支护形式优点是:材料便宜,制作简单,施工方便。若用于坚硬煤(岩)体尚可,但用于松软破碎煤(岩)体,则不能满足安全生产需要。(2)拱梁支护下缩支护该支护形式虽仍属被动支护。但在压力作用下,拱梁曲率半径逐渐增大,柱腿曲率半径逐渐变小。当巷道压力达到某一限定值后,拱梁即沿着柱腿弯曲部分产生微小滑移,支架下缩,从而缓解围岩对支架的压力。此支护形式遵循了软岩支护“以柔克刚、缓冲让压、稳定支护”的基本准则。该矿属三软煤层,原巷道又翻修多次,顶、帮松散破碎,仅依靠锚、网、喷、索锚固困难,很难起到悬吊、组合梁和加固拱作用,因此,维修巷道采用可缩性U型钢支护是可行的。(3)煤岩体加强锚喷支护后,锚杆较短该支护形式属主动支护。但煤巷或半煤岩巷,特别是三软煤层,由于煤岩体松软、破碎,受压后位移变形量大,如果只采取锚喷支护,受压后,喷浆面易和煤岩体松动脱落,因锚杆较短,加之锚杆外端锚空失去锚固作用,达不到预期的支护效果。(4)煤岩锚杆、锚网悬吊组合支护主要参数这种支护不破坏巷道顶帮,巷道成型好,爆破后煤岩表面直接与喷浆体结合,对煤岩体破坏小,确保了煤岩顶帮的稳定性。并通过锚索、锚杆、锚网悬吊组合补强作用,改变了围岩的应力状态。同时,由于喷射混凝土有加固和防止风化作用,该支护形式把消极的被动支护形式改变为主动的支护形式,充分发挥了围岩及煤体的自身支撑作用。把煤(岩)从荷载变成承载。变被动受力为主动承压,从而克服了上述支护形式存在的问题。此种支护形式,适合煤(岩)巷一次成巷。同时,对于地质构造带外加U型钢加固,并复喷混凝土,效果较好。2完善前后整体效果分析(1)工作面进回风巷运输巷该矿原主要进回风巷、采区进回风巷采用料石砌碹支护,工作面两巷采用工字钢支护。由于该矿(突出矿井)巷道掘进速度慢,采掘接替紧张,巷道保护煤柱留设不足或未留设,加之煤岩层松软破碎等问题,造成巷道压力增大。每年主要进回风巷、采区进回风巷均需翻修。工作面回风巷、运输巷掘进时,前掘后修,员工主要精力耗费在维修巷道上。2005年以前,员工最多达2700人,年生产原煤仅30多万t。(2)锚网+喷+u型钢联合支护巷道支护效果2008年初,该矿对支护形式进行改革,结合该矿煤(岩)性和巷道特点,岩巷采用锚+网+喷+索联合支护,地质构造带采用锚+网+喷+索+U型钢联合支护。翻修巷道采用U型钢支护+喷浆,地质构造带采用锚喷+U型钢联合支护(工作面运输巷、回风巷暂采用对棚矿工钢支护,逐步改为U型钢),均收到了较好效果,巷道面貌明显改观。并且自改革支护以来,新掘巷道和翻修巷道均未发现失修和严重变形,保证了安全生产。通过支护形式的改革,该矿原材料消耗降低,原煤产量大幅度提高。3问题通过对支护形式的改革,支护技术也随之提高,但在实践中,也发现了一些问题。(1)适时封底时机选择不当经分析认为:翻修巷道时,仅采用U型钢支护外加喷射混凝土,虽起到了加固和防止风化作用,但对于软岩支护,特别是巷道修复,应适时封底,选择最佳封底时机。可选择在围岩初期的急剧变形期后,即大约在0.5个月,采用柔性的锚喷封底结构。如果停3～6个月,仍不能从根本上解决问题,可选择时机,采用较高强度与封闭性的底拱结构。(2)成巷和支护构造带掘进时,必须采用浅眼小炮、光爆等控制爆破,应预留光面层,采用风镐或手镐等人工成型掘进,并采用临时超前锚杆、注浆或化学加固技术,保证成巷效果和围岩稳定。同时,要尽早喷浆,封闭围岩。然后打锚杆、金属网、复喷,并架可缩性U型钢支护。同时要进行支护变形监测,如果出现喷体开裂、脱落现象,可多次复喷、薄喷。(3)对锚索和抗拉对于大断面和三岔口跨度大、支护薄弱地带,必须加强支护。此处要求支护强度更高,应根据不同情况区别对待,除执行(2)中要求外,还应视情况采用桁架、钢带和补强锚索,并适时进行二次支护。此外,还可进行巷道内卸压。如:在底板或巷帮打卸压孔、开卸压槽,进行压力转移等。4固结支护体式通过对支护形式分析和矿支护改革前后效果比较,对于三软煤层,采用主动支护与联合支护形式