深井软岩煤巷两种不同参数下的支护效果比较

摘 要：随着煤矿开采深度的进一步加深，深井软岩煤巷支护问题日益突出，已成为制约矿井安全高效生产的一个难题。本文通过对某矿1262(1)深井软岩煤巷在两种不同支护参数下支护效果的比较分析，提出了通过升级支护产品，提高单位面积支护强度，充分利用围岩自身形成整体支护机构，是可以实现深井软岩巷道支护长期稳定。
关键词：深井，软岩，煤巷，支护效果
随着国内资源需求量的不断增长，矿井开采不断向深度加深，深井软岩煤巷支护问题日益突出，已成为制约现代化矿井安全高效生产的一个难题。原有的支护方式及支护强度已很难适应深井软岩煤巷的变形特征，无法有效控制巷道围岩的变形破坏，大多数深井软岩煤巷只有通过多次修复才能满足生产，而重复修复无形中大大增加了矿井的生产成本。因此深入研究安全经济适合深井软岩煤巷的支护方式已刻不容缓。
1. 工程背景
1262(1) 煤巷埋深-900m 左右，走向长2677m，倾斜长253m，1262(1) 煤巷所在工作面主采煤层为11-2 煤，其平均厚2.6m，平均倾角3°左右，由东北向西南煤层有增厚趋势，煤层自身强度较低。巷道顶底板均为泥岩，且各发育一煤线。预计掘进区域顶板砂岩正常涌水量为18m3/h，最大涌水量为30m3/h，11-2 煤瓦斯含量平均约5.03m3/t。地温平均为44.9oC。

2. 两种不同支护参数为保证巷道后期留巷及满足通风、行人等要求，结合巷道围岩地质条件，两种支护参数下巷道都紧跟11-3煤层顶板施工，巷道采用矩形断面，断面尺寸为：净宽×净高=5.0m×3.0m。
2.1 方案一
（1）巷道顶板采用7 根Ф20×2500mm 的20MnSi 左旋无纵筋螺纹钢高锚杆加4.8m 长的平钢带，锚杆间排距750× 800mm；
（2）巷道两帮采用4 根Ф18×2200mm 专用螺纹钢左旋超锚杆加2.8m 长平钢带支护，锚杆间排距：920mm×800mm，。
（3）每2 排锚杆布置一套Ф18×7300mm 的锚索梁，锚索间排距2000×800mm；
（4）巷道采用铁丝菱形金属网护表；
（5）每根锚杆采用1 支K2360 和1 支Z2380 药卷加长锚固，预紧力不低于50kN，锚固力不低于100kN；锚索采用1支K2360和2支Z2380树脂药卷加长锚固，预紧力不低于80kN，锚固力不低于200 kN。

2.2 方案二
（1）巷道顶板采用7 根Ф22-M24-2800mmIV 级左旋锚杆专用螺纹钢超高强预拉力锚杆加4.8m 长的M5 型钢带，锚杆间排距：750mm×800mm；

（2）巷道两帮采用5 根Ф20-M22-2500mm 左旋锚杆专用螺纹钢高强预拉力锚杆加2.8m长M4 型钢带支护，锚杆间排距：650mm×800mm。
（3）每2 排锚杆之间偏相邻的工作面煤体侧位置布置一套高预应力锚索梁，距回采工作面煤体侧布置一套走向高预应力锚索梁锚索钻孔，锚索规格Φ17.8×7.3m
（4）巷道采用钢塑复合网护表；
（5）顶帮破碎处，施工3-4根单体锚杆加强，采用加长锚固方式。
（6）点柱：每两排锚杆在巷道顶板中间位置
（7）每根锚杆采用两节Z2360型中速树脂药卷加长锚固，预紧力不低于60kN，锚固力不低于120kN；锚索采用三节Z2360中速树脂药卷加长锚固，预紧力不低于80kN，锚固力不低于200kN。

3. 支护效果对比分析
采取方案一中参数进行支护时，巷道顶变形严重，三天之内两帮相对位移量达到了1.3m左右，顶底板相对位移量1.6m，其中顶板下层量达到了0.21m，根本不能保证施工安全，更不用说后期的使用和留巷，巷道只施工了约30m 左右就改为加棚支护。后来煤巷采用方案二中参数进行支护，巷道顶底板及两帮相对位移量大约经过20d左右趋于稳定，其变形曲线如图4、图5 所示。巷道顶板在超高强预应力锚杆锚索约束条件下其下沉量几乎为零，两帮相对位移量基本没有，巷道变形主要表现为底鼓，底鼓量约为230mm，其巷道完全可以在不用修复下满足安全使用要求。两种支护参数下巷道支护效果相差如此之大，具体分析主要有三个原因：
（1）从支护材料上讲，方案一采用的是20MnSi 左旋无纵筋螺纹钢高锚杆和平钢带，方案二中采用的是左旋锚杆专用螺纹钢超高强预拉力锚杆和M 型钢带[3]。方案二种的支护材料是煤巷锚杆的升级产品，刚度强度和延伸率都高于一般的支护材料，且其能更好的适应深井高地压软岩巷道的变形特征；

（2）方案一的锚杆长度小于方案二中所采用的锚杆，而实测巷道松动圈[4]为2.3m 左右，因此方案一中锚杆有效的锚固范围在巷道开挖引起的围岩破碎带内，且施工时要求的预紧力较低，虽然能够在巷道周边利用围岩本身形成一点承载结构，但无法有效约束深部巷道围岩由弹性区向破碎区转变，因此就无法有效约束巷道整体变形；
（3）两种支护参数提供的支护强度不同。方案一是采用的一般锚梁索网支护，方案二采用的是超高强预应力组合锚杆支护[5]。不论是从钢带的强度和刚度上，还是从锚杆锚索所能提供的约束力上，方案二都优于方案一很多。同时相关研究表明对于深井软岩煤巷，超高强预应力组合锚杆支护能够及时提供更高的支护强度，使围岩本身更容易形成承载结构，从而达到有效限制巷道围岩变形的目的。
4. 结论
通过以上对比分析可知，对于深井软岩煤巷支护，只有通过升级支护产品，提高单位面积内的支护强度，运用超高强预应力组合锚杆支护，同时采用超高强预应力锚索梁来强化顶板，降低两帮应力集中程度，充分调动围岩自身承载能力形成承载结构，才能够实现深井软岩煤巷长期稳定。