掘进面过风氧化带顶板支护技术研究

【摘 要】明确提出了煤矿井下风氧化带的定义，详细描述了煤矿井下掘进过程中遇风氧化带的围岩特性，通过各种支护方式的对比，结合实例说明U型棚支护在过风氧化带时的实际应用，证明正确应用U型棚支护可以保证井下过风氧化带顶板安全。

【关键词】掘进面；过风氧化带；顶板支护；技术研究

引言

煤矿井下风氧化带的支护体系是保证煤矿开采的安全措施，其技术安全、方案的合理性以及经济性也是煤矿企业所注重的，文章就以风氧化带工字钢棚支护、锚杆、金属网、喷浆、锚索联合支护以及U型棚、注浆技术展开分析探讨，并对其的支护技术工艺进行阐述，得出各种煤矿井下风氧化带的支护体系合理性、经济性，拟在遇风氧化带支护技术进行推广和应用。

1.风氧化带的定义

含煤岩系形成过程中,在地壳运动的影响下发生形变并受到各种地表营力的冲刷剥蚀。出露于地表或埋藏在地表浅处的煤层,在大气和水的作用下遭受不同程度的风化及氧化过程,其物理、化学和工艺性能发生一系列变化。

2.风氧化带围岩特性

井下风氧化带受地质构造影响较严重，节理裂隙极发育，裂隙中多充泥，岩体呈角砾、泥沙、岩屑状散体结构。结构面呈零乱状不稳定组合，或松散土层、砂层、滑坡堆积层及一些碎、卵石土等，挤压强烈的大断层带，裂隙杂乱，呈土夹石或石夹土状，地下水活动强烈，有较大涌水量，常引起塌方。

3.风氧化带支护技术研究

3.1工字钢棚支护

架棚支护在早期时，被广泛地应用于各个煤矿的巷道支护。棚子的变形要进行直观地观察，因此也就便于及时采取力所能及的防范措施。但是同样的，也存在大量缺点，其中一个至关重要的缺点就是，棚梁所能够承受的压力比较大(一般0.5m的厚度的伪顶就会使得棚梁发生变形)。这就造成了工字钢棚在伪顶和地压的双重作用下，会出现变形量较大的现象。因此，相对来说，支护效果也就大大降低。不可避免地需进行后期的复棚支护。而且，一旦棚架出现变形，将不能重复利用。会使得工程量变大，资源严重浪费。因此，进行架设以及回撤的施工难度也相当大。当出现风氧化带时，通常会出现棚梁严重的弯曲或者压翻，这就必须要加打中柱或增加棚子进行补架支护。

3.2锚杆、金属网、喷浆、锚索联合支护

锚杆、金属网、喷浆、锚索支护巷道具有以下优点:质量高，破坏复修率底，施工成本低;同时这方法叫以大幅度地加快掘进速度，从而提高巷道的安全性。巷道锚杆支护形成的承载圈在松动圈和煤线以内，通过加密锚索将锚杆形成的承载圈与上层松软岩体两次挤压形成新的更厚的承载圈，从而提高了围岩的自身承载能力，将原来单采用的锚索悬吊作用，更改为挤压加固及组合梁作用。这支护方式与原先的常规的支护方式相比，其重量轻，体积小，能够降低施工中的辅助运输量，从而减轻员工的劳动强度。但是，当遇到风氧化带时，锚杆、锚索支护的弊端就暴漏出来，风氧化带围岩松软，常伴有淋头水现象，围岩多以黄泥现象出现，锚杆、锚索锚固力根本达不到设计要求，施工的锚杆、锚索均为失效锚杆（索），不能有效支护顶板。另外，采用喷浆支护，较好地解决了部分复合顶板的支护问题，但这种方法支护强度不高很多，每米巷道都需要施工双重支护，造成支护占用的时间过长，延缓了整个掘进的进度。同时，这种方法消耗的资源多，材料费用也相对较高。

3.3U型棚注浆支护

U型棚具有一定的可缩性，既能在一定程度上抑制巷道围岩变形，又能适应围岩变形，达到让压的目的，尤其适用于围岩变软，破碎的巷道，但遇到风氧化带时，常会伴随淋头水，围岩压力较大，基本顶下沉要完全依靠刚性状态的U型棚支架来平衡还不够安全可靠，若不采取措施，只能是U型棚支架的损坏，或者倾倒、歪斜，而影响支护效果，为此，我们常采用迎头注浆及固定棚腿等措施来增加U型棚支护的可靠性。超前注浆是提前向巷道迎头前方一定长度的节理、裂隙发育的煤体内注浆，以改变煤体的松散结构，封闭煤体内的裂隙，提高煤体的粘结力、内磨擦角和强度，注浆范围仍以两帮上部及顶煤为主，注浆孔沿孔深方向应接近巷道周边。超前注浆的主要技术参数包括钻孔布置、钻孔深度、封孔长度、注浆压力、注浆量、注浆时间等，关键是注浆孔的密封。注浆压力既要保证材料有一定的渗透压力，又不至引起煤体的二次压裂，工程实践证明用高分子化学材料对破裂岩体进行加固是很有效的，在围岩压力大、地质条件复杂多变、缺乏足够的实践经验时，为了安全起见，可以采用混合支护方式（U型棚注浆支护），保证围岩的稳定和巷道的安全使用。

4.U型棚及注浆在过风氧化带中的实际应用

4.1U型棚支护的应用

晋北公司山浪煤矿5-1072工作面开口9m处遇风氧化带，施工至50m处顶板出现淋水，矿井随即采用4800U型钢棚配合板梁进行支护，棚距缩短为0.5m，棚梁长4973mm，棚腿长4222mm；断面：毛尺寸，宽5228mm，高4214mm，断面积19.092m2；净尺寸，宽4800mm，高4000mm，断面积16.723m2。

棚梁与棚腿搭接长度为460mm，柱窝深度为200mm，棚与棚间布置两组（4根）拉杆，一组布置于巷道中心两侧各1.5m的位置，另一组布置于棚梁与棚腿搭接处，在距底板1.5m位置，两侧棚腿各施工一组（2根）锚杆（大花金属锚杆Ф14.6×1600mm），配合卡缆进行支护。采用板梁配合构木、木楔接顶背帮，顶部布置8块板梁，两帮各布置5块，板梁以巷道中心线为中心，间距600mm，均匀布置。在底板变软的情况时，棚腿下方必须穿铁鞋（400×400×10mm）。

4.2注浆加固围岩

山浪矿在工作面迎头距棚梁下方300mm处布置3个注浆孔，其中在正中钻一孔，在距正中孔1.5m处各钻一孔，封孔深度为8m，角度为40°，注浆距离保证垂直距离至少5m；每帮各布置2个注浆孔，孔间距为1m,其中最上边一孔距顶板最近一孔距离为1.5m,封孔深度为3m，角度为45°，注浆完成后掘进4.0米左右后进行下一循环注浆，依次进行循环。