B090102 复合顶板回采巷道锚、梁、网+锚索联合支护技术.doc

复合顶板回采巷道锚、梁、网+锚索联合支护技术

穆海洋毕业武蒲文龙
【黑龙江科技学院安全工程学院，黑龙江哈尔滨150027】

摘要结合东海煤矿锚杆支护发展现状，针对东海矿21综采面倾斜长壁工作面具体地质条件，介绍了复合顶板回采巷道锚、梁、网+锚索联合支护的试验情况。根据巷道支护难点，提出了支护技术方案，确定了锚、梁、网+锚索联合支护技术参数；根据现场工业实验证明该巷道采用锚、梁、网+锚索联合支护技术，既改善了巷道围岩的变形，又保证了工作面正常回采。
关键词回采巷道复合顶板锚、梁、网+锚索联合支护
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1问题提出

锚杆支护从1955年开始在煤矿巷道中使用，经过多年的研究、改进和工程实践，已成为我国煤矿巷道的主要支护形式之一，其主要特点是支护费用少，劳动强度小，实现巷道大断面较易等。随着锚、梁、网组合使用，进一步扩大了锚杆支护的应用范围。1979年锚杆支护巷道542km，占全部巷道的36.3%；1996年增加到897.18km，占全部巷道的57.34%。其中，岩巷、半煤岩巷、煤巷均得到应用，采用锚杆支护的范围正在扩大。锚杆支护在煤巷的扩大应用，必将促进煤炭工业的进一步发展。如今在地压小，断层破碎带少的煤矿，基本实现全锚化[1～2]。
东海煤矿21综采面回采巷是复合顶板巷道，支护极其困难。该矿以往采用传统的工字钢架棚支护，当开采顶部煤层时，由于回采产生的巨大压力，往往会发生严重的支护变形、破坏，很容易造成冒顶，需经常进行维修；在工作面前需拆棚、回掘等，工序复杂而危险。组合锚杆支护作为一种主动支护形式，有利于工作面端头的支护和安全回采。

2工程地质背景

21综采面为倾斜长壁工作面，位于-592m水平东一采区，工作面回采巷长1685m，轨道巷长1600m，切眼长240m，倾角2～5°。巷道均沿8煤顶板掘进，煤厚在2.5～3.45m之间，平均厚度为3.0m。巷道顶板相变较大，多数区段顶板为灰黑色泥岩、砂质泥岩，伪顶为炭质泥岩，厚度为0.1～0.3m，局部区段顶板为灰色或灰白色细、中粒砂岩基本顶，8煤顶板为典型的复合层状顶板，8煤顶、底板岩性如图l所示。

图18煤岩性柱状图

3复合顶板特点与破坏机理

3.1复合顶板特点
所谓复合顶板，其本质就是离层型顶板，即上覆于煤层由多层厚度较小，层理、节理和裂隙发育、强度低的软弱煤岩层相间构成，各岩层之间黏结力较弱甚至无黏结力，与上部岩层胶结性差的一层直接顶。一般经采动影响，复合顶板因岩石强度低分层薄，其挠度比上部岩层大而向下弯曲，且上、下岩层胶结性差，附着力低，因而容易离层，在巷道发生局部冒顶的事故中，复合型的破碎顶板占相当大的比例[3～4]。
3.2巷道顶板破坏机理
3.2.1巷道顶板破坏的一般过程
顶板受压变形→岩石局部屈服变形→节理弱面发生破坏→顶板较低层位发生弯曲变形(伴有局部岩块脱落)→岩层发生拉伸或局部剪切破坏→巷道顶板变形破坏。
3.2.2塑性破坏机理
①巷道围岩在高地应力作用下，发生应力扩容变形而破坏。
②巷道围岩中含有膨胀性软岩，吸水发生膨胀变形而使围岩发生破坏。
③锚固平衡拱内岩石由弹性体转变为破坏松动体，使锚杆丧失加强锚固平衡拱的约束离层和抗剪切两个基本作用，导致围岩破坏。
④巷道开挖后，巷道围岩是先由压应力引起的挤压破坏，随着挤压破坏向围岩深处发展，引起岩石裂隙扩张和体积膨胀，造成巷道周边岩层弯曲，而产生弯曲拉应力，导致顶板岩层破坏。
3.2.3结构破坏机理
①巷道开挖后，岩层抗水平应力的截面减少，在水平应力作用下煤层沿水平层理面向巷道挤入，致使巷道帮顶受水平应力作用而破坏。
②围岩中节理构造面的存在对围岩的承载能力及其稳定性影响很大，尤其是节理面与最大主应力方向斜交时，岩体最容易沿节理弱面破坏而失稳。
③巷道开挖后，围岩受力状态由三轴应力变为单轴压应力状态，由于岩石单轴抗压强度低，致使围岩产生塑性破坏或沿节理弱面破坏、随着锚固岩体的变形、离层和弯曲，巷道中部的锚杆始终受力，若锚杆的长度、刚性越大，会使之受力越大，锚杆受力即可达到强度极限而破坏，则岩层发生破坏。

4复合顶板锚杆支护设计

4.1复合顶板锚杆支护机理
复合层状顶板在层状岩层中开拓的巷道与均质的岩层中明显不同，岩层的层面有三种主要性质对开采是很重要的。第一，垂直于岩层层面的抗拉强度低，个别出现明显裂隙的地方甚至为零。第二，是层面的抗剪强度比完整的岩层低。第三，是这类煤层中开掘巷道多不破顶，这三个特性决定了层状岩层对下煤层中开掘巷道产生的特殊力反应。对于层状煤层体中开掘巷道，其支护原则是：第一，充分发挥围岩的自承能力，即完整性，尤其是顶板；第二，是采取措施提高围