平煤十二矿31030工作面进风巷破碎围岩控制技术_赵云龙.pdf

煤矿现代化2020 年第 6 期总第 159 期 1工程概况 河南平煤股份十二矿己16- 17- 31030 工作面进风 巷掘进工作面位于三水平东翼上部，巷道南邻己14 - 31050 上进风巷， 北邻己15- 31030 工作面进风巷、 己15 - 31050 回风巷， 东邻十二矿井田边界， 西邻三水平四 条下山，工作面上覆为己15- 31030 工作面采空区， 掘 进巷道沿己16- 17煤层顶板施工，上部为己15煤层采空 区， 平均间距为 0.7m， 己16- 17煤层整体赋存较稳定， 结 构简单， 煤厚 0.7m～2.1m左右， 平均煤厚约 2m， 平均 倾角为 8。 己16- 17煤层直接顶为灰色砂质泥岩， 均厚 约 0.7m； 直接底为灰色砂质泥岩， 均厚 0.5m， 基本底 为灰白色细砂岩，均厚约 1.8m。己15煤层平均厚度 1.6m， 其直接顶为灰色砂质泥岩， 含大量植物化石， 普 氏硬度 3～5， 厚 4.5m。 由于己16- 17煤层上覆为己15煤层采空区，平均间 距仅为 1.2m， 上覆煤层回采后覆岩会逐渐垮落， 致使 巷道围岩整体较为破碎， 故己16- 17- 31030 工作面进风 巷断面选用拱形断面，断面尺寸为掘宽掘高 5.76m3.6m， 现为保障巷道破碎围岩的稳定， 进行支 护方案的设计分析。 2破碎围岩支护方案 2.1支护原则 根据己16- 17- 31030 工作面进风巷的围岩地质条 件可知， 围岩表现为破碎和软弱的特征， 基于该特征， 确定巷道采用棚式支架与锚索相结合的耦合支护， 通 过 U 型钢棚能够对围岩提供较高的支护阻力，以此 能够充分改善浅部围岩的应力分布， 充分提高破碎围 岩体的残余强度； 进一步通过锚索支护将支护体系与 深部围岩体连接到一起， 充分发挥深部围岩体的承载 能力。通过充分发挥 U型钢和锚索的承载性能， 以实 平煤十二矿 31030 工作面进风巷破碎围岩控制技术 赵 云 龙 （平煤股份十二矿 ， 河南 平顶山 467000 ） 摘要 为保障 31030 工作面进风巷围岩的稳定，根据其与上覆己15煤层采空区间的赋存关系可知 巷道围岩较为破碎， 通过具体分析破碎围岩支护原则， 确定巷道采用棚索耦合支护， 支护方案实施时 主要采用支架搭接强化技术、 支架间围岩强化技术和 U 型钢 - 锚索协同支护技术， 结合巷道围岩的具 体特征， 进行棚索协同支护方案的设计， 并在支护方案实施后进行巷道表面位移情况的观测分析。结 果表明 31030 工作面进风巷在该种支护方案下，掘进期间顶底板及两帮最大变形量分别 220mm 和 149mm， 保障了巷道破碎围岩的稳定。 关键词 破碎围岩 ； 棚索耦合 ； 围岩控制 ； 表面位移 中图分类号 TD353文献标识码 A文章编号 1009-0797 （2020 ） 06-0004-03 Broken surrounding rock control technology for air intake roadway in 31030 working face of Pingdingshan No.12 Mine ZHAO Yunlong （Ping Coal Share swelfth mine Pingdingshan Weidong District ， Pingdingshan 467000 ， China ） Abstract In order to ensure the stability of the surrounding rock of the inlet tunnel of 31030 face, according to its existence relationship with the mined section of the overlying 15 coal seam, it can be seen that the surrounding rock of the roadway is relatively broken. Through the specific analysis of the supporting principle of broken surrounding rock, it is determined that the roadway adopts shed cable Coupling support, the implementation of the support plan mainly adopts the bracket lap strengthening technology, the surrounding rock strengthen- ing technology between the supports and the U-shaped steel-anchor cable cooperative support technology, combined with the specific characteristics of the roadway surrounding rock, the shed cable cooperative support program Design and observe and analyze the surface displacement of the roadway after the implementation of the support plan. The results show that under the support scheme of 31030 working face air inlet tunnel, the maximum deation of roof and floor and the two sides during excavation are 220mm and 149mm re- spectively, which guarantees the stability of the broken surrounding rock of the roadway. Key words Broken surrounding rock ; shed cable coupling ; surrounding rock control ; surface displacement; 4 ChaoXing 煤矿现代化2020 年第 6 期总第 159 期 现棚索协同支护， 共同承载的特性。 现结合己16- 17- 31030 工作面进风巷围岩的特征， 确定巷道采用棚索协同支护， 并强化支架搭接强度和 支架间围岩强度， 具体巷道采用的各项支护技术原理 如下 1 ）支架搭接强化技术在 U 型钢支护间采用新 型双槽夹板面卡缆，通过新型卡缆以增大 U 型钢上 的正应力， 以此来提高钢棚能够对巷道为围岩提供的 工作阻力， 采用新型卡缆后， 能够将 U 型钢与卡缆间 的受力状态， 防止支架在滑移后出现预紧力的大幅降 低的现象， 实现 U 型钢卡缆更好的限位作用[1-3]， 实现 U型钢支架间搭接处强度的强化。 2 ）支架间围岩强化技术通过在巷道表面采用 强度的护表结构， 通过高强度、 高刚度的护表结构， 使 其即能够适应围岩一定程度的变形， 又能够提供一定 的支护抵抗围岩的变形， 据此确定巷道表面采用高强 度双抗双扣钢筋网，实现 U 型钢棚与钢筋网片间扣 紧，以提高 U 型钢支架的整体承载能力和钢筋背板 的稳定性。 3 ）U型钢 - 锚索协同支护根据众多 U 形钢支 架受力变形特征的分析结果可知[4-5]， U 型钢搭接处为 支护的薄弱环节，现为提高支架的整体承载能力， 在 U 型钢支架搭接处， 采用高承载能力、 增阻快的预应 力带梁锚索， 提高 U 型钢支架的承载能力， 更好的实 现棚索耦合支护效果。 2.2支护方案 基于上述确定的支护原则及支护技术，确定巷 道采用 29U 型钢支架 高强度双抗双扣钢筋网片 高强度锚索进行支护， 根据巷道赋存情况， 可知巷 道顶板与己15煤层采空区间的岩层均较为破碎， 己15 煤层直接顶为灰色砂质泥岩，普氏硬度 3～5， 厚 4.5m， 相对较为坚硬， 为保障锚索的支护效果， 设计 将锚索锚固在该岩层的中上部， 故设置锚索的长度 为 6.0m。 具体巷道支护方案中的参数如下 1 ）U 型钢支架 U 型钢支架结构采用三节拱， 顶 梁与棚腿之间的搭接长度为 0.5m，钢棚棚距为 550mm， 支架间采用上下限位的夹板面的卡缆， 搭接 处每处安装三道卡缆， 其中采用 1 付普通卡缆， 采用 2 付限位双槽夹板面卡缆， 双槽卡缆的尺寸如图 1 所 示[6]， 设置卡缆螺母预紧扭矩为 300N m。棚架间搭接 处每处安装一道拉板 （采用宽厚 70mm10mm的 钢板加工 ） ， 背板采用 φ120～140mm的半圆木加工， 支架的顶部、 两帮背紧、 背牢、 充满填实。 （a ）上槽板 A（b）下槽板 A （c ）上槽板 B（d）下槽板 B 图 1双槽夹板卡缆参数示意图 2 ）钢筋网片钢筋网片的主筋和副筋直径分别 为 10mm 和 6mm， 网孔大小为 100100mm， 具体高 强度双抗双扣钢筋网片的参数如图 2a 所示； U 型钢 支架搭接部位采用普通的钢筋网片进行护表， 网孔大 小为 100100mm， 具体普通钢筋网片的尺寸参数如 图 2b所示。 （a ）双抗双扣联排钢筋网（b）普通钢筋筋网 图 2钢筋网片尺寸参数示意图 3 ）锚索支护锚索采用低松弛高强度 119 股 钢绞线， 规格为 Φ17.86000mm， 巷道断面内布置四 根锚索，两帮在距离底板 300mm的位置处布置两根 锚索，锚索垂直于巷帮打设，另外在距离巷道顶板 1500mm 的两肩处布置两根锚索， 锚索同样垂直于巷 道表面布置， 锚固方式采用树脂加长锚固， 设置帮部 锚索的间排距为 12001000mm， 顶板锚索的间排距 为 14001000mm， 另外锚索支护时， 使用 U 型钢托 梁进行配合支护， 钢托梁长度为 750mm。为保障锚索 在一定程度上适应围岩的变形， 设置锚索的预应力为 100kN。 具体 31030 工作面进风巷棚索耦合支护形式及 各项参数如图 3 所示。 5 ChaoXing 煤矿现代化2020 年第 6 期总第 159 期 （a ）支护断面图 （b）支护展开图 图 331030 工作面进风巷巷道支护示意图 3支护效果分析 在 31030 工作面进风巷采用上述支护方案后， 通 过监测巷道掘进期间巷道表面位移情况来验证巷道 支护方案的应用效果，测点布置在滞后掘进工作面 10m 的位置，通过十字布点法进行围岩变形量的监 测，巷道表面位移中主要监测顶底板及两帮移近量， 每隔 5d 进行表面位移数据的测量与记录，持续进行 70d 的监测作业，根据监测数据得出巷道表面位移、 巷道表面位移速率曲线如图 4 所示。 （a ） 巷道表面位移曲线 （b） 巷道表面位移速率 图 4巷道表面位移监测结果曲线图 分析图 4 可知， 巷道掘进后 020d 内为巷道表面 位移变形的主要阶段， 该阶段内顶底板和两帮平均变 形速率分别为 7.6mm/d 和 4.7mm/d， 相较于两帮变形 量， 顶底板变形量较大的主要原因为巷道顶板上覆为 己15煤层采空区， 顶板岩层较为破碎， 在掘进扰动下， 顶板岩层会呈现出相对较大的变形； 当巷道掘出 20d 后， 此时巷道顶底板及两帮变形速率逐渐降低， 围岩 变形量也相应降低； 当巷道掘出后 40d 后， 此时巷道 顶底板及两帮变形量基本已达到稳定状态， 最终顶底 板及两帮变形量分别 220mm 和 149mm， 围岩变形量 处于合理范围内， 巷道围岩得到了有效控制， 满足回 采巷道的使用要求。 4结论 根据己16- 17煤层与己15煤层采空区间的赋存关 系， 结合巷道的具体条件， 通过分析破碎围岩的支护 原则， 确定巷道采用棚索耦合支护的方式进行围岩控 制， 支护实施时采用 29U型钢支架 高强度双抗双扣 钢筋网片 高强度锚索进行围岩控制， 并基于支护原 则和巷道围岩特征进行具体支护参数的设计。 根据支 护方案实施后的巷道表面位移的监测结果， 得出支护 方案保障了围岩的稳定， 满足回采巷道的使用要求。 参考文献 [1] 王震,娄芳,金士魁,王刚.极近距离煤层采空区下回采巷 道位置及围岩控制研究[J].煤炭工程,2020,52 （02） 1- 4. [2] 孙广京,王平,冯涛,余伟健,尹中凯,蒋运良,刘海,李立新. 软弱破碎顶板巷道围岩变形机理及控制技术[J].煤炭科 学技术1- 8. [3] 郭萌,弓培林,李鹏.极近距离煤层采空区下巷道补强支 护参数研究[J].煤炭工程,2020,52 （01） 54- 58. [4] 朱启杰,秦庆举,刘刚.极破碎围岩条件下巷道支护稳定性 技术研究[J].采矿技术,2020,20 （01） 70- 72. [5] 张延旭,冷超,王超,周油,刘涛.松软破碎围岩巷道支护技 术研究[J].矿业研究与开发,2019,39 （10） 22- 25. [6] 魏燕龙. 介板沟煤矿软岩大巷 U 型钢支护技术研究[D]. 中国矿业大学,2016. 作者简介 赵云龙 （1988.12-） ， 男 ， 汉族， 河南省平顶山市人， 本科， 2012 年 7 月毕业于河南理工大学， 安全工程专业， 平煤股份 十二矿安检科， 研究方向安全管理， 助理工程师。 （收稿日期 2020- 5- 6） 6 ChaoXing