江西煤炭科技 ２０１１年第４期 ＮＯ．４ ２０１１ ＪＩＡＮＧＸＩ ＣＯＡＬ ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ 回采压力下软岩巷道破坏原因及其修复 黄文军 ，陈彝龙。，汪来春 （１．江西煤业景德镇分公司沿沟煤矿，景德镇３３３３０４；２．江西省煤炭工业科学研究所，南昌３３００２９） 摘要：沿沟煤矿２３采区－２７０ ＹＥｔ运输石门由于受到３１３１２工作面的采动影响，２３采区一２７０ ｍ运输石门三煤至五煤段受 损严重，通过对２３采区一２７０ ｍ运输石门的受损机理及破坏原因分析，确定采用锚网Ｕ型钢复合支护修复，取得了良好的 效果。 关键词：回采压力；石门变形；锚网Ｕ型钢复合支护 中圈分类号：ＴＤ２６６ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００６—２５７２（２０１１）０４－－００９３－－０３ Ｄａｍａｇｅ Ｃａｕｓｅｓ ａｎｄ Ｉｔｓ Ｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｏｆｔ Ｒｏｃｋ Ｒｏａｄｗａｙ ｕｎｄｅｒ Ｓｔｏｐｉｎｇ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｈｕａｎｇ Ｗｅｎｊｕｎ ，Ｃｈｅｎ Ｙｉｌｏｎｇ ，Ｗａｎｇ Ｌａｉｃｈｕｎ （１．Ｙａｎｇｏｕ Ｃｏｌｌｉｅｒｙ ｏｆ Ｊｉｎｇｄｅｚｈｅｎ Ｂｒａｎｃｈ，Ｊｉａｎｇｘｉ ｏａｌＣ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｇｒｏｕｐ，Ｊｉｎｇｄｅｚｈｅｎ，Ｊｉａｎｇｘｉ ３３３３０４ ２．Ｊｉａｎｇｘｉ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｃｏａ１ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｎａｎｃｈａｎｇ，Ｊｉａｎｇｘｉ ３３００２９） Ａｂｓｔｒａｃｔ：３ ｔｏ ５ Ｓｅｃｔｉｏｎ ｏｆ一２７０ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｓｈｉｍｅｎ，２３ Ｍｉｎｉｎｇ Ａｒｅａ ｗａｓ ｔｅｒｒｉｂｌｙ ｄａｍａｇｅｄ ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍｉｎｉｎｇ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ３１３１２ Ｆａｃｅ．Ｂｙ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｔｈｅ ｄａｍａｇｅｄ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ａｎｄ ｃａｕｓｅｓ ｏｆ ２３—２７０ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉ０ｎ Ｓｈｉｍｅｎ。Ｕ—ｓｈａｐｅｄ ｓｔｅｅｌ ｂｏｌｔ ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｓｕｐｐｏｒｔ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ａｃｈｉｅｖｅ ｇｏｏｄ ｒｅｓｕｌｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｔｏｐｉｎｇ ｐｒｅｓｓｕｒｅ；Ｓｈｉｍｅｎ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ；Ｕ—ｓｈａｐｅｄ ｓｔｅｅｌ ｂｏｌｔ ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｓｕｐｐｏｒｔ １ 概述 沿沟煤矿位于涌山桥矿区中西部，西南距乐平３２ ｋｍ， ｍ，可采储量１４．２万ｔ。该工作面东部（３０采区一２７０ ｍ石 门以东）为３０３１２工作面，正在准备，工作面以西（３１采区一 ２７０ ｍ石门以西）为３１３１２工作面，正在回采。工作面上部 为本矿一２２０ ｍ主石门、一２６０ ｍ主石门２３１０１工作面及 ２３３０３、２３３０４、２３１０３工作面。分别于２００６年、２００３年、 西北距景德镇市３０ ｋｍ，井田东以仙槎煤矿相邻，西以涌 山河为界，北至Ｆ８断层，南以一煤露头线为界，矿区走向７ ｋｍ。 ２３采区一２７０ ｍ运输石门为２３采区的主要运输巷，石 门位于３１３１２工作面上方，由于３１３１２工作面回采后，受到 了采动压力的影响，三煤至五煤段多处两帮围岩垮落，变 形严重，造成通风不畅、无法进入上煤组车场运煤，给矿井 安全带来极大的隐患。 １．１ ３１３１２工作面概况 ２００２年回采结束，局部采空区内少量积水。３１３１２工作面 于２００９年１月回采结束，采止线于２３采区石门以东１Ｏ ｍ。 １．２ ２３采区一２７０ ｍ运输石门岩性特征 ２３采区一２７０ ｍ运输石门为２３采区的主要运输巷，于 １９９８年２月竣工。石门全部采用直墙半圆拱形状，石门净 宽３．１ ｍ，净高３．２ ｍ，净断面１０．０ｍ。。全长３２０ ｍ，穿过 煤系地层（一、二、三、四、五、六、七、八煤）。石门位于 ３１３１２工作面上方，由于３１３１２工作面回采后，受到了采动 压力的影响，致使三煤至五煤段巷道多处两帮围岩垮落， ・ ９３ 。 ３１３１２工作面为３１采区下煤组首采面，东起３０采区一 ２７０ ｍ石门，西至５线以西１０ ｍ（３１采区－２７０ ｍ）石门，开 采标高－２７０ ｍ￣－３４０ ｍ，走向长７３０ ｍ，倾斜宽６９ ｍ，开采 面积５０３７０ ｍ 。三煤层全层厚度２．０ ｍ～３．０ ｍ，平均２．１ 变形严重，给矿井安全带来极大的隐患。 经现场勘查，２３采区一２７０ ｍ石门岩层综合柱状图（见 图１）。 层号 层犀，ｍ 累计厚度／ｍ柱扶田 岩石名称 １；３ ．一２９９。≥．５Ｉ 页岩 １９ ２９ ７４．３． ５ ４ｉ目ｌ ！Ｉｌ 粉细五砂煤岩者 ５ １．３ ０ ９ ．Ｓ：６ Ｉ８．５ ２５６．Ｓ ｌ ｌ！Ｉ 页岩夹媒 四蝶 四ｌ煤 ８ ． ５ ２２ ７ 曩 ９ ３．０ ２２２ 量三 ｌ 榆三２媒 砂岩 图１ ２３采区一２７０ ｍ石门岩层综合柱状图 五煤顶板以泥质页岩为主，遇水泥化，风化后成为片 状，干后粉碎崩解，不易维护，岩块饱和单轴抗压强度为 ３．７ ＭＰａ。底板为粉砂岩，易风化、遇水泥化膨胀等特征， 层理十分发育，岩块饱和单轴抗压强度为４．３ ＭＰａ。 四煤顶板为灰至灰绿色薄至中厚层状的细砂岩，裂隙 发育岩层滴水，岩块饱和单轴抗压强度为５．８ ＭＰａ。四煤 底板以泥质页岩为主夹煤线，不易维护，岩块饱和单轴抗 压强度为３．７ ＭＰａ。 三。煤顶板为粉砂岩，易风化、遇水泥化膨胀等特征， 层理十分发育，岩块饱和单轴抗压强度为４．３ ＭＰａ。 ２石门受损机理 ２．１石门破坏特征 经过大量的观测，２３采区一２７０ ｍ石门软岩段巷道变 形破坏特征如下： （１）由于３１３１２收作斜坡进入停采线２３采区一２７０ １２１ 石门保护煤柱范围以内，在２３采区－２７０ １２１石门下方１４ １ＴＩ 处，破坏了石门保护煤柱，致使２３采区－２７０ ｍ石门三煤顶 板方向６０ ｍ范围发生垮冒（三煤至五煤段垮落严重），见 图２。 根据观测：四。煤段两帮移近量１２ ｒｎｍ，顶板下沉量５ ｍｍ，底鼓量３ ｍｍ，两帮收敛量５ ｒａｍ；四煤段两帮移近量 ・ ９４ ・ ２３ ｍｍ，顶板下沉量１５ ｍｍ，底鼓量１３ ｍｍ，两帮收敛量８ ｍｍ；五煤段两帮移近量８ ｍｍ，顶板下沉量３ ｍｍ，底鼓量３ ｍｍ，两帮收敛量５ ｍｍ。 ＝ 碾 埘缣 １艨 血ｊ蒹 图３三煤至五煤段顶板下沉量（ｗ） 分析岩石塑性可知，主要破坏形式为剪切和拉伸，受 三 煤的采动影响，顶板的粉砂岩向下滑动，顶板四 煤、四 煤、五煤受到拉伸力的作用，在拉伸力和剪切力共同作用 下产生位移，导致２３采区一２７０ ＩＴＩ石门三煤至五煤段发生 冒顶、底鼓现象。 （２）损坏程度与卸压关系。根据实地观测，三煤层开 采后对２３采区－２７０ １ＴＩ石门的卸压影响范围在８０ ＩＴＩ范围， 而在１２ １ＴＩ处的四煤层和４０ １２１处的五煤层，石门顶部垮落 最为严重，有１ ｍ～２ ｍ多高。 ２３采区－２７０ ｍ石门距三煤停采线１１ １２１范围以内，２３ 采区－２７０ ＩＴＩ石门四煤距卸压线１５ ｍ范围以内，２３采区一 ２７０ ＩＴＩ石门五煤距卸压线３Ｏ ＩＴＩ范围以内，为动压扰动蠕动 区；滞后回采推进线２Ｏ ｍ～３００ ｍ的范围为动压影响区； 回采推进线前后２０ ｍ范围为回采严重影响区；回采推进 线超前２０ ｍ～６Ｏ ｍ为回采动压超前扰动范围，这些距离 和围岩有很大关系（见图４）。 Ｊ ｌ ｌＨ他看ｎ ／／／ｆ ，ｆ 蟹 蕞霹屉 ［点躲 一 荣 ●辨蒜ｌ 姐＿ 哪ｍ 一ｔ麝 Ｌ． ：： ： 睡 …………一ｉ ！曩ｒ 图４ ３１３１２工作面回采应力影响区平面示意图 （３）３１３１２工作面底板变形破坏深度预计为１５．３７４ ｍ。根据采场底板岩层的变形破坏机理，计算底板变形破 坏深度。 ｈ一０．００９１１Ｈ－－Ｉ－０．Ｏ４４８ａ一０．３１１３Ｆ－－Ｉ－７．９２９ ＩＮ（Ｌ／２４） 式中：ｈ为采场底板岩层扰动破坏深度，ｍ；Ｌ为回采工作 面斜长（７０ｍ）；Ｈ为开采深度，４３０ｍ￣４５０ｍ；Ｆ为岩石坚固 性系数，即普氏系数，０．５＂－－－１；Ａ为煤层倾角，取７０。。则：ｈ 一０．００９１１×４４０＋０．０４４８×７０—０．３１１３×０．８＋７．９２９× ＩＮ（７０／２４）一１５．３７４ｍ （４）在静压作用下，其垂直应力为１２．５ ＭＰａ～ １５．０ＭＰａ，三煤层顶板围岩单向抗压强度为２８０ ｋｇ／ｃｍ￣～ 采用Ｚ２３６０。 Ｕ型钢支架采用ｌ１ Ｕ型钢加工，一梁两腿三节组合 １５２６ ｋｇ／ｃｍ２，则围岩稳定性系数为０．４～０．５，属稳定状 态；回采期间，动力压系数１．５～２．０，围岩稳定性系数为 ０．８～１．４，处于不稳定状态。 ２．２ 石门破坏原因分析 而成，半圆拱断面，净宽３．１ ｍ，净高３．２ ｍ，其中拱高２．８ ｍ，直腿段高１．４ ｍ，梁腿用螺丝进行搭接。 ４ 结语 经过精心组织施工，仅用了１５天的时间，在边运煤的 针对２３采区－２７０ ｍ运输石门固有的应力和围岩条 件，该石门的变形破坏主要是下述因素造成的。 情况下安全地修复了２３采区一２７０ ｍ石门严重破坏地段， 减少了影响时间，并运出２３８２２、２３８１６两采面的原煤 （１）支护体系不当，原来的喷浆和砌碹支护不宜在服 务年限较长的基本巷道中使用，由于软岩的蠕变，软岩中 的喷浆和砌碹支护难以保持。 （２）喷浆厚度不均匀，越是鼓包处的地方恰恰是应力 ８５４３ｔ，从而收到了良好的经济效益。通过一个半月的观 察，没有发现该段支护变形，顶底下沉的迹象，未发生冒 顶、底鼓、两帮和顶底板收敛等迹象。 集中的地方，往往由此先崩裂破坏。 （３）没有充分发挥围岩承载能力，支护的作用在于维 从支护体系的控制作用人手，分析了控制支护方式的 特点，并结合２３采区一２７０ｍ石门现场监测得出如下结论： （１）通过大量现场实测，分析了２３采区－２７０ ｍ石门三 护和提高松动围岩的残余强度，充分发挥围岩的抗压抗剪 的能力，２３采区－２７０ ｍ运输石门现有支护系统只有封闭 喷浆支护，发挥不了围岩的自承载能力。 煤至五煤段围岩失稳的机制，指出原有支护系统变形不协 调、围岩抗压抗剪的能力差是导致巷道破坏和支护失效的 原因。 ３ 维修加固方案 ３．１围岩情况探测 。（２）从加固破碎岩体和提高支护阻力两方面综合入 手，本文提出了锚网配合Ｕ型钢拱形支架的修复技术，针 对软围岩强度低、结构松软、易吸水膨胀的特点，从水平及 垂向增加围岩的抗压抗剪的能力，从而实现２３采区－２７０ 为了准确掌握该段石门围岩现状详细情况，在对照石 门素描图基础上重新对石门进行了打钻探测。 ３．２锚网Ｕ型钢复合支护 根据现场探测情况，并结合巷道断面大小、用途、服务 石门三煤至五煤段的有效支护。 （３）根据两帮移近量、顶板下沉量和底鼓量观测结果 显示，锚网Ｕ型钢复合支护方式能够达到提高围岩强度和 维持围岩稳定的目的。 年限，设计确定采用锚网Ｕ型钢复合支护，改善石门应力 分布状况，提高其承载能力，从而达到维修石门的目的。 锚网支护采用锚杆为长度１．６ｍ，１８ 左旋无纵筋高强 螺纹钢锚杆，每排１２根，树脂加长锚固，采用一支Ｋ２３３５ （快速固化）和一支Ｚ２３６０（中速固化）的树脂锚固剂，钻孔 直径２８ ｍｍ，锚固长度１３００ ｍｍ，尺寸为１２０ ｍｍ×１２０ ｍｍ ×８ ｍｍ拱形高强度托盘。 作者简介：黄文军（１９７２一），男，江西樟树人，２０１０年毕业于安徽 理工大学采矿工程专业，助理工程师，现任江西沿沟煤矿通风科 副科长兼主管技术员。 采用菱形金属网护顶，规格为２．０ ｍ×０．９ ｍ，材料为 １２ 铁丝，网孔５０ ｍｍＸ ５０ ｍｍ，锚杆排距０．７ ｍ，每排每帮 ３根锚杆，树脂端部锚固，顶板一侧采用Ｋ２３３５，底板一侧 收稿日期；２０１１－－０７—２５ 编辑；叶忠群 《江西煤炭科技》启事 为提高本刊刊登论文的质量，杜绝抄袭、伪造、剽窃、不当署名、一稿多投等学术不端行为在本刊的出现，《江西煤炭科 技》编辑部从２Ｏ１０—１２－－０１正式启用“科技期刊学术不端文献检测系统”，对投到本刊的论文进行检测，如发现存在以上 现象的论文，编辑部将严肃处理。 ・ ９５ ・