软岩三软煤层巷道支护的刚柔复合式支护技术

软岩三软煤层巷道支护的刚柔复合式支护技术

随着时代的变迁和科学技术的进步，围岩工程控制理论也得到了充分发展和进步。其中,三软煤层的支护工艺也随之产生了重大变化,其支护理念从传统的被动支护转换成了主动支护进而发展为复合支护。1传统的土壤保护方法与变形研究1.1法存在的问题大多数煤矿回采工作面巷道为11#工字钢对大棚形成支护作用,其顶部通过塑编网与荆芭保护,两帮通过荆芭作用背实。这类支护办法存在的问题主要有三点:第一,巷道矿山容易出现压力且显现迅速。通常,巷道在掘进大概五十米左右便会发生严重变形,必须要完成返修作业,这样一来,也就直接影响了工作面回采过程中的安全保障;第二,回采工作面巷道因为出现严重变形,因此不可过长,通常为五十米至八十米左右,工作面服务过程段,容易出现矿井采掘时失去控制的情况;第三,回采巷道矿压出现明显剧烈状态。1.2道路损坏分析1.2.1巷道围岩强度由于煤层松软,可显现为粉末形状,顶板与底板都属于泥岩、砂质泥岩以及灰质泥岩,因此,必然会导致巷道围岩耐受力不佳,强度存疑,变形速度迅猛。巷道进行施工过程中,十分容易发生底鼓,最终使两帮与顶板变形状况进一步加剧,松动区域扩展增大,矿压显现明显。1.2.2上覆层压力巷道埋深较大,单纯的工字钢对棚支护而言,无法承担来自上覆岩层的巨大压力。因为岩体存在流变,在其作用下,支架也会出现变形,最终致使巷道支护结构遭到破坏。1.2.3和煤一遭遇水岩层中的夹矸属于固化水平极低的泥岩,夹矸和煤一遭遇水则会迅速软化,出现膨胀。在上覆岩层的功能下,夹矸和煤被进一步挤压出来,最终导致棚式支护出现严重的破坏变形。1.2.4支护结构与围岩协同变形支架支护是呈刚性、被动的支护方法,因此主要起护表作用,无法实现支护结构和围岩的协调变形与高效整合深部围岩的承载水平。支架腿由于没有“穿鞋”,在巷道底板为三软煤层与软岩的环境中,十分容易出现钻底,使得顶板发生下沉,支架偏转失稳。2新土壤保护方法和参数的探索2.1改进支护方式巷道遭到毁坏失去稳定性,其本质因素是围岩的应力超过了围岩的强度。故而,在支护设计阶段,就必然要利用改善支护方式来保证围岩的稳定性。设计方案主要通过刚柔复合支护与对重点位置展开叠加支护。其中,刚柔复合中“柔”的部分可以全面解放应力,“刚”的部分限制了有害变形。利用对顶角与底脚打锚索的作用,提高对顶角与底角“重点部位”的支护,让其整体出现耦合,加强巷道稳定水平。2.1.1柔性支护载荷的必要性以力学视角而言,刚柔复合支护是支护体内部设置刚性层与柔性层,并且在“刚性”与“柔性”中间保留一定程度的间隙。需要指明的是,柔性支护并不可以让支架至围岩的体系处于力学平衡的状态,故而,采用柔性支护之后的围岩也一定会出现一定程度的变形,以此继续释放能量。刚性支护的功能效用重点是推动围层的全面平衡,从而确保巷道应用阶段的稳定程度。因此,刚性支护与柔性支护之间也必然要存在一部分必不可少的间隙。如此,支护载体具备最大程度的柔度与间隙,进而适应应力软岩出现的巨大变形,释放高应力。与此同时,又具备了足够大的刚度,极大地限制了围岩有害变形。2.1.2支护一体化、荷载均匀化三软煤巷耦合支护就是具体地对软岩巷道围岩由于塑性变形而产生的变形不协调位置,利用锚网—围岩与锚索—重点部位支护的耦合而使其变形协调,进一步限制围岩出现有害的变形损坏,实现支护一体化、荷载均匀化,最终达到使巷道稳定的目的。依靠加强锚索初锚力、安排底角锚索与顶角锚索,进而有效控制围岩出现变形,尤其是产生猛烈的底鼓。2.2网型锚索、锚索和网束择取的U36型钢可缩性架棚以1节棚梁与2节棚腿组合而成,其断面状态接近于直墙半圆拱形。顶部U型钢梁通过独特工艺加工,让其呈现出一定程度的微拱形态,U型钢棚间距为0.5m。支护架棚和煤体中间地带,铺有2层塑编网,长度为1200mm,宽度为800mm,其网格规格30×30mm。网和网链接的长度不低过100mm,每隔150mm利用塑编网带进行接牢,每三个孔打一个死结,死结间距100mm。如图1所示,释放煤体能量阶段,要预防漏煤,背木直径不可以小过60mm,且两端必须横穿U型钢中心。顶板背木间距中———中100mm,帮部距中———中300mm,其误差皆不能够超过30mm。背木需要垂直支架背设,并且不可以松动(卸压状态下除外);两边岩层段可不使用背木背帮,但煤层松散时一定要背到底。锚索由直径为18mm钢绞线生产而成,长度为8m,托盘规格500mm×500mm。所有锚索皆通过2卷CK2350与K2350型锚固剂锚固。3煤体破裂巷道段(1)煤巷推进过程中需要最大程度通过沿底展开施工,架腿于底板中的埋深不可以少于250mm,底板强度可以足够限制架腿的下沉与位移,最终确保支护组织的稳定性。(2)一旦煤巷无法沿底进行施工时,应当将架腿扎角进一步放大。与此同时,柱窝区域的煤柱会遭到破坏,架腿将出现侧向的位移。然而扎角放大之后便会让架腿侧向允许位移增大,因为煤体破裂阶段存在一定程度的规律,侧向允许位移的增大将显著地延长支架的服务期限。(3)巷道掘进阶段,利用光面爆破展开施工,要最大程度避免对顶、帮煤巷岩体造成巨大破坏,为锚索支护提供必要的有利基础。一定要于超前探梁临时支护的状态中展开锚索支护、塑编网铺设等相关工艺工序。(4)侧帮为半封闭支护,延缓背帮过程。可以于架棚后的一至二个月的时间内再进行背帮,甚至侧帮中下部一直不背帮,让侧帮中、下部煤体,能够具备自由垮落的空间,释放出煤体受到压力形成的变形能,再辅以钻孔卸压的方式,则能够卸去绝大多数的侧压。(5)柔性支护的主要目的是及时地封闭与隔绝碎煤,从而预防巷道周边悬露面上个别碎煤掉落。与此同时,给予围岩初期移动一定程度的限制。故而,柔性支护应当在开巷之后尽早实施。4巷道围岩变形程度分析为了更加方便地检测新支护方式的可操作性及可行性,择取地质背景相近的2013工作面运输巷展开观测与分析。在巷道内每隔10m安排1个观察处,每日观测至少一次。观测标准主要涵括:支架两棚腿间移近程度,顶梁距底板移近程度,支架梁、支架腿搭接下缩程度。根据实际观测结果不难发现,此巷道顶板与底板、两帮在巷道掘进的一至十五天内移近量快速增大,十五天后两帮与顶底板的移近量逐渐稳定,九十天内的终极移近量各自为198~250m,246~327m。图2体现了刚柔复合支护初始阶段让压的特征,即围岩初期变形程度比较明显,这表明最大程度利用了围岩的自身强度,后期巷道围岩与刚性支护接触,变形程度出现减少。可见,利用刚柔复合支护以及顶底角叠加支护控制了三软煤层巷道围岩变形,保持了巷道围岩稳定,改善了巷道维护状况。5软煤层巷道围岩特点煤矿软岩巷道工程属于整体软岩工程里的重点构成部分,在国内煤矿煤系地层中,