深井復(fù)雜地質(zhì)含水厚托頂煤大斷面切眼支護(hù)的研究與應(yīng)用

管廷芳++閆超

摘 要：3下7112切眼埋藏深度-631～-580 m，煤層結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，局部含一層泥巖夾矸，厚度0～0.5 m，f=2；煤層傾角約12°～18°，厚度5.0～10.6/8.5 m，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。通過(guò)改進(jìn)、優(yōu)化、組合永久支護(hù)形式，并以液壓?jiǎn)误w為主長(zhǎng)方形#型大木垛為輔配雙向厚木板梁的大斷面切眼輔助補(bǔ)強(qiáng)加固支護(hù)措施，實(shí)現(xiàn)了永久支護(hù)與補(bǔ)強(qiáng)加固支護(hù)的互補(bǔ)短板、相互支撐，主動(dòng)支護(hù)與被動(dòng)支護(hù)科學(xué)、合理優(yōu)化組合，靜態(tài)支護(hù)與動(dòng)態(tài)支護(hù)科學(xué)銜接融合，從而確保切眼施工期間的安全生產(chǎn)，同時(shí)為今后同類巷道施工積累了經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：托頂煤掘進(jìn)；支護(hù)優(yōu)化；切眼大斷面；錨網(wǎng)索支護(hù)

中圖分類號(hào)：TD353 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.23.131

1 3下7112切眼概況

3下7112切眼位于田陳煤礦北七采區(qū)7112工作面，沿3下煤層底板托頂煤掘進(jìn)，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度198 m，設(shè)計(jì)凈寬8 m，凈高3.5 m，初次開(kāi)掘巷寬4.8 m，后二次刷大3.2 m，埋藏深度-631～-580 m，煤層結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，局部含一層泥巖夾矸，厚度0～0.5 m，f=2；煤層傾角約12°～18°，厚度5.0～10.6/8.5 m，地質(zhì)構(gòu)造相對(duì)復(fù)雜，整體呈一單斜構(gòu)造，切眼在運(yùn)輸巷開(kāi)門點(diǎn)揭露H=20∠65°正斷層。切眼北側(cè)靠近F7-10斷層（H=10，∠45°），掘進(jìn)過(guò)程中分別揭露H=3.0∠45°、H=2.8∠45°斷層2處，由于斷層多、埋深大、煤層厚、煤層頂板巖性變化大，且受大斷層的影響，次斷層、層理、節(jié)理、裂隙比較發(fā)育，局部煤層像爐灰一樣黏結(jié)性極差，施工過(guò)程中頂板下沉現(xiàn)象比較明顯，掉頂現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，造成巷道圍巖穩(wěn)定性較差，掘進(jìn)后巷道成形較差；由于頂板為砂巖含水層，在施工錨索孔時(shí)經(jīng)常有淋水點(diǎn)出現(xiàn)，造成水對(duì)錨固劑與圍巖的黏結(jié)有較大的影響，造成錨索的初錨力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。

2 3下7112切眼特殊性及存在的問(wèn)題

2.1 斷層多，增加巷道支護(hù)難度

切眼在運(yùn)輸巷開(kāi)門點(diǎn)揭露H=20∠65°正斷層。切眼北側(cè)靠近F7-10斷層（H=10，∠45°），掘進(jìn)過(guò)程中分別揭露H=3.0∠45°、H=2.8∠45°斷層2處。斷層頻繁出現(xiàn)，縱橫交錯(cuò)、互相聯(lián)系，增加地質(zhì)復(fù)雜性。斷層多一方面造成煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜、層理性差、巖性變化頻繁，在施工過(guò)程中，受斷層影響煤層頂板易冒落、折幫，巷道成形差，煤層松散，整體性差，承壓能力減弱，降低錨固劑與煤（巖）體的錨固力，減弱錨網(wǎng)索支護(hù)強(qiáng)度；另一方面由于掘進(jìn)破壞煤層正常、原有的層理平衡結(jié)構(gòu)，破壞圍巖應(yīng)力平衡結(jié)構(gòu)，造成圍巖壓力釋放，重新進(jìn)行圍巖應(yīng)力分布，圍巖應(yīng)力集中釋放會(huì)導(dǎo)致沖擊地壓的產(chǎn)生，而存在斷層的區(qū)域一般都是圍巖承載力最薄弱、應(yīng)力集中釋放區(qū)域，也極易誘導(dǎo)沖擊地壓產(chǎn)生，特別是在切眼斷層縱橫交錯(cuò)、互相作用，易形成孤島效應(yīng)，更增加誘導(dǎo)沖擊地壓的產(chǎn)生，增加錨網(wǎng)索初始支護(hù)的難度，也增加錨網(wǎng)索支護(hù)后承壓安全系數(shù)。

2.2 埋藏深、煤層厚，加大支護(hù)難度

煤層埋藏深度-602～-560 m，屬深部開(kāi)采，厚度5.0～10.6/8.5 m，屬厚煤層。埋藏深，就地壓大，地壓大就造成煤體松散、層理性差，承壓能力減弱，降低錨固劑與煤（巖）體的錨固力，減弱錨網(wǎng)索支護(hù)強(qiáng)度。同時(shí)還減少臨時(shí)支護(hù)頂板穩(wěn)固時(shí)長(zhǎng)，增加臨時(shí)支護(hù)難度。由于厚煤層，我們選擇沿煤層底板托頂煤掘進(jìn)的工藝，且托頂煤5～6 m，錨桿不能錨入巖石頂板，減弱錨桿支護(hù)的強(qiáng)度，增加錨索及其他支護(hù)的密度和強(qiáng)度，增加支護(hù)的難度。

2.3 施工難度大，限制輔助支護(hù)適用性

煤層傾角約12°～18°/15°，屬大坡度，煤層傾角大造成巷道下山坡度大，綜掘機(jī)切割、運(yùn)輸工序困難，人員行走、運(yùn)輸支護(hù)材料困難，巷道易積水，帶來(lái)排水困難，給掘進(jìn)施工帶來(lái)較大困難。由于切眼跨度大，錨網(wǎng)索支護(hù)很難確保支護(hù)強(qiáng)度。為保證切眼頂板安全，需增加輔助支護(hù)。在輔助支護(hù)中打設(shè)木垛、單體作為主要支護(hù)形式，木垛及單體支護(hù)時(shí)，支護(hù)中心應(yīng)垂直頂?shù)装?，才能起到牢固支護(hù)的作用，而在大坡度巷道中，由于木垛整體結(jié)構(gòu)性差，限制了木垛的使用。

2.4 煤（巖）層含水，影響錨網(wǎng)索支護(hù)強(qiáng)度

由于頂板煤（巖）層為富水區(qū)，在施工錨索、錨桿孔時(shí)經(jīng)常有淋水點(diǎn)出現(xiàn)，造成水對(duì)錨固劑與圍巖的黏結(jié)有較大的影響，造成錨索的初錨力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求；影響支護(hù)質(zhì)量，降低錨網(wǎng)索支護(hù)強(qiáng)度。

3 支護(hù)形式的選擇

由于3下7112切眼是一個(gè)大埋深、大斷面、特厚煤層、托頂煤、大坡度、斷層多地質(zhì)復(fù)雜的切眼，且切眼與以前施工的切眼在埋深及煤層本身的結(jié)構(gòu)上存在著很大的區(qū)別，因而在支護(hù)技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)管理兩個(gè)方面都缺乏經(jīng)驗(yàn)，且無(wú)可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。為保證施工期間的頂板安全，對(duì)各種支護(hù)形式進(jìn)行分析、組合、改革、優(yōu)化，互補(bǔ)短板，實(shí)現(xiàn)1+1>2的支護(hù)效果。

3.1 主要支護(hù)方式的選擇

錨桿支護(hù)的作用主要有懸吊作用、組合梁作用、加固拱作用和楔固作用等。

錨索的作用主要是將錨桿支護(hù)形成的次生承載層與圍巖的關(guān)鍵承載層相連，提高次生承載層的穩(wěn)定性。即使次生承載層發(fā)生斷裂、轉(zhuǎn)動(dòng)，也不至于失穩(wěn)而引起頂板垮落。同時(shí)，由于錨索可施加較大的預(yù)緊力，可擠緊巖層中的層理、節(jié)理、裂隙等不連續(xù)面，增加不連續(xù)面之間的摩擦力，從而提高圍巖的整體強(qiáng)度。

由地質(zhì)資料分析可知，煤層平均厚度為8.5 m，煤層的直接頂板為松散的砂礫巖，膠結(jié)性非常差。采用綜采放頂煤開(kāi)采，巷道基本沿煤層底板布置。如果只采用錨桿支護(hù)，由于巷道的跨度較大，在采動(dòng)影響下，勢(shì)必會(huì)發(fā)生錨桿錨固范圍內(nèi)的煤體離層，甚至塌落，導(dǎo)致冒頂事故的發(fā)生。因此，為保證生產(chǎn)安全，應(yīng)使錨桿錨固范圍內(nèi)的煤層不塌落，保持巷道的相對(duì)完整，就必須打錨索才能達(dá)到目的。因此，巷道永久支護(hù)應(yīng)采用錨桿+金屬網(wǎng)+錨索+鋼帶+讓壓管的支護(hù)方式。

3.2 輔助補(bǔ)強(qiáng)加固支護(hù)

切眼坡度大，局部?jī)A角達(dá)到22°以上，正常輔助補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)采取打設(shè)液壓?jiǎn)误w支柱或打設(shè)#型木垛的方式，由于坡度大，支護(hù)重心與頂板壓力重心很難一致，達(dá)不到最佳支護(hù)效果，單一單體支護(hù)存有卸壓失穩(wěn)的隱患，單一木垛支護(hù)易形成支護(hù)薄弱點(diǎn)，造成整體傾倒失穩(wěn)。為解決此項(xiàng)難題，集思廣益，嘗試采取以液壓?jiǎn)误w為主長(zhǎng)方形#型大木垛為輔配雙向厚木板梁的輔助補(bǔ)強(qiáng)加固支護(hù)措施。

4 總結(jié)

通過(guò)以上改進(jìn)、優(yōu)化、組合各種支護(hù)形式，實(shí)現(xiàn)了永久支護(hù)與補(bǔ)強(qiáng)加固支護(hù)的互補(bǔ)短板、相互支撐，主動(dòng)支護(hù)與被動(dòng)支護(hù)科學(xué)、合理優(yōu)化組合，靜態(tài)支護(hù)與動(dòng)態(tài)支護(hù)科學(xué)銜接融合，從而確保切眼施工期間的安全生產(chǎn)，同時(shí)為今后施工同類巷道積累了經(jīng)驗(yàn)。

〔編輯：劉曉芳〕