地质软岩矿井巷道支护方法研究

2016年第6期

地质软岩矿井巷道支护方法研究

韩风军 刘 飞

（淄矿集团内蒙古黄陶勒盖煤炭有限责任公司，鄂尔多斯 乌审旗 017313）

摘 要 为了合理、有效地控制软岩巷道的围岩变化，必须要从根本上认识软岩巷道的变形与破坏机理，为合理的支护理论与技术提供科学的理论依据。榆树井煤矿根据矿区地质软岩的特点，软岩巷道全断面等强支护方法及锚网索加砌碹支护方式取得良好效果，对邻区矿井软岩巷道的支护具有重要借鉴意义。关键词 深部开采 软岩巷道 全断面等强支护

TD353 文献标识码 B doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2016.06.020中图分类号

Research on the support method of mine

roadway formed of soft rock in inner Mongolia Shanghaimiao mining area

Han Feng-jun Liu Fei

(Zibo Mining Group Inner Mongolia huangtaolegai coal limited liability company, Ordos Wushen 017313)

Abstract: In order to control the chang in soft rock roadway surrounding rocks, we should fundamentally realize the mechanism of deformation and destruction in soft rock roadway, which will provide theoretical basis for the support and technology. This study need comprehensivly use the new theory and result of mechanics, mathematics, mining science and computer science. The project of support of S-B-G and anchor-cable laying soft roadway in inner Mongolia Shanghaimiao mining area yushujing coal mine get a good result, which possesses reference meaning to the support of soft rock roadway in adjacent coal mine.Key words: deep mining soft roadway support of S-B-G

据预测，到2020年，40%的国有重点煤矿和60%的国有地方煤矿将因浅部资源枯竭而关闭[1]。煤矿开采深度和开采强度的不断增加，矿井开采条件日益复杂，受围岩岩性影响和在“三高一扰动”（高地应力、高地温、高岩溶水压和强烈的开采扰动）的作用下，原本坚硬的围岩逐渐表现出软岩的特性。煤矿井下出现了大量难以支护的巷道、硐室[2-4]。内蒙古上海庙矿区榆树井煤矿软岩巷道支护采用了全断面等强支护方法，利用锚网索加砌碹支护的方式取得良好效果，为邻区矿井软岩巷道的支护提供了重要的借鉴意义。

克前旗上海庙镇管辖。为现代化大型矿井，生产能力设计3.0Mt/a。建井期间验证了本区煤层顶底板围岩为Ⅳ类弱稳定岩层，岩石较软，遇水泥化，严重影响井巷的掘进及维护。

二、五、八、十五、十八煤层顶底板岩石物理力学性质试验成果如表1所示。根据岩石力学性质可知，二煤顶底板覆岩为软弱岩石，五、八煤顶底板覆岩为软-中硬度岩石，十五煤顶底板覆岩为中硬度岩石，十八煤顶底板覆岩为坚硬度岩石。因此，按煤炭工业部《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱与压煤开采规程》中导水裂隙带、垮落带高度计算公式，计算结果详见表2。

1 工程及地质概况

内蒙古上海庙矿区榆树井煤矿位于内蒙古自治区鄂尔多斯市鄂托克前旗西侧63km，西距宁夏回族自治区银川市42km，南与宁夏灵武矿区清水营井田相接，井田面积24.5611km2，行政区划属鄂托

2016-03-08收稿日期

作者简介 韩风军（1988-），男，山东济南人，助理工程师。2011年毕业于山东科技大学地质工程专业，现在内蒙古黄陶勒盖煤炭有限责任公司从事防治水工作。

2 上海庙矿区地质软岩的成因

2.1 上海庙矿区地质软岩的特点

通过对上海庙矿区砂质泥岩成分进行分析：石英30.6% 、高岭石13.5%、绿泥石20.7%、伊利石12.7%、伊蒙混层8.6%。膨胀性粘土矿物成分占55.5%。上海庙矿区的地质软岩应属于膨胀性软岩。

2016年第6期

45表1 岩石物理力学性质试验成？？？表

样品编号

煤层顶或底岩石名称

天然容重干容重含水率

孔隙率比重33

g/cmg/cm(%)2.472.332.422.372.692.302.362.552.612.41

2.442.302.352.352.562.242.352.492.592.40

7.301.2312.0011.003.1016.5010.405.701.609.50

2.632.622.672.642.642.682.622.642.632.65

0.520.301.481.690.040.911.651.940.181.61

抗压强度天然

Mpa4.3014.2021.2022.2037.208.2030.4010.1057.9015.40

饱和Mpa1.502.502.642.5815.301.803.251.1023.005.70

软化系数0.350.180.130.120.410.220.110.110.400.37

天然抗剪C(Mpa)0.861.281.941.561.951.071.951.062.621.70

(度)41.8139.0036.4038.2942.2134.6338.4640.0841.6633.86

抗拉强度Mpa0.241.000.490.490.860.710.890.241.710.37

ZK402LH-1二煤顶粗砂岩ZK402LD-1二煤底粉砂岩ZK400LH-1五煤顶粉砂岩ZK402LD-3五煤底粉砂岩ZK402LH-4八煤顶细砂岩ZK402LD-4八煤底细砂岩十五煤顶十五煤

ZK402LD-6

底十八煤

ZK402LH-8

顶十八煤

ZK402LD-8

底ZK402LH-6

细砂岩粉砂岩细砂岩细砂岩

表2 各煤层导水裂隙带及保护层厚度汇总表

煤 层二 煤五 煤八 煤十五煤十八煤

煤层平均厚度（m）

3.143.812.853.323.28

导水裂隙带高度（m）

25.3033.7029.3342.8559.19

垮落带（m）

7.6012.5211.0011.2716.83

保护层厚度（m）

15.7019.0514.2519.9222.96

注：煤层平均厚度根据钻孔ZK400、ZK402、ZK406、B6、B7钻孔煤层厚度统计。

2.2 上海庙矿区地质软岩的成因

影响膨胀性软岩性质的基本因素有内因和外因：内因主要包括岩石成分（矿物成分、化学成分和粒度成分）、天然含水量及湿度状况、胶结程度等3种，它们决定了膨胀性软岩膨胀能力和膨胀潜势的大小；外因主要是由于人类活动造成的水分得失和内应力的变化等，它决定了软岩能否膨胀和实际的膨胀程度[5-6]。

软岩膨胀的实质是由所含粘土矿物的亲水性造成的，粘土矿物的亲水能力随成分的不同而不同。研究表明：蒙脱石具有巨大的膨胀能力；其次是伊利石；而高岭石的膨胀能力最弱，几乎不具膨胀性。另外，软岩的膨胀还与粘土矿物的含量有直接而密切的关系。已有研究成果表明：当蒙脱石含量达7%以上或伊利石含量达20%以上时，软岩即具有明显的胀缩特性，且含量愈高，线胀缩总率愈大。天然状态泥质膨胀性软岩的含水情况是决定其膨胀潜势的重要因素之一。对膨胀性软岩而言，其天然含水量愈大，膨胀势愈小；而天然含水量愈小，则膨胀势愈大。

3 地质软岩巷道的支护方法

3.1 巷道掘出后及时支护，减少围岩暴露时间

采取初喷的措施，及时封闭围岩，减少围岩风化。初喷厚度为50mm，喷射混凝土强度C20，水泥使用PO42.5R，砂为纯净的河砂，并用水冲洗干净，石子的粒径为5~10mm，混凝土配比为水泥:砂:石子=1:2:2；速凝剂掺入量为水泥重量的2~5%，喷拱取上限，速凝剂必须在喷浆机上料口均匀加入。喷淋时，要先预制导水管将水导入水沟。

喷浆前，应首先检查喷射地点的安全情况和巷道规格，用长柄工具先找掉待喷段浮石、活石，并按设计要求将有欠挖的部分处理掉，将待喷段的锚杆重新紧固一遍，然后用高压水冲刷岩帮，对软岩和易风化岩石（易膨胀岩石例外）要冲刷一段喷一段。所有设备必须先进行检查，无问题时再进行动力和压风试验，保证运转（指空运转）正常。

3.2 巷道采用锚网索+砌碹支护

巷道可先施工锚网索支护，随后施工砌碹支护，砌碹拖后距离不得过长，一般不超过90m，防止巷

（下转第48页）

48全系数。

另外，支架改造后，取消了回采前在支架前方人工打超前铺网这道工艺，节省了人力，减小了成本，提高了工作效率。22203综采工作面效益分析：

（1）人工成本:每推进0.6m,上下端头各需安排2人,花费4h进行人工打设超前铺网作业,每个端头支护工20元/h,这样推算每推进100m，节省人工费53333元。

（2）支护成本：每推进0.6m，需要使用10根1m长100mm以上的圆木、配合5m2钢网，按目前市场支护材料价格，每平方钢网7元，每根圆木5元，推算，每推进100m，节省支护成本费14167元。

（3）工作效率：此工艺的投用，每班可节省2h用于割煤、放煤、推拉支架、回柱放顶工作，转化成小时出煤量，每天可多回采500t煤，一个月可多回采15000t煤。

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图6 改造后尾梁后支架两种理想的支护形式示意图

【参考文献】

［1］ 王志甫,毋虎城.矿山机械［M］.徐州: 中国矿业

大学出版社，2009.

［2］ 王国法.放顶煤液压支架与综采放顶煤技术［M］.

北京: 煤炭工业出版社，2010.

［3］ 戴绍诚.高产高效综合机械化采煤技术与装备 [M].

北京:煤炭工业出版社,1998.

［4］ 郑兰芳.薄煤层、大采高及放顶煤液压支架技术

综述［J］.煤矿机械，2011， 32(1):5-8.

［5］ 《煤矿总工程师指南》编委会.煤矿总工程师工作

指南 [M].北京:煤炭工业出版社,2003

［6］ 综采生产管理手册编委会.综采生产管理手册 [M].

北京:煤炭工业出版社,1986

4 结语

安全、高产、高效是煤矿企业追求的奋斗目标，先进的回采工艺，综采综掘设备的投用是实现该目标的有效途径。经过改造的支架后尾梁装置操作方便，施工简单，支护状态多样，安全系数高，简化了回采的部分工艺，有效解决了后部刮板输送机检修空间小、安全系数低的问题，为矿井的安全生产提供了保障，是一项值得推广和使用的工艺。（上接第45页）

道压力较大，破坏锚网索支护。砌碹采用单层钢筋+C30混凝土支护。钢筋采用Φ20mm螺纹钢，间排距为250×250mm，搭接量不小于700mm，采用错茬搭接，16#镀锌铁丝绑扎；钢筋距围岩保护层厚度为300mm，钢筋外保护层厚度为50mm，误差±10mm。浇筑C30混凝土厚度为350mm。

岩石的风化程度，最大限度地保存软岩最初具备的承载力是地质软岩治理的行之有效的方法。

【参考文献】

［1］ 张泓, 夏宇靖, 张群, 等. 深层煤矿床开采地质条

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［2］ 谢和平, 彭苏萍, 何满潮. 深部煤炭开采诱发的工

程灾害及今后研究方向[J]. 中国煤炭学会: 57-62

［3］ 何满潮, 景海河, 孙晓明. 软岩工程力学. 北京:

科学出版社[M], 2002

［4］ 何满潮, 景海河, 孙晓明. 软岩工程地质力学研究

进展[J]. 工程地质学报, 2000,08(01):46-62

［5］ 王小平. 软岩巷道流变分析及应用[D]. 山东科技

大学硕士毕业论文, 2004

［6］ 孟庆彬, 孔令辉, 魏烈昌, 等. 煤矿软岩巷道工程

支护的研究现状与展望[J]. 煤, 2011,20（1）：1-6

3.3 全断面等强支护

针对地质软岩巷道失稳后表现出顶板下沉、两帮鼓出、底鼓等特点，要对巷道全断面采取等强支护，因为顶板、两帮、底板，无论哪一部位变形后都会导致整个断面破坏。

4 结语

地质软岩存在广泛，对工程建设的破坏巨大，人们对地质软岩的研究还不是很深刻，我们要针对地质软岩的特点，减少地质软岩的暴露时间，减轻