浅谈厚煤层大断面煤巷安全支护技术

[摘 要]本文具体以河南某煤矿厚煤层大断面煤巷道为探讨对象，使用数值分析的方法，模拟巷道顶板下沉量同预紧力相互之间的联系，详细的说明了确保巷道稳妥性的基本原理。使用一些实践分析方法，譬如工程对比等，制定了高预紧力和支护技术的指标参数内容。

[关键词]厚煤层；大断面；安全支护

中图分类号：F530.69 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2014）36-0025-01

引言

按照相关的调查研究表明，我国厚煤层储量非常丰裕，一般来说，采取井工开采的方式开采的厚煤层煤炭产量，几乎占到了总产量的一半以上。所以，厚煤层的开采，对于确保对煤炭供应具有至关重要的意义。随着科学技术的不断发展，大采高综采也开始显示出较好的经济回报，具有资源回收率高，风险性小等等特点，已经成为了我国厚煤层的主要开采方法之一。本文从河南某煤矿厚煤层大断面煤巷道的具体情况来入手，分析其安全支护技术。

1.地质工程状况

这个巷道煤层埋深240-250m，平均9.08m，煤层系数1.6-2.6，直接顶为砂质泥岩，平均1.5m，直接底为砂质泥岩，平均1.5m，老顶为中粗砂岩，厚度为6-8m。

2.围岩控制机制

厚煤层大断面煤巷道进行开挖后，因为受到地应力的影响，围岩出现了卸荷破坏，围岩从浅到深部逐渐向采掘空间内挤入，进而形状出现变化。所以必须进行安全支护技术，才有可能在一定程度上防止围岩的形状破坏以及稳定性。

2.1 数值模型

本文使用数值模型对巷道顶板变形和预紧力的相互联系等进行充分的分析，其模型的基本尺寸为长x宽x高=50mx 50 mx 25 m，单元70 000个，节点724274个，平均密度2760kg/m3，垂直应力为6.47 MPa，应力梯度0.028 MPa，测压系数为1.4。

2.2 高功能支护建构

一般情况下，厚煤层大断面煤巷的支护，都是使用高强度螺纹钢锚杆结合小孔径锚索共同使用，应用非常广泛。高强度锚杆杆体屈服强度为342.7-387.5MPa，破断强度为523.4-602.8MPa；锚杆尾部螺纹部分使用滚丝进行加工处理，所以螺纹部分直径比杆体要小，锚尾的强度同杆体强度互相比较，都非常类似。具体的指标参数见表1。

从上面的表格中可以看出，锚杆不仅具有非常高的强度，而且使用了树脂药卷，增加了锚的长度，同时还拥有了一定的延伸量，符合了高应力软煤巷道锚杆支护，以及锚杆高功能的需求。在锚杆杆体和锚尾都满足高强度时，必须要特别的注重锚杆杆体，锚尾以及其他配置的应用，这对于保障锚杆锚固力的长期作用非常重要。一般来说，大断面煤层巷道围岩破裂区，以及塑性区范围非常广，同时围岩的稳固性无法得到高效的控制，所以，必须使用锚索来强化支护的作用。另外，因为锚索支护阻力非常大，能够相应的提升对浅部围岩的挤压加固效果，同时因为锚索长度较大，能够降低锚固区岩的形状变化，构成较大范围的锚固结构[1]。

2.3 高预紧力支护

根据有关的研究表明，锚杆预紧力对于控制围岩变形具有非常关键的意义，提升锚杆预紧力能够降低巷道围岩变形，同时也能够提升围岩自稳能力，预紧力和顶板下沉相互关系，从中可以清楚的看到，迅速的安装锚杆，同时对锚杆进行一定程度的预紧力，这对于顶板下沉具有非常良好的抑制效果。所以，在各种环境条件不受限的情况下，如果预紧力较大，这对于围岩的变形具有一定程度的控制效果。然而从另外一个方面来说，要想实现较大的预紧力，困难性非常大[2]。

2.4 锚固结构挤压效果

通常来说，煤层巷道断面过大后，围岩塑性区范畴也会增大，而且其将会超过锚杆的长度，另外破裂煤岩体在非常低的支护阻力范畴内，按照支护阻力的递增作用的变化出现明显的加大，目前高强高预紧力支护技术几乎可以达到这种需求。

按照模拟效果，能够清楚的了解详细的工程效果图，在大断面巷道围岩浅部出现了不同厚度的锚固建构，其不但肩负了围岩变形的压力，避免围岩出现崩塌，降低顶板下沉；另外不同厚度的锚固建构，还能够影响深部煤体，阻止深部煤体的挤入，控制深部煤体的破坏程度，最终保障了巷道的整体稳定程度。锚固结构中的不同锚杆构成的应力压缩带互相累积，能够让围岩浅部围岩，出现应力状态的变化，另外维持一定状态的变形范围的肩负能力。

3.围岩控制技术

按照河南工程具体的地质条件，使用工程对比，以及理论分析的手段，进而制定了顶板和两帮锚杆支护指标参数如下：首先，巷道顶部锚杆使用20x2500mm，左旋无纵筋螺纹钢等强锚杆，每排6根，每根锚杆采取CK2340等树脂锚固剂将锚固加长，顶部锚杆间排距为950mmx1000mm，锚固力不能小于100kN/根；然后巷道顶部锚索根据2-1-2-1的方式进行排列，在设计双排时，按照巷道中心线两侧1.3m处进行设置。如果锚索为单排，设置在巷道中心线上，锚索采取15.25x12300mm的小孔径预应力锚索，排距为3000mm，每根锚索采用3卷Z2360树脂锚固剂对锚固进行加长，锚索尽量固定在顶部坚硬岩石中不能少于1m，如果煤层变厚，必须迅速的加长锚索[3]。

4.工程效果分析

为了检验支护参考参数，同该地区地质条件下的适应程度，60d矿区压力的观测结果图，具体为：巷道掘进影响期在8d左右，掘进影响期内顶底移近速度，同两帮移近速度非常接近，最大变形速度依次为5.5mm/d以及5mm/d；8d后最大变形速度都减少到1mm/d；两帮相对移近量为75mm，顶底相对移近量为70mm；巷道没有出现底鼓，基本上达到生产的要求。

5.结语

综上所述，经过对具体的河南某煤矿厚煤层大断面煤巷道进行分析，能够充分的了解到，在进行安全支护技术过程中，如果预紧力超过某值后，就能够明显的减少围岩变形，让围岩的应力状态出现变化，防止围岩力学特点出现严重的问题，进而提升其自身的稳固性；锚固结构还能够提升围岩承载力，提升围岩稳定性，让围岩能够拥有适应变形的能力，在一定的变形范围内，还可以维持承载能力高预紧力迅速支护技术，能够适合这个地区类型地质条件。

参考文献

[1] 许志东，许磊，杨俊章.厚煤层大断面煤巷支护技术研究[J].能源技术与管理，2013，2（28）：111-112.

[2] 严红.特厚煤层巷道顶板变形机理记控制技术[D].中国矿业大学，2013，4（5）：13-22.

[3] 回春伟.厚煤层大断面煤巷安全支护技术研究[D].辽宁工程技术大学，2011，12（1）：14-23.