煤礦井下u型聯合支護技術研究

河南威斯龍煤礦集團洛陽新疆龍煤礦集團生產2號煤礦，屬于煤炭和磚瓦突出采區。井田范圍內地質構造復雜,頂、底板及煤層松軟、破碎,屬典型的三軟不穩定煤層。該礦1974年建井,1978年投產。建礦以來,井下一直采用剛性被動支護形式。主要巷道采用料石砌碹,工作面兩巷采用礦用工字鋼支護。由于被動支護接頂性較差,不能產生初撐力,使得頂板在承受到支撐力之前就出現離層、斷裂現象。巷道在初期尚能維持基本形態,但經過一定時間后,頂板便逐漸出現離層、裂隙和脫落現象,頂板壓力增大,支護失修。每年都必須安排大量的人力、物力維修巷道,即便如此,巷道失修依然十分嚴重。因巷道斷面收縮變形影響通風,瓦斯問題成為制約生產的主要因素;而頂板控制嚴重影響礦井安全。為此,大眾公司借鑒兄弟單位的支護技術,先后推廣了可縮性U型鋼、錨+網+噴+索、錨+網+噴+索+U型鋼聯合支護,已摸索出一條適合該礦特點的軟巖支護技術,巷道支護質量大幅度提高。1幾種形式的保護(1)局部破碎頂板該支護缺點主要是,支護處于一種等待頂板下沉的狀態,頂板受壓后容易離層,且巷道上部頂板因與頂部支護存在一個夾角,支護與頂板不可能完全接觸而造成局部頂板懸空,巷道兩幫也因破碎出現凹凸面。這樣,就破壞了煤巖巷道的穩定性和完整性。同時,因為頂幫煤巖層的風化,加速了圍巖的破壞,增大了頂幫的壓力。巷道壓力又通過兩幫柱(碹)腿傳遞到底板,使底板巖層松動破碎,發生變形,出現位移、底鼓現象,影響支護效果。此種支護形式優點是:材料便宜,制作簡單,施工方便。若用于堅硬煤(巖)體尚可,但用于松軟破碎煤(巖)體,則不能滿足安全生產需要。(2)拱梁支護下縮支護該支護形式雖仍屬被動支護。但在壓力作用下,拱梁曲率半徑逐漸增大,柱腿曲率半徑逐漸變小。當巷道壓力達到某一限定值后,拱梁即沿著柱腿彎曲部分產生微小滑移,支架下縮,從而緩解圍巖對支架的壓力。此支護形式遵循了軟巖支護“以柔克剛、緩沖讓壓、穩定支護”的基本準則。該礦屬三軟煤層,原巷道又翻修多次,頂、幫松散破碎,僅依靠錨、網、噴、索錨固困難,很難起到懸吊、組合梁和加固拱作用,因此,維修巷道采用可縮性U型鋼支護是可行的。(3)煤巖體加強錨噴支護后,錨桿較短該支護形式屬主動支護。但煤巷或半煤巖巷,特別是三軟煤層,由于煤巖體松軟、破碎,受壓后位移變形量大,如果只采取錨噴支護,受壓后,噴漿面易和煤巖體松動脫落,因錨桿較短,加之錨桿外端錨空失去錨固作用,達不到預期的支護效果。(4)煤巖錨桿、錨網懸吊組合支護主要參數這種支護不破壞巷道頂幫,巷道成型好,爆破后煤巖表面直接與噴漿體結合,對煤巖體破壞小,確保了煤巖頂幫的穩定性。并通過錨索、錨桿、錨網懸吊組合補強作用,改變了圍巖的應力狀態。同時,由于噴射混凝土有加固和防止風化作用,該支護形式把消極的被動支護形式改變為主動的支護形式,充分發揮了圍巖及煤體的自身支撐作用。把煤(巖)從荷載變成承載。變被動受力為主動承壓,從而克服了上述支護形式存在的問題。此種支護形式,適合煤(巖)巷一次成巷。同時,對于地質構造帶外加U型鋼加固,并復噴混凝土,效果較好。2完善前后整體效果分析(1)工作面進回風巷運輸巷該礦原主要進回風巷、采區進回風巷采用料石砌碹支護,工作面兩巷采用工字鋼支護。由于該礦(突出礦井)巷道掘進速度慢,采掘接替緊張,巷道保護煤柱留設不足或未留設,加之煤巖層松軟破碎等問題,造成巷道壓力增大。每年主要進回風巷、采區進回風巷均需翻修。工作面回風巷、運輸巷掘進時,前掘后修,員工主要精力耗費在維修巷道上。2005年以前,員工最多達2700人,年生產原煤僅30多萬t。(2)錨網+噴+u型鋼聯合支護巷道支護效果2008年初,該礦對支護形式進行改革,結合該礦煤(巖)性和巷道特點,巖巷采用錨+網+噴+索聯合支護,地質構造帶采用錨+網+噴+索+U型鋼聯合支護。翻修巷道采用U型鋼支護+噴漿,地質構造帶采用錨噴+U型鋼聯合支護(工作面運輸巷、回風巷暫采用對棚礦工鋼支護,逐步改為U型鋼),均收到了較好效果,巷道面貌明顯改觀。并且自改革支護以來,新掘巷道和翻修巷道均未發現失修和嚴重變形,保證了安全生產。通過支護形式的改革,該礦原材料消耗降低,原煤產量大幅度提高。3問題通過對支護形式的改革,支護技術也隨之提高,但在實踐中,也發現了一些問題。(1)適時封底時機選擇不當經分析認為:翻修巷道時,僅采用U型鋼支護外加噴射混凝土,雖起到了加固和防止風化作用,但對于軟巖支護,特別是巷道修復,應適時封底,選擇最佳封底時機。可選擇在圍巖初期的急劇變形期后,即大約在0.5個月,采用柔性的錨噴封底結構。如果停3～6個月,仍不能從根本上解決問題,可選擇時機,采用較高強度與封閉性的底拱結構。(2)成巷和支護構造帶掘進時,必須采用淺眼小炮、光爆等控制爆破,應預留光面層,采用風鎬或手鎬等人工成型掘進,并采用臨時超前錨桿、注漿或化學加固技術,保證成巷效果和圍巖穩定。同時,要盡早噴漿,封閉圍巖。然后打錨桿、金屬網、復噴,并架可縮性U型鋼支護。同時要進行支護變形監測,如果出現噴體開裂、脫落現象,可多次復噴、薄噴。(3)對錨索和抗拉對于大斷面和三岔口跨度大、支護薄弱地帶,必須加強支護。此處要求支護強度更高,應根據不同情況區別對待,除執行(2)中要求外,還應視情況采用桁架、鋼帶和補強錨索,并適時進行二次支護。此外,還可進行巷道內卸壓。如:在底板或巷幫打卸壓孔、開卸壓槽,進行壓力轉移等。4固結支護體式通過對支護形式分析和礦支護改革前后效果比較,對于三軟煤層,采用主動支護與聯合支護形式