２０１３年第１２期 中州煤炭 总第２１６期 五阳煤矿大断面巷道过含水层支护技术 王俊章 （山西潞安环保能源开发股份有限公司五阳煤矿，山西长治０４６２００） 摘要：针对五阳煤矿西翼扩区胶带大巷所处区域断层较多、巷道穿过含水层的复杂地质条件，采用实验 室试验对围岩性质和围岩强度进行力学分析，并对该矿大断面巷道过含水层的支护参数进行优化设计，得出 了优化后的详细支护方案。巷道变形量现场监测结果表明，大断面巷道过含水层支护技术完全能够保证矿 井的安全高效生产。 关键词：胶带大巷；大断面巷道；含水层 中图分类号：ＴＤ３５３ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１００３—０５０６（２０１３）１２—００７２—０２ １工作面地质概况 五阳煤矿西翼扩区胶带大巷全长２ ７５３ ｍ， 针对该矿遇到的实际情况，迫切需要对扩区胶 带大巷的支护方式进行优化设计，提出适宜该矿大 断面巷道过含水层的支护技术，保证矿井的正常安 全生产。 位于７８０５运输巷西南，南丰井底车场西北，西翼扩 区胶带大巷是五阳矿井西翼扩区的主运煤通 道，以后在胶带大巷两侧中一中距离约５０ ｍ处 各掘１条轨道大巷和１条回风大巷，为西 翼扩区的主开拓巷道。根据三维地震勘探资料分 析，该区域地质条件复杂，巷道掘进中可能遇到落差 ２５ ｍ的Ｓ 。正断层、落差０～３０ ｍ的Ｓ 正断层和数 ２巷道支护形式的确定 巷道断面呈直墙半圆拱形，宽５．７４ ｍ，直墙高 １．５０ ｍ，掘进断面为２２．１２ ｍ 。耙斗装岩机出渣时 巷道采用分次成巷施工的顺序进行掘进。首先掘进 巷道拱部，巷道直墙留下１．０～１．５ ｍ掘进５０ ｍ进 条小断层，巷道附近还发育有ｘ 、ｘ 陷落柱。 扩区胶带大巷从扩区出煤巷开口，位于Ⅷ 行一次拉底。现根据巷道的围岩性质、强度以及受 含水层影响程度，通过支护强度的校核并结合该矿 砂岩下部，巷道在掘进中将穿过Ⅷ砂岩进入Ⅸ砂岩。 主要穿越地层为一套砂岩、砂质泥岩、粉砂岩及泥岩 以往工程实践经验，综合确定扩区胶带大巷采 用高预应力树脂加长锚固锚网索联合支护系统¨。 。 ２．１ 临时支护 互层体，其中巷道掘进将穿过Ⅷ、Ⅸ砂岩含水层，含 水层厚度平均２．５ ｍ。受断层、陷落柱以及其他可 锚网支护巷道永久支护到工作面最大空顶距为 １．３ ｍ、最小空顶距为０．２ ｍ，掘进时要及时进行临 时支护，控制好顶板。 掘进工作面与永久支护之间必须采用金属前探 梁进行临时支护，前探梁采用３根长度不小于３ ｍ、 直径为７６ ｍｍ的空心钢管，均匀布置并垂直于工作 面，每根用不少于２副前探梁卡固定在永久支护上。 能遇到的地质构造影响，该区域含水情况复杂，预计 最大涌水量为８０ ｍ ／ｈ，正常涌水量为４５ ｍ’／ｈ，并 且水压较大，受裂隙带以及地表季节性河流影响，局 部地区可能出现突水等灾害。胶带大巷顶底板砂岩 膨胀系数大、软化程度较高，导致巷道两帮移近量 大、底鼓严重。由于巷道宽５．７４ ｍ，直墙高１．５０ ｍ， 为大断面巷道，支护难度较大，并且巷道在掘进中局 部地段淋水可能增大，严重影响施工质量。 当顶板破碎时，要采用戴帽木点柱进行临时支 护 。 ２．２ 永久支护 收稿日期：２０１３—１０—２２ （１）拱顶支护。①锚杆形式和规格：锚杆杆体 由ＳＭＧ５００左旋无纵筋螺纹钢筋制成，规格为 ２２ 作者简介：王俊章（１９７２一），男，山西襄垣人，工程师，１９９４年毕业于 山西矿业工程学院，长期从事煤矿生产技术管理工作，现任五阳煤矿 总工程师。 ・ｍｍ×２ ４００ ｍｍ，杆尾螺纹为Ｍ２４。②锚固方式：采 用２支树脂锚固剂加长锚杆，规格分别为Ｋ２３３５和 ７２・ ２０１３年第１２期 王俊章：五阳煤矿大断面巷道过含水层支护技术 总第２１６期 Ｚ２３６０，锚固力为１９０ ｋＮ，钻头直径为３０ ｍｍ。③钢 筋托梁：采用 １６ ｍｍ的钢筋单筋焊接而成，宽８０ ｍｍ，拱顶钢筋托梁长４ １００ ｍｍ。在安装锚杆的位 置处焊２段纵筋。④锚杆配件：采用高强锚杆螺母 Ｍ２４，配合高强托板调心球垫和尼龙垫圈，托板采用 拱形高强度托板，承载能力不低于２５５ ｋＮ。⑤网片 规格：采用金属网护顶，材料为１０ 铁丝，网孔规格 ５０ ｍｍ×５０ ｍｍ，网片规格４ ６００ ｍｍ×１ ２００ ｍｍ，网 片搭接１００ ｍｍ，用１６ 钢丝连接，要求双丝双扣，孔 孔相连。⑥锚杆布置：锚杆间排距９５０ ｍｍ×１ １００ ｍｍ，全断面每排ｌ３根锚杆。锚杆预紧扭力矩要达 到４００ Ｎ・ｍ，但禁止超过５５０ Ｎ・ｍ。锚杆全部垂直 岩面打设，考虑到施工需要，允许５。误差。⑦锚索 形式和规格：锚索采用（２ｊ１８．９ ｍｍ、１７股高强度低松 弛预应力钢绞线，长６ ３００ ｍｍ，极限破断拉力为４００ ｋＮ，延伸率４％，配合高强度索具和可调心托板，采 用１支Ｋ２３３５和２支Ｚ２３６０树脂锚固剂锚固。⑧锚 索托板：采用３００ ｍｍ×３００ ｍｍ×１６ ｍｍ高强度可 调心托板，承载能力不低于５５０ ｋＮ。⑨锚索矩形断 面布置：每隔１排打３根锚索，排距２ ２００ ｍｍ，间距 １ ９００ ｍｍ，全部垂直岩面打设。锚索预紧力要求不 低于２５０ ｋＮ 。 （２）巷帮支护。①锚杆形式、规格及锚固方式 与拱顶支护相同。②钢筋托梁：采用（２ｊ１６ ｍｍ的钢 筋单筋焊接而成，宽８０ ｍｍ，长３ １００ ｍｍ。在安装 锚杆的位置处焊上下两段纵筋。③锚杆配件：采用 高强锚杆螺母Ｍ２４×３，配合高强托板调心球垫和尼 龙垫圈，托板采用拱形高强度托板，承载能力不低于 ２５５ ｋＮ。④网片规格：采用金属网护帮，材料为１Ｏ 铁丝，网孔规格５０ ｍｍ×５０ ｍｍ，网片规格３ ４００ ｍｍ ×１ ２００ ｍｍ。用１６ 钢丝连接，网片搭接１００ ｍｍ，双 丝双扣，孔孔相连。⑤锚杆布置：锚杆排距１ １００ ｍｍ，间距９５０ ｍｍ。锚杆预紧扭矩要达到４００ Ｎ－ｍ， 但禁止超过５５０ Ｎ・ｍ。⑥锚杆角度：锚杆垂直岩面 布置。 （３）喷射混凝土。由于胶带大巷属于永久 性巷道，服务年限长，为了减小含水层对巷道支护的 影响，快速封闭巷道表面的节理裂隙，阻止表面风化 并向内部延伸，提高围岩的自稳作用，要求在胶带大 巷成型后及时进行喷射混凝土作业封闭表面裂隙。 根据巷道所处位置的地质条件、围岩具体情况及顶 底板充水特性，设计胶带大巷喷射混凝土的厚 度均为１２０ ｍｍ ７－８］。①水泥：结合实际情况选用凝 结硬化快、保水性好、早期强度增长快的Ｐ．０４２．５ 普通硅酸盐水泥。为了保证支护效果，过期和失效 的水泥均不得使用。②砂子：采用常见的中砂或粗 砂，细度模数应大于２．５，含水率控制在５％～７％， 含泥量不得大于３％。③石子：采用坚硬耐久的卵 石或碎石，粒径应不大于１５ ｍｍ。④水：凡能饮用的 自来水及洁净的天然水均可作为喷射混凝土混合用 水。⑤速凝剂：选用能使喷射混凝土凝结速度快、早 强高、对井下喷射设备等金属设备腐蚀小和不因温 度过低而失效的速凝剂。通过与水泥的相容性试验 和水泥净浆凝结效果试验，选用初凝控制在３—５ ｍｉｎ范围内、终凝不大于１０ ｍｉｎ的速凝剂 。⑥配 合比：为了满足施工工艺的要求并且达到足够抗压 和抗拉的强度，需要考虑喷射混凝土的砂子、水泥、 水以及速凝剂等的配合比，保证其物理性质满足喷 射要求，同时，为了使喷射混凝土收缩变形量处于可 控范围及施工安全，混凝土的回弹率也要求尽可能 小 。 ３矿压观测及结果分析 （１）测站设置及矿压观测。为了了解支护设计 的支护效果，及时进行验证和完善，以保证胶带大巷 在使用期间的安全生产。在胶带大巷中设立３ 个综合测站，巷道掘进１００ Ｉｎ后设置第１个综合测 站，包括２个巷道表面位移监测断面，１个顶板离层 监测断面，１个锚杆锚索受力监测断面。掘进６００ ｍ 后设立第２个综合测站，掘进至１ ５００ ｍ时设立第３ 个测站。遇到地质条件发生变化或大的地质构造 时，应补设测站加强观测¨。 。 （２）观测结果分析。根据对试验段测站的连续 观测记录数据，并进行处理，其中测站１和测站２的 巷道围岩变形情况如图１所示。 暑 Ｅ ｇ 删 陕 制 制 距掘进面距离，ｍ （ａ）测站１ （ｂ）测站２ 图１巷道变形观测结果 从图１巷道表面位移量监测数据可以看出，测 站１巷道两帮移近量最大为４０８．３ ｍｍ，巷道顶底板 移近量最大为２４８．２ ｍｍ； （下转第７６页） ・７３・ ２０１３年第１２期 中州煤炭 总第２１６期 况二相比，工况一顶板锚杆及锚索屈服区域更均匀， 同时，帮部锚杆受拉区域也有所减小，说明增大顶板 锚索密度，不仅能改善顶板锚杆锚索的受力屈服，同 时还能减小帮部锚杆的受拉屈服范围。 薹 ４与为掘 瓦有进结河斯效，同语南突缓时 煤解出通业矿工过化井作对工面，受２集接１瓦４团替１斯鹤工，六影煤作矿响公面在，运司矿２六输井１４矿巷３采为支掘鹤空护接壁区技替矿上术紧区进张煤行。 数值模拟，增加了顶板锚索密度，改善了顶板受力程 度，说明在蹬空条件下采取切实可行的支护技术可 进行巷道掘进，为类似条件矿井巷道掘进提供了宝 贵经验。 （ｂ）砂质泥岩顶板 （ａ）复合顶板 参考文献： 图５ 围岩支护结构轴力图 姜耀东，赵毅鑫．深部开采中巷道底鼓问题的研究［Ｊ］．岩石力 学与工程学报，２００４，２３（４）：２３９６－２４０１． 上 —Ｔ』｝Ｔ ｒ上１。Ｌ— ＩＩ●ＩＩ Ｉ Ｉ ｌ【 １ｌＩ Ｉ１ Ｉ １ Ｉ 【 ｌ ｌＪ ｌＩＩ Ｉ ｛ ｌ ｌ Ｉ… Ｉｌ ｌ ｌ Ｉ １ ｌｌＮ ｈ Ｈ ｌ １ Ｉ ｉ …Ｉｌ＿ 康红普．软岩巷道底鼓的机理及防治［Ｍ］．北京：煤炭工业出 版社，１９９３． ｔ／ＴｘｌＬ￣ｌｌ Ｗ Ｉｌ （ Ｉ １ｌ Ｉ 李学华，王卫军，侯朝炯．加固顶板控制巷道底鼓的数值分析 孽 （ａ）复合顶板 霪 … ［Ｊ］．中国矿业大学学报，２００３，３２（４）：４３６．．４３９． … 李慧，乔卫国，张安康，等．深部巷道受跨采影响的稳定性分析 （ｂ）砂质泥岩顶板 及加固［Ｊ］．煤矿开采，２０１１（６）：８９－９１． 谭云亮．巷道围岩稳定性预测与控制［Ｍ］．徐州：中国矿业大 图６围岩支护结构剪力图 学出版社，１９９９． （责任编辑：秦爱新） （上接第７３页） 测站２巷道两帮移近量最大为 ３６８．７ ｍｍ，巷道顶底板移近量最大为２５９．４ 在巷道掘进初期，巷道两帮变形速度较大，但随着时 间增加及距掘进面距离的增大，巷道围岩逐渐稳定， 巷道两帮移近速度和顶底板移近速度都大幅度减 缓，在距掘进面８０ ｍ左右巷道变形逐渐趋于稳定。 ［３］ 白海波．奥陶系顶部岩层渗流力学特性及作为隔水关键层的 应用研究［Ｊ］．山东矿业学院学报，１９９９（１８）：１１—１８． ［４］ 胡滨，康红普，林健，等．风水沟矿软岩巷道顶板砂岩含水可锚 性试验研究［Ｊ］．煤矿开采，２０１１（１）：６７—７１． ［５］ 张洪清，四旭飞，王继燕，等．松软含水层下厚煤层大断面切眼 支护研究［Ｊ］．煤，２０１０（３）：１０．１Ｉ． ［６］ 李志深，孙广京，刘金海，等．深井大断面煤巷围岩控制技术 ［Ｊ］．煤炭科学技术，２０１２（９）：２４—２７． ４ 结语 通过对五阳煤矿大断面巷道过含水层支护参数 进行优化设计，该矿西翼扩区胶带大巷的顶底 板及两帮的变形量均得到有效控制，说明设计的大 ［７］ 杨永刚，张海燕，解盘石．复杂围岩环境下大断面巷道支护系 统研究与实践［Ｊ］．采矿与安全工程学报，２００９（９）：３５４．３５８． ［８］ 李志强．含水层顶板条件下锚索（锚杆）支护可靠性分析［Ｊ］． 煤，２００８（２）：６８．７０． ［９］付亚平，万峰．承压含水层顶板软岩巷道支护研究［Ｊ］．华北科 技学院学报，２０１１（１）：３４．３６． 断面巷道过含水层支护合理有效，保证了矿井的正 常安全生产，对类似条件矿井有借鉴作用。 参考文献： 陈光炎，陆士良．中国煤矿巷道围岩控制［Ｍ］ 徐州：中国矿业 大学出版社，１９９９． ［１Ｏ］刘志军，胡耀青．承压水上采煤断层突水的流固耦合研究［Ｊ］． 煤炭学报，２００７（１０）：１０４６ １０５０． ［１１］李连崇，唐春安，梁正召，等．含断层煤层底板突水通道形成过 程的仿真分析［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２００９（２８）：２９０－２９７． ［１２］李凯，茅献彪，李明，等．含水层水压对底板断层突水危险性的 影响［Ｊ］．矿业安全与环保，２０１１（３）：１－５． ［２］ 王连国，宋扬．煤层底板突水突变模型［Ｊ］ 工程地质学报 ２００２（８）：１６０—１６３． （责任编辑：秦爱新） ・７６・
