２０１４年第６期（总第１０５期） ｉ｛Ｉ占 ｊ｝圭 ＥＮＥＲＧＹ ＡＮＤ ＥＮＥＲＧＹ ＣＯＮＳＥＲＶＡＴＩＯＮ 高应力松散破碎围岩巷道支护技术研究 亓 忠 明 （霍州煤电集团有限责任公司辛置煤矿生产技术科，山西霍州０３１４１２） 摘要： 随着社会主义建设步伐的加快，煤矿企业在社会主义建设过程中占据着重要地位。然而在煤矿生产过程ｑ－， 高应力松散破碎围岩支护是企业生产一大难题，虽然采取了相关措施，依然不能控制巷道的收缩变形。因此，煤矿安全 生产过程中对矿井深部高应力松散破碎围岩巷道进行调查和分析，并提出合理的高应力巷道支护方案是极为重要的。 关键词： 高应力巷道；松散破碎围岩；破坏机理；巷道支护技术；研究 中图分类号： Ｆ４０７．２１ 文献标识码： Ａ 文章编号： ２０９５—０８０２一（２０１４）０６－０１７８－０３ Ｏｎ ｔｈｅ Ｓｕｐｐｏｒｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｒｏａｄｗａｙ ｗｉｔｈ Ｈｉｇｈ－ｓｔｒｅｓｓｅｄ Ｌｏｏｓｅ ａｎｄ Ｂｒｏｋｅｎ Ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ Ｒｏｃｋ ＱＩ Ｚｈｏｎｇ－ｍｉｎｇ ｆＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｘｉｎｚｈｉ Ｃｏａｌ Ｍｉｎｅ，Ｈｕｏｚｈｏｕ Ｃｏａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ Ｇｒｏｕｐ ＣＯ．，Ｌ１ｄ．，Ｈｕｏｚｈｏｕ ０３１ ４１ ２， Ｓｈａｎｘｉ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ ｐａｃｅ ｏｆ ｓｏｃｉａｌｉｓｔ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｃｏａｌ ｍｉｎｉｎｇ ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ ｏｃｃｕｐｙ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｓｏｃｉａｌｉｓｔ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．Ｈｏｗｅｖｅｒ ｔｈｅ ｓｕｐｐｏ￣ｏｆ Ａ话ｂ－ｓｔｒｅｓｓｅｄ ｌｏｏｓｅ ａｎｄ ｂｒｏｋｅｎ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋ ｉｓ ａ ｍａｊｏｒ ｐｒｏｂｌｅｍ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ．Ａｌｔｈｏｕｇｈ ｒｅｌｅｖａｎｔ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ａｄｏｐｔｅｄ，ｔｈｅ ｃｏｎｔｒａｃｔｉｏｎ ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ ｏｆ ｒｏａｄｗａｙ ｓｔｉｌｌ ｃａｎｎｏｔ ｂｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ． Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｒｏａｄｗａｙ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈ—ｓｔｒｅｓｓｅｄ ｌｏｏｓｅ ａｎｄ ｂｒｏｋｅｎ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋ ｉｎ ｄｅｅｐ ｓｈａｆｔ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｓａｆｅｔｙ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ，ａｎｄ ｐｒｏｐｏｓｉｎｇ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｓｕｐｐｏ￣ｐｒｏｇｒａｍ ｏｆ ｈｉｇｈ—ｓ￣ｅｓｓｅｄ ｒｏａｄｗａｙ ｉｓ ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ－ｓｔｒｅｓｓｅｄ ｒｏａｄｗａｙ；ｌｏｏｓｅ ａｎｄ ｂｒｏｋｅｎ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋ；ｆａｉｌｕｒｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ；ｒｏａｄｗａｙ ｓｕｐｐｏｒｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ； ｒｅｓｅａｒｃｈ ０引言 在煤矿生产过程中，很多巷道围岩主要是泥岩、 砂纸泥岩等，并且岩性松散破碎，在开采过程中很容易 压强度、内聚力是最大的，分别为７４ ＭＰａ和１１９ ｋＰａ， 是此类围岩中主要承受外力的成分。此外，这类围岩 中粉砂岩的抗压强度和内聚力分别为２３．７ ＭＰａ和２３ ｋＰａ；细砂岩的的抗压强度和内聚力分别为２４．２ ＭＰａ 和２４ ｋＰａ；大媒（１２号煤）的抗压强度为ｌ３．４ ＭＰａ。 造成底板巷道的快速破坏。破坏后需要花费巨大物力和 人力进行维护，使得企业生产效率严重下降。此外，在 对巷道进行维护过程中，频繁地挖地、挑顶会使得围岩 结构受到破坏，这样不仅使得维护难度加大，而且还会 给矿井的安全生产带来安全隐患。本文主要通过对高应 力松散破碎围岩巷道特点的分析及松散破碎围岩巷道维 护的调查，最终提出科学、合理的巷道支护技术方案， 并且在矿井安全生产中取得了不错的效果。 野青煤及其顶底板围岩中主要有粉砂岩、细砂岩和野 青煤。这些成分中粉砂岩的抗压强度和内聚是最大 的，分别为７６ ＭＰａ和１２０ ｋＰａ，是此类围岩中主要 承受外力的成分。此外，这类围岩中的细砂岩的抗压 强度和内聚力分别为５６ ＭＰａ和９８ ｋＰａ；野青煤（１４ 号煤）的抗压强度为４．６ ＭＰａ。通过对这两类围岩的 成分和各类成分抗压强度及内聚力的比较，可以看出 大媒（１２号煤）及其顶底板围岩的强度要比野青煤及 １ 高应力松散破碎围岩的力学性质 其顶底板围岩的强度低，会使得巷道的稳定性受到严 大煤及其顶底板围岩中主要有中细砂岩、粉砂 重影响，不利于巷道的长期稳定。野青煤及其顶底板 岩、细砂岩和ｌ２号煤。这些成分中：中细砂岩的抗 围岩强度相对较高，但是野青煤本身是极容易破碎 的，强度也是很低的，这样也容易造成巷道的变形破 坏。因此，在采用巷道支护技术时需要充分地考虑到 收稿日期：２０１４—０４—２９ 作者简介：亓忠明，１９８６年生，男，山西安泽人，２００８年毕业 高应力松散破碎围岩的力学性质，这样才能够制定出 于太原理工大学阳泉学院采矿工程专业，助理工程师。 合理、科学的巷道支护技术方案，避免巷道出现变形 ・１７８・ ２０１４年第６期 亓忠明：高应力松散破碎围岩巷道支护技术研究 ２０１４年６月 破坏，影响矿井的安全生产。 况主要有两种合理、科学的支护方案。一种是锚注预 加固联合支护，另一种是锚喷注联合支护。以下将对 这两种技术方案进行相关论述。 ３．１锚喷注联合支护技术方案 ２高应力松散破碎围岩巷道的破坏机理 通过对以往煤矿高应力松散破碎围岩巷道的破坏 状况进行相关分析，总结出影响巷道稳定性的因素主 要有：岩性不同、构造应力和高应力、动压。以下将 从这三个方面进行详细地论述。 ２．１构造应力的影响 在高应力松散破碎围岩巷道建造过程中需要考虑 到构造应力，应尽量减小构造应力，才能确保巷道稳 对于那些已经完全破碎的围岩巷道需要重新开掘 新的巷道来代替以往的巷道，这样在开掘新巷道的过 程中需要对支护参数做适当调整，改变锚杆长度和锚 杆材料，并且拉金属丝网和钢筋，然后进行喷浆，进 而形成锚网带。在完成初次支护后，需要再采用注浆 锚杆对锚网带进行注浆加固，进而完成二次支护。在 定性。构造应力过大将会加速巷道变形破坏，三水平 下山穿过了断层及派生断层等，这样会使得高应力围 岩的裂缝出现更大缝隙，一旦缝隙扩大就会加速围岩 风化，进而增强了围岩的导水性。这种因素将会使得 作用在支护结构上的松散压力及变形压力变大，致使 围岩的塑形范围扩大，使围岩产生泥化和流变现象， 并最终使得整个支护结构出现全面破坏，影响矿井的 安全生产。 ２．２高应力及动压的影响 矿井巷道破坏的一个主要因素就是动压及高应 力。一般三水平巷道深埋距离有５５０ ｍ左右，在静压 作用下产生的主应力为： ＝ｙＨ＝１４ ＭＰａ，其中 表示 巷道上覆岩层的平均重量，其值一般取２５ ｋＮ／ｍ ；巷 道深埋的距离为５００ ｍ～６００ ｍ。在大煤附近围岩的 抗压强度为２４．９ ＭＰａ，这时围岩的稳定性系数为０．５。 由此可以看出，在静压作用下，巷道是不能够保持稳 定状态，并且在回采期间的动压系数比静压时要高很 多，一般在１．５～２．０之间。可见动压作用将引起巷道 变形破坏。野青煤附近围岩的抗压强度在４６．９ ＭＰａ 左右，其围岩的稳定性系数为０．５６，并且在动压期间 稳定性系数一般处于０．５～１．１５之间。由此可见，在 大部分岩层中的巷道受到动压作用后均不能够处于稳 定状态…。为此，需要采用一系列的加固措施来提高 松散破碎围岩的整体强度，改变围岩的综合力学性 能，也能够保证巷道围岩的稳定，进而保障矿井的安 全生产。 ２－３岩性差异的影响 在致使高应力围岩巷道破坏的因素中，岩性的差 异对巷道稳定性的影响极大。根据以往实践表明，当 巷道建造在砂岩及灰岩中时不受外界因素影响，即使 是动压或高应力都不会影响巷道的稳定性。当巷道所 处岩层强度较大时，围岩的稳定性会很好。但围岩强 度过低时，在动压作用的情况下就会出现严重变形破 坏。因此，岩性差异对围岩巷道稳定性的影响极大。 ３ 高应力松散破碎围岩巷道支护技术方案 在矿井安全生产过程中，根据高应力巷道破坏状 经过两次支护的加固后，新围岩巷道基本上能够承受 外界动压作用。最后根据巷道的稳定性状况，对已经 施工的锚喷巷道不打适量的注浆锚杆，再次进行注浆 加固，这样才能够保证新巷道的强度，满足围岩巷道 的性能要求和保持围岩巷道的稳定，保障矿井的安全 生产。 ３．２锚注预加固联合支护技术方案 对于高应力松散破碎围岩巷道，它仍然要承受动 压作用。因此，需要对其进行加固处理。首先喷浆来 封闭巷道中裂缝，并且布置短管进行壁后的注浆填 充，在注浆填充完成后。接着布置注浆锚杆和树脂锚 杆对围岩进行全面的注浆加固。由于是松散破碎围岩 巷道，除了全断面预加固，还需要对那些多次出现变 形破坏的地方进行二次加固 。由于多次的变形破坏， 碹体壁后空顶现象严重。对于这种围岩需要首先用料 石重新砌碹，并且还需要在巷道顶布置短管进行壁后 注浆填充。与此同时，在动压作用之前布置注浆锚杆 进行围岩深部注浆加固，只有这样才能够形成料石碹 体、注浆锚杆和围岩本体共同作用的联合支护结构， 使得松散破碎围岩巷道能够承受动压作用，维持围岩 巷道的稳定状态。 ４高应力松散破碎围岩巷道支护技术的具体 应用 高应力松散破碎围岩巷道支护技术主要针对的是 围岩巷道加固，以下主要介绍这种技术在三水平回风 下山中的应用。 三水平回风下山的围岩巷道主要采用石砌碹支 护，由于多次维修使得碹体壁后出现严重空顶，两帮 围岩及其松散破碎，这样在进行两普采面的开采时将 会对下山巷道造成严重破坏。为了避免破坏的延续， 需要对其进行采前加固处理。在进行加固之前，考虑 到下山的维护情况，采用锚注预加固联合支护技术方 案［３１。这种方案主要是在原石砌碹的基础上对碹体进 行喷浆封闭，并且布置短管进行壁后注浆的填充，接 着在巷道顶帮布置注浆锚杆和树脂锚杆，两种锚杆需 ・１７９・ ２０１４年第６期 源占 钍 注浆压力为１－３ ＭＰａ。采用这种支护结构和支护技术能 要隔排布置。最后对深部围岩进行注浆加固，在注浆 过程中布置底角注浆锚杆有利于注浆的扩散，能够有 效地避免出现底鼓现象，进而保证围岩稳定性。具体 支护结构如图１所示。 够保证巷道的稳定性，进而保障矿井的安全生产。 ５结语 矿井安全生产中高应力围岩巷道支护是极为重要 的，由于围岩巷道受到动压作用会产生变形破坏，一 旦遭到破坏没有进行及时地维护会给矿井生产带来严 重的安全隐患。因此，需要采用合理、科学的高应力 松散破碎围岩巷道支护技术方案，根据破坏程度制定 科学的施工方案，这样才能够确保巷道强度和保障巷 道不会出现变形破坏。虽然这种技术能够解决一定的 问题，但是然而需要不断地进行探索和研究。 参考文献： ［１］ 张伟．深井高应力软岩巷道支护技术实验研究［Ｄ卜哿岛： 山东科技大学，２００７． ［２］郭守泉．双河煤矿深井高应力破碎巷道锚注技术研究［Ｊ］． 煤矿现代，２０１３（０３）：３２—３５． ｍｍ １．注浆锚杆；２．喷层；３．料石碹；４．底角注浆锚杆；５．注浆短管 图１ 料石碹体与锚注联合支护结构 注浆锚杆采用Ｍ２２ ｍｍ Ｘ ２ ０００ ｍｍ的规格，树 脂锚杆采用Ｍ１６ ｍｍ×２ ０００ ｍｍ的规格，并且锚杆间 ［３］王晓红，张双全 应力破碎围岩回采巷道支护技术研究［Ｊ］． 科技信息 ２０１３（０４）：２５—２８． 距均为２．５ １ＴＩ。注浆的主要成分是水泥和水玻璃浆液， （责任编辑：刘倩倩） ＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●（＞●＜＞●＜＞●．ｃ－●＜＞●＜＞●＜＞●０●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●Ｃ）●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●０●（＞●＜＞●＜＞●＜＞● （上接１７７页） ３．２经济效益 ［３］ 罗卫红．优化配煤应用于燃煤电厂的燃烧试验研究［Ｊ］．动力 工程，２００３（０６）：２８３６—２８３９，２８３２． 改造后，拣矸效率提高，煤炭质量提高，原来 ５００元／ｔ，现在可卖到５０３元／ｔ，每年可实现煤质增收 盛（责任编辑：刘倩倩） 妇 妇 １５０ Ｘ １０ ｔ×３元＝４５０ Ｘ １０ 元。 能源知识恭恭恭芥恭 捂 ４结语 根据当前煤炭发展形势，针对本公司的客观地理 煤矿机械 煤矿机械属于机械的一个大的分类，煤矿机械是 条件，我们积极推进精细化管理，强化成本管控，深 挖机电潜能，加强筛选管理，对地面生产系统排矸筒 进行了改造。在不久的将来，随着煤矿绿色开采观念 的日益增强，矸石充填技术的进步完善，以井下机械 动筛跳汰机和以重介质浅槽分选机为核心设备的井下 机械排矸整套技术工艺和装备，将成功在煤矿井下应 用，彻底改变井工煤矿原煤升井、地面分选、地面排 矸的原始工艺，煤矿矸石山在地面堆放带来的一 系列问题，那将是煤矿采煤、洗选一次大的变革。 参考文献： ［１］杨国华．动力煤分级配煤技术［Ｊ］．动力工程，２００３（０３）：２３９６— ２３９９． 专门用于煤矿开采的机械，由于其专业的特点而不同 于其他矿山机械，作为煤炭生产的大国，中国每年煤炭 的产量在不断的提升，截止２００８年底全国的煤炭产量 突破了２４ｘ１０ ｔ，煤矿机械的生产在我国有着举足轻重 的作用。 煤矿分为：露天开采和井下开采，其设备就自然的 分为露天煤矿机械和井下煤矿机械。 据统计，到“十一五”末，我国煤机需求约达９００￣ １０ 元。其中，新增煤机设备投资约７００ｘ１０ 元，技改和 更新约需１５０ｘ１０８－２００ｘ１０ 元。而据全国１１５家主要 煤机企业统计数据，２００７年产值为４９６．１ｘｌＯ 元多，销 售收入达４８０ｘ１０ 元；２００８年产值为６００ｘ１０ 元，销售 ［２］周俊虎，沈彬彬，陈寅彪，等．基于遗传算法的动力配煤方案 的Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ优化模型的研究［Ｊ］．动力工程，２００３（０４）：２５９８— ２６０２． ・收入达６００ｘｌＯ 元多。这意味着，我国还有约３００ｘ１０ 元煤机产品的市场竞争空间，其中又以年产６００ｘｌＯ ｔ 以上的综采设备需求较大。 １８０・
