陕西麟北煤业开发有限责任公司 陕西宝鸡 721500
摘要：近年来，我国对煤矿资源的需求不断增加，煤矿开采越来越多。“三软”煤层指煤矿开采中遇到的软的顶板岩层、软的主采煤层和软的煤层底板岩层，一般情况下，具有三软特征的煤矿煤层和顶底板均为软弱岩层。煤层裂隙发育，构造复杂。本文主要介绍如何控制三软煤层掘进过程中掉顶、帮鼓情况，确保了安全生产。
关键词：“三软”煤层；软弱岩层；掘进
引言
三软煤层围岩条件，以往采用一般锚网支护后，还需要要靠工字钢、U型钢等架棚进行扩修和加固才能达到使用要求，造成巷道掘进单进低，返修率高。本文对三软煤层围岩掘进支护现状进行了研究，提出改进支护方案，
1我国三软煤层掘进工作的现况
三软煤层是指在煤矿开采过程中，其巷道的顶板层、地板层及开采曾都是较为松软的煤层地质，这是一个比较复杂的结构，在实际开采工作中，煤矿巷道周围岩石的承重能力较弱，导致开采工作难度大大提高，对于煤矿开采技术水平的要求也随之而增加，领我国煤矿开采行业面临着重大的挑战和机遇。进在煤岩层中进行巷道挖掘和煤矿开采，容易导致巷道周围的岩层原始力平衡受到破坏，久而久之容易导致想到中出现岩石断裂或者坍塌的现象。煤层的经应力是由岩石的强度和其弹塑性的分布所决定的。而由于三软煤层的岩石强度比较低，进行巷道开挖工作后三软煤层的岩层结构又受到破坏，令巷道的二次应力受到更深的威胁，三软每层中的岩体容易发生塑性变形，煤层岩层的支持力度大大下降，无法满足巷道开采支撑要求，导致巷道中的应力集中，两旁的岩梁支撑点容易发生断裂现象，令煤矿工作人员的人身安全受到严重的威胁和伤害。
2锚支工艺改造
2.1顶板锚索支护优化
靖远煤电魏家地煤矿地质条件复杂，煤层、顶板、底板较软，属于典型的三软煤层围岩条件，煤层直接底板为灰黑色粉砂岩，具有清晰的水平层理，厚3.78m。顶板揭露后，局部地段自稳时间较短，一般在20~60min之间，局部地段不具有自稳能力，随着顶板的揭露很快发生冒落。（1）加大锚索直径。原Φ15.24mm钢绞线锚索改为Φ17.8mm钢绞线锚索。与Φ17.8mm锚索相比，原Φ15.24mm锚索破断强度小，对顶板的控制范围较小。Φ17.8mm的钢绞线锚索破断力350kN，与Φ15.24mm的钢绞线相比，对顶板的悬吊控制能力提高了35％。从三径匹配上讲，锚索加粗以后，孔、径差从11.76mm降到9.2mm，更加接近最合理的匹配，其锚固强度和锚固长度都大大增强。粗锚索以其更大的承载能力和对围岩的主动约束力，能够更充分地调动巷道深部围岩强度，提高围岩自身的承载能力，有利于促进巷道的稳定。（2）增加顶锚索密度。原两排布置改为3排，间距2.4m一对加密到1.6m一组（一组三根）。由于顶板为泥质胶结的粉砂岩，强度低，且裂隙发育，局部顶煤、顶板的塑性变形深度较大，顶板一旦失去控制，将发生大范围和大深度的冒顶。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆加密、加粗顶锚索，可通过锚索较高的预紧力，对顶板施加径向应力，促使更大范围的顶板从二向应力状态向三向应力状态转变，改善围岩的自承载能力，促进了巷道的稳定性。
2.2锚网支护有效确保巷道周围岩体的稳固性
一般地，三软煤层的巷道两旁岩体的支撑强度会比顶板岩层的硬度要低，因此成为了巷道周围岩体结构中最薄弱的部分，容易受到外界或人为的破坏而失去基本的防护能力。所以巷道两旁的变形对于顶部岩层的稳定性会造成一定的负面影响，当巷道顶部岩层失去了承重支撑力，顶板离层就会被损害，顶部的岩层的承重能力明显下降。所以，采用锚网支护技术能够有效确保巷道两旁岩体结构的稳固性，在掘进工作中把巷道两旁支护工作作为三软每层支护工作的重点，能够有效提高巷道两旁岩体结构的强度和支撑力度，有效控制巷道两旁的墙体破损情况，提高巷道的承重能力。
2.3底部塑性区底角锚杆支护工艺的改进
软岩巷道支护理论认为，在一般软岩巷道中，巷道底板是一个关键部位，是一个比较容易忽略的底部塑性区，也是导致巷道不能在短期内进入稳定状态的因素之一。通过在底部塑性区两底角打设底角锚杆，可以起到部分加固底部塑性区的作用，通过对底角的控制，达到对帮、底的控制，从而促进巷道稳定，实现控制顶、帮的目的。
3变形大时的预注浆加固效果
在压力很大、变形严重的区域，选择新型低成本注浆材料，对工作面前方巷道围岩进行超前预注浆加固。这种特殊的高纯度超细波特兰水泥，加入特殊的系列外加剂，搅拌后形成的浆液，能很好地渗入到各类微细裂隙、裂缝和孔隙中。该材料不析水、不收缩，流动时间可调，凝固时间2.5ｈ左右（20℃，水灰比1∶1时），比普通水泥浆快４倍多，主要用于岩土层的注浆加固，以快速提高岩土体自身强度和稳定性。巷道工作面注浆孔布置以拱肩部为主，拱顶部为辅，共布置18个（左侧8个，右侧7个，拱顶3个），封孔距离2～3.5ｍ，单孔注浆水泥消耗量60～600ｋｇ，水灰比控制在0.83，注浆后所形成的波特兰微颗粒水泥浆液加固圈深度约为5ｍ。未注浆前，巷道应力升高区围岩承受集中压力，影响到应力降低区，应力只能寻找巷道自由面进行扩散和解压，使得巷道严重变形；预注浆后，巷道围岩受力状况大为改善，应力升高区的集中应力往原始应力方向延伸，扩大了应力降低区范围，从而有效地控制了巷道变形。
4在三软煤层掘进巷道中应用锚网支护技术
4.1锚网支护技术在三软煤层掘进巷道顶板
在实际的煤矿开采工作中，三软煤层的巷道顶部顶板的强度与稳定性较弱，可以选用树脂全长锚固高强锚杆支护来巩固巷道顶板。高强锚杆全长锚在岩层的任意一个地方都可以进行固定，而且一旦发生变形，其变形幅度也比较小。当杆体对于周围岩体结构产生了较大的力时，能够有效阻止岩层出现离层的情况，所以巷道顶部岩层强度和硬度可得到有效的提高和增强，减少了巷道两旁的压力，避免两旁出现损坏的情况。
4.2提高支护工艺技术水平
锚杆支护工艺技术很重要的环节是及时支护。顶板揭露后，由于自稳时间较短，需要在顶板揭露后的最短时间内，对顶板实施支护。顶板支护完毕后，煤帮分步刷大到设计巷道宽度，分步支护，顺序是先上后下，两帮同时进行。一般上、下帮的最上一根锚杆紧跟迎头打设，其余滞后顶1~2个循环支护，以达到平行作业的目的。
4.3注浆加固支护方式的应用
注浆的方式有效地提高巷道围岩的强度，在巷道较浅的地方，围岩容易由于巨大的压力而产生裂痕。而注浆的方式多为注入高水凝材料，把发生破碎的围岩缝隙进行填补，可提高凝固体的强度以及硬度，提高了巷道的受力强度。
结束语
综上所述，三软煤层巷道支护是一个复杂课题，应根据岩层力学性质、岩石硬度、节理、稳定程度，巷道围岩裂隙率、松动圈厚度及巷道断面大小等诸多因素的变化，合理选取不同的支护形式。比如，对于松动圈内围岩空隙较发育和裂隙极发育的区域，应采用超前预注浆加固后，再进行开挖；对于流质性岩层，则应采用锚固、全封闭式钢支架和喷射混凝土等联合支护形式。对于大断面巷道，应配以锚索支护，以起到悬吊梁及紧固松动圈的作用。在易形成网兜的巷道中，应增设钢带，以达到较好的稳定岩层效果。
参考文献
[1]葛峰,邢化强等.锚网索喷支护在“三软”煤层掘进中的应用[J].山东煤炭科技,2011(02).
[2]黎兴强,卓知权等.古叙矿区“三软”煤层巷道支护技术设计及应用[J].矿业安全与环保,2013(03).
[3]王红卫,刘炎伟等.三软特厚煤层煤巷锚网支护技术应用[J].中州煤炭,2015(08).
论文作者:韩磊,孙鹏飞
论文发表刊物:《防护工程》2019年10期
论文发表时间:2019/8/15
标签：巷道论文; 煤层论文; 顶板论文; 岩层论文; 围岩论文; 应力论文; 强度论文; 《防护工程》2019年10期论文;