赵固二矿高应力破碎围岩大断面岩巷二次支护支架结构研究

摘 要：赵固二矿地质构造复杂、围岩松软破碎、底板高水压，属于高应力大断面破碎围岩巷道。初期施工，岩巷采用高强锚杆、锚索+喷射混凝土一次支护，普通工钢棚+喷射混凝土二次支护，煤巷采用锚网索支护，巷道四周来压，变形破坏严重，严重影响了矿井建设。本文讨论研究的高应力破碎围岩大断面岩巷二次支护支架技术对巷道支护成型起到了非常关键作用。

关键词：高应力 破碎围岩 大断面 岩巷 支护技术

赵固二矿是河南煤化焦煤集团新建矿井，设计能力180万t/a，巷道埋深700～850m，地质构造复杂、围岩松软破碎、底板高水压，属于高应力大断面破碎围岩巷道。初期施工，岩巷采用高强锚杆、锚索+喷射混凝土一次支护，普通工钢棚+喷射混凝土二次支护，煤巷采用锚网索支护，巷道四周来压，变形破坏严重，严重影响了矿井建设。因此，找到一种适合赵固二矿特殊地质条件下高复合应力破碎围岩大断面软岩巷道的支护方式尤为重要。

1.巷道围岩应力分析

井田大部分区段二1煤顶板砂岩类岩石力学强度中等，泥岩、粉砂岩类中等偏低，属管理程度中等偏低的顶板，底板易遇水软化而鼓涨。在断层发育处、基岩保留厚度小于30m的部位，岩石原生结构遭到破坏，裂隙较发育，力学强度降低，容易造成冒顶及片帮。

围岩地应力的大小计算：

赵固二矿主要巷道平均埋深700m，上覆岩层的平均容重按 计算，则围岩垂直应力为：

从巷道的严重变形可以看出，赵固二矿大多数巷道存在较大的构造应力，其值可能是垂直应力的数倍。

2. 高应力破碎围岩大断面岩巷二次支护支架结构研究

针对赵固二矿高应力破碎围岩的特殊条件确定岩石巷道二次支护采用封闭式型钢支架，以提供较大的支护阻力保证巷道的稳定。

2.1 支架优缺点对比

U型钢可缩性支架和U型钢壁后充填支护成本高，劳动强度大，也难以保证软岩巷道支护稳定。梯形刚性支架不可缩，承载能力较小。适用于小断面巷道。圆形可缩性支架，在均压时抗底鼓和两帮移近的能力大，在载荷分布不均匀时，抗底鼓和两帮移近的能力比较小。支护成本高，劳动强度大，抗扭能力比较差。

2.2 高阻力支架设计

（1）断面形状合理、断面有效利用率高

巷道掘进成型后，支架要求与巷道接触好，不能空帮空顶，是支架的断面充分利用。

（2）良好的力学性能

结构的结构结构设计时，充分考虑附加阻力的影响。利用技术手段大大提高支架的阻力并能得到充分的利用。

（3）性价比高、安装方便

增加成本较小的情况下，是支架的阻力成倍增长，充分考虑井下的复杂的作业环境，设计的支架要求安装时比较方便。

2.2 支架设计参数

（1）顶梁

顶梁采用DFB4000/300的两根∏型梁对焊。

（2）柱体

高预应力支柱选择DW35型恒阻式单体液压支柱，支柱给予顶板的初撑力为150KN。

（3）铁鞋

单体液压支柱铁鞋选择直径500mm圆形铁盘制作。

（4）底梁

支架底梁选用两根4000mm长12#工字钢，并列放置，用∪型卡固定。

3. 现场应用效果

采用了《高应力大断面破碎围岩巷道复合支护术研究与应用》项目研究提出的支护技术：复杂高应力工程软岩车场、大巷及大断面硐室，采用两次强力组合支护技术；超长工作面顺槽及煤层大巷，采用两次主动支护技术。施工巷道累计17000m、大断面硐室工程711m/14308m3。使深井、复杂地质条件下、大断面破碎围岩煤巷掘进速度由原来的每月350m提高到每月500m以上，最高月进608m，成功施工巷道9000余米；岩巷掘进速度由原来的每月60m提高到每月130m以上，最高月进160m，成功施工巷道8000余米。新的支护形式有效控制了巷道变形，保证了巷道的稳定，大大提高了巷道的施工速度。巷道支护效果见下图：

以上说明，赵固二矿高应力大断面工作面煤巷一次支护采用锚网（索）+W型钢带+钢筋梯+槽钢梁联合支护，二次支护适时采用 柱形预应力金属支架主动支护支护，支护效果明显，有效控制了巷道围岩变形，保证了巷道的安全掘进和使用。

参考文献：

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[2]陈炎光，陆士良.中国煤矿巷道围岩控制[M].北京：中国矿业大学出版社，1996

[3]侯朝炯，勾攀峰.巷道锚杆支护围岩强度强化机理研究[J].岩石力学与工程学报，2000