高应力软岩煤层巷道支护优化技术的应用研究

高应力软岩煤层巷道支护优化技术的应用研究摘要：大雁第三煤矿是典型的软岩矿井，近几年随着开采深度加大，地应力增大，软岩支护的技术难题日益显现，本研究通过对北二采区I013304回风平巷围岩性质进行物理力学实验分析、现场松动圈监测实验，提出注浆锚索+锚索加固帮角+喷浆联合支护的优化方案大雁第三煤矿主要煤系地层是白垩系下统扎赉诺尔群伊敏组和大磨拐河组田煤层顶底板岩性松软破碎开属低强度、弱胶结、强膨胀、大变形岩体砂质泥岩层间弱层抗剪强度低且遇水易泥化对巷道稳定性不利是我国典型的软岩矿区#生产过程中开巷道变形破坏严重表现形式为顶板下沉、底板鼓起及两帮收敛变形异常明显尤以底鼓最严重#目前开传统的锚杆锚索支护对巷道变形控制效果较差开致使巷道翻修率已达到矿井总在籍巷道的50%以上¹用本文以内蒙古大雁矿业集团第三煤矿为工程背景开展围岩物理力学特性实验、巷道围岩变形监测开结合数值模拟方法提出巷道支护优化方案用大雁第三煤矿北二采区I013304工作面东邻17勘探线及F4断层西邻+350m石门及三条下山南邻I013302采空区走向长度1436m倾斜长度200m标高+658.3～+267m埋藏深度350～397m工作面布置于33煤层整体位于向斜构造用工作面煤岩层走向50～79°开倾向320~349°工作面穿过F4、F5大断层及多个小断层围岩地质条件复杂用煤层节理发育含1～2层夹矸平均倾角13°平均煤厚6.48m#煤层顶底板岩性见表1用厚度(m)固结性较差遇水膨胀变软固结性较好遇水膨胀变软固结性较差遇水膨胀变软固结性较差遇水膨胀变软北二采区I013304回风平巷断面为矩形：净宽×净高=3.9m2.8m+掘进宽4.2m掘进高2.95m采用锚、网、索及钢带联合支护巷道支护断面图如图1所示用中心图1I013304回风平巷原支护断面图锚杆采用1卷MSCK2850树脂药卷端头锚固开金属托800mm×1600mm矩形布置钢带规格为1780mm×网采用压接方式，压接宽度不小于60mm,顶网长×宽=破坏。根据围岩变形观测记录可知，顶板下沉量6～400mm,底鼓量15～1170mm,顶底板平均相对移近量1240～1500mm,巷道两帮相对移近量接近800mm。在现场勘查时发现，巷道下部有明显涌水，巷道底板有显著的遇水软化特征，且巷道原支护体上形成较多网兜，巷道的两帮和顶板处出现较多的锚杆整体外移。这表明巷道锚杆支护已经失效，支护体已经被拉断I²1。2.3巷道围岩破坏机理底板的泥岩变质程度低，具有各向异性的体积膨胀。通过煤岩微观特征及矿物成分测试可知，顶底板软岩伊利石和高岭石等吸水矿物，吸水导致煤体和岩体膨北二采区I013304回风平巷附近有正断层2条，使巷道围岩的原岩应力分布改变，导致岩体应力平衡被打破，致使煤岩层破碎、节理裂隙发育。同时，断层破碎带内物质之间的黏结力、摩擦力很小，自承能力很2.3.3巷道松动圈范围较大为了掌握巷道帮部围岩松动和破坏范围，在I013304回风平巷布置3个监测站，9个测点矿用钻孔探测仪，对回采巷道的围岩松动圈进行现场实测。松动圈观测数据如表2所示。可以得出：受北二采区松动圈厚度沿两帮从帮底向上逐渐增大，在巷道顶部达到最大，且巷道两帮围岩呈不对称破坏。根据上述测试数据分析，并对照巷道松动圈围岩稳定性分类表，可以确定北二采区I013304回风平巷巷道围岩松动圈属于大松动圈，围岩类别属于VI类(极不稳定围岩)。实测松动圈实测松动圈非煤帮非煤帮非煤帮2.3.4巷道原支护方式的影响用普通锚、网、索及钢带联合支护。这种支护方式在不稳定围岩以上及别的巷道围岩支护中能够取得较好的支护效果，但在大松动圈极不稳定围岩中表现出较强的支护方式在高地应力作用下，非常容易出现支护失效。同时，巷道原支护中未对巷道底板支护，导致底板成为3巷道支护优化方案3.1优化方案的支护参数帮锚杆自顶板向下间距为200mm-80mm-80mm-③顶板两帮锚索支护。顶板采用φ17.8mm×6000mm普通锚索进行支护，排距800mm;打2根普通锚索，右帮打设2根普通锚索，排距800mm,锚索规格为φ17.8mm×6000mm。锚索使用2卷MSCK2850树脂药卷锚固。锚索使用钢铁方托盘，采用10#金属网。同时，在巷道顶板补打4根17.8mm×④底板及两帮注浆锚索支护。底板及两帮每排打设4根注浆锚索，排距1600m,注浆锚索规格为φ22mm力为4MPa,注浆配合比为水：水泥=1:2.3#⑤对巷道顶板及两帮喷浆，厚度50mm#支护方式布置如图2所示用网巷道中心线3.2.1观测范围在I013304回风平巷进行优化方案施工观测用示范区为距离停采线50～900m,采取注浆锚索+锚索加固帮角+喷浆联合支护方式，工程量850m非示范区距停采线900m起至开切眼为了比较实验区与非实验区巷道变形情况，在实验区与非实验区边界周围各选3个观测站进行数据比较用每观测站间隔100m,每个观测站设有顶板离层观测点和两组表面位移观测点通过对以上观测点进行30d观测，I013304回风平巷底鼓最大，两帮及顶板变形量较小用非实验区最大底鼓量为459mm,实验区最大底鼓量为246mm,底鼓量降低46.4%,如图3所示非实验区内深孔顶板离层量最小2mm最大22mm,实验区内深孔顶板离层量最小1mm最大8mm,顶板离层量降低63.6%,如图4所示用由此证明，注浆锚索+锚索加固帮角+喷浆联合支护方式能够及时控制高应力软岩巷道变形，发挥了