主要巷道支护技术研究措施

神华宁煤集团清水营煤矿

主要巷道支护技术研究方案

神华宁煤集团

山东科技大学

二○○九年六月

1 工程的必要性1

1.1 现状分析1

1.2 国内外同类技术发展状况4

1.3 研究目的及意义5

2 研究开发内容6

3 主要经济技术指标、工程最终目标7

4 关键技术及创新点7

5 研究或研制开发的技术路线，实施的方式、方法、步骤7 5.1 课题的总体研究思路7

5.2 研究方法8

5.3 技术路线8

5.4 实施方式<具体方案）9

5.5 矿压观测18

6 技术、经济可行性及可靠性分析、论证19

7 现有基础、技术条件，保证体系20

7.1 实用矿山压力理论已经取得了系统的突破性成果20 7.2 岩石破坏与失稳理论20

7.3 深部巷道支护取得一些创新性研究成果21

7.4 实践基础22

8 经济、社会效益分析24

9 工程实施进度计划24

10 经费计划25

QSYK-1

神华宁煤集团清水营煤矿

主要巷道支护技术研究方案

1工程的必要性

1.1现状分析

1.1.1矿井地质情况

矿区钻孔揭露地层自下而上有三叠系、侏罗系、白垩系、古近系、第四系，含煤地层为侏罗系中统延安组，钻孔揭露厚度245.01~304.86m,平均276.50m，岩性由灰、灰白色长石石英砂岩、深灰色、灰黑色粉砂岩、泥岩、煤和少量含铝质泥岩组成。主要可采煤层顶板均为易冒落、不稳定—中等冒落、中等稳定岩层，底板为不稳定岩层。

矿井地层中含水层属弱～中等富水性，分别为第四系孔隙潜水含水层<Ⅰ）、白垩系砾岩裂隙孔隙层间承压含水层<Ⅱ）、侏罗系上统安定组～中统直罗组裂隙孔隙含水层<Ⅲ）、二～八煤间砂岩裂隙孔隙承压含水层<Ⅳ）、八～十八煤间砂岩裂隙孔隙承压含水层<Ⅴ）、十八煤以下至底部分界线砂岩含水层组<Ⅵ），隔水层以低阻、高密度的粉砂岩、泥岩为主，主要有四层，分别为安定～直罗组裂隙孔隙含水层顶板隔水层、二～八煤含水层顶板隔水层、八煤及其顶底板泥岩隔水层、十八煤及其顶底板泥岩隔水层。

1.1.2主要巷道设计布置层位

<1）主斜井、副斜井由六煤-五煤露头对应地面位置开口，由四上-

三煤间进入煤系地层，穿过三煤后进入二煤底板。主斜井坡度为22°～24°～25°，副斜井坡度为22°～25°，所处层位为四上-

二煤之间的砂岩层。该层位由灰、灰白、深灰色不同粒级的砂岩组成，属二煤-

八煤间砂岩含水层

MPa，属较软弱类底板；粉砂岩允许单向抗压强度RP2.72MPa，属软弱类底板。

图1-1是岩层综合柱状图。

图1-1 岩层综合柱状图

<2）回风斜井由六煤~五煤露头对应地面位置开口，坡度为22°～15°～25°。在二煤露头位置进入二煤，沿二煤底板施工。二煤厚度2.06～8.1m，平均厚4.75m；二煤顶板岩性总体由粗粒砂岩构成，次为粉砂岩、泥岩。厚度0.57～71.09m，平均11.55m，伪顶主要发育于井田南部，岩性以泥岩为主，厚度小于0.5m；底板岩性以粉砂岩为主，次为细粒砂岩及泥岩，厚度0.53～21.14m，平均5.06m，一般小于5m；顶板的侏罗系上统安定组~中统直罗组裂隙孔隙含水层

<3）主斜井皮带皮带搭接硐室位于主斜井中部<距井口742m-770m），布置在二层-

三煤间的岩层中，岩性以粉砂岩为主，次为细粒砂岩及泥岩，厚度3.07～22.47m，平均14.21 m。

<4）＋1265m水平中部车场、＋1172m水平中部车场布置在二煤~四上煤之间，巷道穿过的岩层由下而上为中－粗砂岩、三煤、细~粗砂岩、二煤、细~中、粗砂岩，部分巷道穿过二煤顶板。

<5）＋1065m水平中部车场布置在三煤~二煤顶板中，大部分巷道处于二煤顶板中，所揭露岩层同回风斜井；+1065m后石门、11采区水泵房、变电所、11采区水仓布置在二煤~五煤间不同粒径的砂岩中。

<6）110201、110203工作面回风巷、运输巷、辅运巷由二煤底板沿走向上坡进入二煤，沿二煤底板掘进。

1.1.3 课题研究的必要性

1.1.3.1主要巷道支护出现的问题

三条斜井井筒、车场巷道设计均采用锚网喷支护，回采巷道采用锚网支护,施工过程中均出现不同程度的顶板下沉、裂缝、脱层掉包及底臌等现象，局部出现冒顶。主要表现是①顶板喷层受挤压变形、掉包、下沉，锚杆支护失效，个别锚杆被拉出或拉断，初喷巷道较成巷后的巷道这一现象突出，掉包严重时出现冒顶；②两帮受顶板下沉和底臌影响，喷层开裂、向外臌出，巷道宽度不够；③巷道底板臌起，最大底臌量1400mm，造成轨道变形，巷道高度不够；④台阶向巷帮一侧严重倾斜，水沟开裂变形；⑤出现脱层、掉包时，通常伴有渗水、淋水现象；⑥巷道交岔点或跨度大处容易发生掉包、脱层现象；⑦顶板掉包与底臌同时出现；⑧部分巷道无淋水现象，岩层受风化后，顶板也很快掉包、底板臌起。

1.1.3.2 巷道变形破坏影响因素分析

围岩强度：即普氏系数f，主要指标是岩石单轴抗压及抗拉强度

巷道深度：巷道在地下埋深，即kγH，k与上覆岩层“岩梁”的支撑跨度有关；

围岩性质：围岩的矿物成份、膨胀性、蠕变和流变性质等；

松动范围：巷道开挖后，围岩体松动、碎胀后直接作用在巷道的重力；

地应力：地应力包括原岩构造应力以及相邻巷道开挖或采动压力所造成的影响；

温度、水、瓦斯：易造成围岩软化、泥化、碎裂失稳；

支护形式：巷道断面形状、支护材料、结构、参数等均影响巷道稳定性；

宁煤主要因素是顶板水、软岩，二者的耦合作用，使得巷道围岩发生大面积变形破坏。

1.1.3.3 巷道支护难度分析

在当前的应力场条件下，在局部区域，巷道掘进出现底臌、顶板下沉、淋水现象，巷道变形明显。

根据地质勘探报告提供资料显示：各煤层顶底板岩性和厚度变化较大，可采煤层顶底板岩性主要以砂岩及粉砂岩，泥岩次之，并有泥岩或炭质泥岩的伪顶、伪底，主要特征是①岩石较松散；②岩石易风化；③岩石较完整，岩体结构多为互层状；④煤层顶底板岩层均属较软弱或软弱类岩层，抗拉、抗压、抗剪切力小。从现场施工揭露情况来看，基本与地质报告提供的岩性相符，巷道开掘后，产生松动压力，围岩脱水风干或遇水后岩石产生膨胀压力，在巷道周围岩层应力重新分布的情况下，出现巷道变形特征。

显然，巷道在上述因素影响下，支护的强度、难度相当大。

1.1.3.4 课题研究的必要性

关于含水、软岩巷道变形破坏机理的研究，还没有进行全面、系统的研究，其支护的关键技术问题还没有从根本上解决，因此，清水营矿主要巷道支护需要在理论上进行探讨突破。

主要大巷围岩条件差，属于软岩，同时遇水膨胀松软，巷道层位属于极软岩层，巷道松