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軟巖中掘進支護的應用
摘要：通過對聯(lián)合支護治理軟巖巷道進行了闡述，敘述了聯(lián)合支護法適用條件、支護方式、方法。并對實驗結果進行了分析得出，軟巖巷道完全可以采用聯(lián)合支護法進行支護。關鍵詞：軟巖巷道 支護 應用
0 引言
雙陽礦井田面積30.15km2，可采儲量1.3億噸，礦井設計能力150萬噸，服務70年。
礦井采用斜井多水平開拓，二水平于2002年7月1日開工，2007年11月1日移交投產，礦井移交時，有一個采區(qū)一個綜采工作面，2009年生產原煤67萬噸。
雙陽礦井田煤質牌號為長焰煤，發(fā)火期為3~6個月，最短82天，地表標高+108m，煤層賦存深度為+30~-600m，煤層厚度0.8~3.2m，煤層頂板為油母頁巖，破碎易落，自身無承載能力，厚度為20~50m；煤層底板為泥巖、粉砂巖，膠結程度較差，遇水膨脹泥化，厚度10~50m。
1 巷道失修情況
二水平移交時巷道總長度為15763m，主要運輸、回風巷道大部分為錨噴支護和少量的料石碹支護，回采巷道為每米兩架25#U型鋼拱架支護，移交時統(tǒng)計礦井一般失修率45％，嚴重失修率為27％。巷道的大量失修給礦井生產帶來了諸多問題。
1.1 主要運輸、回風巷道失修降低了掘進單進，嚴重影響了礦井的正常接續(xù)工作。礦井設計時將主要運輸、回風巷道布置在距煤底板30m深的砂巖中，錨桿噴混凝土支護7471m，料石碹支護2077m。從移交到2009年上半年料石碹支護基本全部失修，進行翻修。錨噴巷道大部分已多次拉底，斷面縮小，噴層脫落，失修嚴重。不能滿足礦井運輸、通風需要，迫使掘進隊停止掘進，進行巷道翻修工作。2007年初到2008年上半年共翻修巷道4937m，耗資960多萬元，2008年掘進平均單進不到30m/月。礦井總計移交三個生產工作面，實際移交兩個，2008年實際工作面生產數為1.5個/a，2009年預計工作面生產數1.8個/a。
1.2 回采巷道的失修使煤壁頻繁發(fā)火，降低單產。礦井移交時回采巷道總長度為3581m，采用25#U型鋼拱架支護，掘進時支架間距為每米兩架，凈斷面10m2。到礦井移交時巷道凈斷面一般為6m2，最小4m2，大部分支架變形折斷，失修率高達90％以上，使工作面安裝后不能正常生產。2008年11月投產到2009年3月初，僅生產原煤3.05萬噸，工作面平均月產3816噸。影響開采的因素有以下幾個方面。
第一，巷道修復影響開采。由于回采兩巷道失修嚴重，個別地段巷道斷面比設計施工斷面縮小60％，不能滿足工作面運輸、通風及行人等要求。礦組織一個綜采隊、兩個掘進隊和三個維修隊共計620多人分別對移交的兩個工作面4條順槽進行翻修。大量的翻修工作不但從環(huán)節(jié)上影響了綜采生產，而且在安全上存在著重大的隱患。煤層頂板的油母頁巖極不穩(wěn)定，十分破碎，每次翻棚都出現(xiàn)冒頂，一般頂板冒落高度2~4m，最大高度15m。這樣，要消耗大量的材料來維護巷道頂板，對綜采生產影響很大。
第二，超前替換支架影響開采。綜采工作面回采時，在距工作面20m以內，兩巷要用木支架替換金屬支架。由于巷道失修或經過多次翻修，致使巷道頂板大面積活動，再加之回采超前壓力作用，在超前替換支架范圍內壓力增大，造成頂板嚴重冒落，有時最大冒頂高度達20m。每次冒頂都造成綜采運輸終斷，通風和行人受阻，嚴重的影響正常開采。
2 聯(lián)合支護
2.1 巷道破壞特征 根據雙陽礦回采巷道易發(fā)火，掘進后難以維護的實際情況，進行重點攻關。
在施工三采區(qū)12層運輸順槽時我們進行了現(xiàn)場觀測工作。該工作面采29#U型鋼可縮性支架，掘進凈斷面10m2，支架間距每米兩架。巷道開掘24h后觀察，支架幫頂受力，48h后每晝夜底鼓50~70mm，兩幫以每晝夜30~50mm速度收斂，拱架開始變形，斷面縮小，煤壁溫度增高。支架破壞的特點是支架先由超挖小的地方受力，然后超挖大的地方開始變形。25天后，巷道底鼓、變形緩慢，但是，如遇拉底和外來水的影響，巷道底鼓速度加大，支架變形嚴重，以至折斷。隨著巷道拉底次數和厚度增加，巷道底鼓及支架變形破壞程度隨之加大。
2.2 圍巖(煤壁)特點 雙陽井田含煤地層(煤層頂底板)巖石膠結程度較差，圍巖(煤壁)遇水、受振動迅速膨脹變形，流動性大，所以該礦屬軟巖礦井。從巷道支架變形可以看出，巷道開掘后原始應力受到破壞，圍巖(煤壁)遇風、受振動產生膨脹力，即巷道壓力。巷道壓力受支護阻后向巷道底板無支護處傳導流動，造成底鼓。由此看出軟巖有很強的流動性。當巷道底鼓變形到一定程度時，圍巖產生新的應力平衡，巷道呈暫時穩(wěn)定狀態(tài)。但隨著巷道遇風、遇水、溫度變化和拉底等，圍巖(煤壁)繼續(xù)向深部風化膨脹，流變活動加快，這時對巷道支護會施加更大的壓力，致使支護破壞。 2.3 聯(lián)合支護 針對圍巖的特點，我們進行了多方面的研究和論證，最后確定用噴射混凝土的方法來封閉圍巖(煤壁)，以阻止其風化膨脹，提高支護強度。在施工三采區(qū)12層回風順槽時，我們選擇了斷面相同的兩種支護形式進行試驗。
第一種：U型鋼可縮性支架加金屬網、噴混凝土支護，支架間距為每米兩架。掘進作業(yè)方式為兩掘一噴，混凝土噴射厚度80~120mm。
第二種：竹錨桿掛金屬網噴混凝土支護。掘進作業(yè)方式為兩掘一噴。竹錨桿長度為1600mm，用水泥藥卷錨固，錨桿的間排距為600mm，混凝土噴射厚度為100~120mm。
這兩種支護施工后我們及時設點，對巷道位移進行觀測。通過分析得出了巷道變化破壞，認為巷道的破壞、底鼓、兩幫收斂三者之間是成正比關系的。從而對選擇適合本礦巖石特點的支護形式提供了依據。竹錨桿噴混凝土支護巷道4個月以后重新翻修。對竹錨桿支護的失敗我們了以下幾點原因：①圍巖松動圈(2m)已超過錨桿長度(1.6m)②錨桿的本身強度不夠，受剪切力作用折斷；③端頭錨固力沒有達到設計(5噸)要求；④施工中沒有及時噴混凝土，底板沒有處理(無支護)。
支護試驗和礦壓觀測證明，U型鋼加網噴混凝土支護是比較可靠的。觀測120天，底鼓累計300mm左右，兩幫收斂累計不超過200mm。巷道變形不大，完全可以滿足工作面回采需要，該工作面掘進時已全部采用這種支護形式。
噴射混凝土封閉圍巖的方法在最易發(fā)火、巷道嚴重失 修的三采區(qū)8層二片工作面兩巷得到應用。該工作面走向長1269m，原兩巷采用U型鋼支護，多次進行翻修。經過全封閉后，實現(xiàn)了壁后注漿，效果很好，工作面月產能由封閉前的幾千噸提高到5萬噸以上，可見軟巖礦井易發(fā)火、風化、膨脹的煤體采用噴混凝土封閉的方法是可行的。
通過實踐我們不斷總結經驗，更加完善軟巖巷道支護方法�，F(xiàn)在我們在施工回采巷道和受動壓影響的準備巷道時，全部采用U型鋼和網噴混凝土聯(lián)合支護。在服務時間較長的永久巷道維修和施工中，我們不但采用U型鋼加網噴混凝土支護，而且還采用了大量錨網噴混凝土支護。鑒于軟巖巷道遇風、遇水就膨脹泥化、底鼓嚴重的特點，在施工和維修永久巷道時全部采用混凝土鋪底方法封閉底板，其厚度一般為150~350mm，這樣有效地控制了巷道底鼓，防止了巷道變形破壞。
支護改革和巷道維修實踐說明，對于雙陽煤礦，只有采取各種形式的聯(lián)合支護，才能克服巷道壓力。
3 聯(lián)合支護的效益
由于我們成功的應用了聯(lián)合支護，給礦井帶來了巨大的經濟效益和社會效益。
3.1 減少了巷道維修量。礦井移交時巷道總長度為15763m，到目前為止，已投入2000多萬元的費用進行巷道維修，重復投入資金數量較大。采用聯(lián)合支護后，大大的減少了巷道維修量，雖然一次性投資較大，但總的成本是下降的。我礦采用聯(lián)合支護后，僅巷道維修一項每年就可節(jié)省資金1000多萬元，同時還減少了大量的巷道維修人員。
3.2 采用聯(lián)合支護后能有效地控制煤巷發(fā)火，減輕了煤層發(fā)火對礦井生產的危害程度，也為發(fā)火煤層的治理開辟了一條可行的途徑。
3.3 聯(lián)合支護在回采巷道中的成功應用給工作面回采、運輸、通風等帶來了極大的方便，可大幅度提高綜采工作面單產。
工作面回采時，當回采超前壓力作用于聯(lián)合支護時，混凝土噴層與U型鋼脫離，支架受力后可縮，不受破壞。在兩巷超前支護替換支架時，U型鋼支架回收方便；金屬網與噴層形成堅硬的人工假頂，可有效地阻止頂板油母頁巖冒落，給綜采工作面前后端頭管理創(chuàng)造了有利的條件，工作面單產由原來的幾千噸提高到5萬噸，最高月產達到7萬噸以上。
3.4 聯(lián)合支護的成功應用大大提高了掘進單進，緩解了礦井接續(xù)緊張程度。
由于聯(lián)合支護能有效地阻止軟巖壓力，實現(xiàn)了一次成巷，減少了大量的重復勞動，掘進單進由原來的30m提高到150m以上，保證了采掘接續(xù)。
3.5 聯(lián)合支護給礦井標準化管理和安全生產創(chuàng)造了很大的方便條件。
總之，聯(lián)合支護在我礦成功的應用給我礦帶來了巨大的經濟效益和社會效益。但是聯(lián)合支護也有很多不足之處，主要是原材料不斷的漲價和巷道一次成本越來越高。其次是施工工序復雜，工人勞動強度大，難以實現(xiàn)快速掘進。
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