复合顶板巷道破坏机理及支护技术研究

赵 坡

(山西汾河焦煤股份有限公司 三交河煤矿,山西 洪洞 041600)

某矿11#煤层巷道围岩岩性特征变化比较大,巷道顶板局部有软弱泥岩,且煤岩间胶结性较差,巷道在掘进时顶板出现随掘随落现象,属于典型的复合顶板。复合顶板的管理是巷道支护的重点、难点。吕兆海[1]等提出了“柔性抗剪支护+高预应力帮部加固+弱面补强+喷浆封闭”控制方式,采用高预应力衍架结构,有效控制顶板变形;牛利荣[2]根据力学模型提出系统设计法进行支护设计;孔宪法[3]提出了“锚杆-单体锚索-桁架锚索”三阶梯次支护,形成超强承载结构,实现围岩整体稳定性和自承能力的目的。但上述理论不具备普适性。

本文以矿井11-0031巷围岩支护为研究对象,根据现场巷道破坏特征,采用围岩控制技术,优化巷道支护参数、控制顶板淋水、严抓工程质量,有效解决了该工作面支护困难的难题。

1 工作面概况

1.1 工作面顶底板岩性

11-0031巷处于井下+850 m水平,埋深287 m,最大水平主应力为8.58 MPa,最小水平主应力为4.45 MPa,垂直应力为6.66 MPa,地应力场在量值上属于低应力区。巷道沿11#煤顶板掘进,煤层厚度2.7 m。11#煤顶底板岩性综合柱状图见图1。

图1 顶底板岩性综合柱状图Fig.1 Comprehensive stratum histogram of roof and floor lithology

1.2 巷道支护形式

根据工程类比法及锚杆支护理论分析设计法[5],确定巷道断面为矩形,掘宽×掘高=4.5 m×3 m,工作面沿11#煤层顶板掘进,顶板采用锚网、钢带联合锚索支护。顶锚杆选用Φ20 mm×2.5 m的高强锚杆,“六六”布置,间排距800 mm×800 mm;顶锚索选用Φ21.6 mm×8.2 m的钢绞线,“二二”布置,间排距1 600 mm×2 000 mm,每6 m施工一组至K2灰岩1 m以上；……