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深部高應力回采巷道綜合支護技術

文檔作者：郝全明朱師波馬壟翔張衡文檔來源：內蒙古科技大學礦業工程學院		點擊數：	更新時間： 2025年03月17日
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總第164期
doi：10．3969／j．issn．1005—2798．2013．04．012
深部高應力回采巷道綜合支護技術
郝全明，朱師波，馬壟翔，張衡
(內蒙古科技大學礦業工程學院，內蒙古包頭014010)
摘要：根據義煤集團千秋煤礦21采區西翼工作面下巷埋深比較大的實際情況，為控制頂板壓力，減少成
巷后巷道變形量太大引起的翻修量大及帶來的煤層自燃問題，采用強支護和強卸壓的辦法來確保安全生
產，有效地控制了巷道變形。不僅增加了效益，減少了支護費用，也為埋深增加、地質構造條件日益復雜和
沖擊地壓顯現更加強烈條件下的高應力巷道的支護方法進行了有益的探索。
關鍵詞：深部；回采巷道；高應力；綜合支護
中圖分類號：TD353 文獻標識碼：B 文章編號：1005—2798(2013)04—0031—02
千秋煤礦是河南大有能源股份有限責任公司的
骨干礦井，井田距河南省義馬市南部1—2 km，于
1955年建井，1958年投產，設計能力為60萬t／a，
2007年核定能力為210萬t／a。千秋煤礦開拓方式
為立井雙水平盤區上下山開拓，主采煤層為2—1、
2—3煤，井田走向長8．5～10．0 km，傾斜長1．4～
4．0 kln，面積17．645 5 km。。本井田以上侏羅統礫
巖為骨架，上部廣泛分布第四系亞粘土，地形較復
雜，屬低山丘陵區。21采區位于千秋井田西南部，
東南為千、躍煤礦邊界，南部以F16斷層為邊界，西
部為千、耿邊界，北部為該礦的姚四采區。21采區
上山已回采結束，目前千秋煤礦的主要采掘活動集
中在21采區下山的東西兩翼。采區對應地表為丘
陵山地，地面無大的水體和建筑物，地面標高
+502．3～+639．6 m，平均+570．95 m，煤層埋深平
均在700 m。
1 問題提出
隨著埋深增加和地質構造條件的日益復雜，再
加上沖擊地壓顯現更加強烈，深部巷道圍巖應力顯
著增大，成為巷道支護中的一個比較棘手的問題。
特別是在高應力狀況下，受到影響的巷道支護則更
是煤礦巷道支護中的一個難點。千秋煤礦西翼工作
面下巷沖擊地壓比較頻繁。對于西翼工作面，由于
開采深度的增加，煤巖動力現象、沖擊顯現趨于嚴
重，巷道維護難度很大。特別是巷道兩幫在掘后較
短時間內即發生煤幫爆裂，使支護失效，且兩幫整體
位移量極大，使錨桿隨煤體整體內移，不能發揮有效
的支護作用，造成該巷道無法采用常規的支護方法
來保證巷道的初步和長期穩定。如果不采取適當的
支護措施，巷道兩幫和頂板的變形會愈加劇烈，最終
將導致巷道失穩破壞，破壞之后的巷道支護與維護
會變得更加困難；巷道破壞后頂板和兩幫將更加破
碎，使巷道掘進、支護與維護也變得更加困難?。
為了保證西翼工作面能夠安全順利的進行生產，需
要采取新的合理的支護技術。
2 巷道支護設計
2．1 設計支護方案
因為西翼工作面沖擊地壓比較頻繁，埋深也比
較大。為了能夠更好地控制來自頂板的壓力，使巷
道成型后其變形量盡可能小，經過現場的了解并且
做進一步的分析和研究后，決定采取以主動支護為
主，被動支護為輔的方式進行支護。為防止巷道圍
巖壓力增大造成36U型鋼棚支架變形嚴重，錨網支
護與支架之間必須預留0．3—0．7 m的“讓”壓空
間。形成錨網主動支護、支架被動支護、預留空間讓
壓支護為一體的聯合支護技術方案。
2．2 巷道斷面形狀與尺寸
西翼工作面下巷斷面形狀為拱形。巷道毛斷面
中間高4 800 mm，巷道凈寬6 317 lnmo具體見
圖1。
2．3 支護參數設計
錨桿設計應遵循“錨固力高、可靠性強、預緊力
大、間排距寬”的設計原則。巷道錨網支護所用頂
板、兩幫的幫錨桿規格都為D22 mm X2 500 mm，托
盤規格為220 mm X 220 mm X 10 mm，頂板輔加W
型鋼帶，鋼帶規格4 000 mill×280 Itlm×3 mm，螺母
收稿Et期：2012．12—18
作者簡介：郝全明(1957一)，男，內蒙古包頭人，教授，碩士研究生導師，從事礦業系統工程、露天礦開采技術等方面的教
學及科研工作。
3l
2013年4月 郝全明等：深部高應力回采巷道綜合支護技術 第22卷第4期
為加力加厚螺母，網為金屬菱形網 。
圖1 巷道支護設計及斷面示意(mm)
3 施工注意事項
根據實際情況和以往支護成功的經驗，在西翼
工作面下巷采用強支護和強卸壓的辦法來確保安全
生產。首先在巷道成型后，采用錨網索噴+注漿+
36U型鋼棚，并架設防沖支架加強支護，防止底鼓和
頂板壓力過大，斷面見圖2。
絞線
200
圖2 巷道防沖支架(mm)
布置錨桿孔時，一方面要按照設計的錨桿問排
距和孔深，錨桿間排距誤差控制在50 mm以內，孔
深不得超過設計深度的50 mm；另一方面要保證錨
桿孔盡量垂直于巖層的賦存方向。頂板兩邊傾斜錨
桿、底角鎖角錨桿等要嚴格按設計角度安設。頂部
錨桿預緊力安裝后扭矩達到200 N·m以上，兩幫
錨桿設計預緊力扭矩為150 N·lIl以上。錨索的間
排距為l 500 mm×1 200 mm，在正頂部打設一個3
孔錨索托梁。為加強支護效果，該礦專門成立了壁
后注漿隊伍。注漿采用D20 mrn×3 000 mm的黑鐵
管，間排距2 000 mlTl X3000 mrn。對部分頂板松軟
地段，采用注化學材料(立固安、波雷因)或者水泥
等來增加頂板的強度，以此達到巷道成型較好的效
果。
32
由于巷道底板以含膨脹性礦物的泥巖和含較多
泥質的粉砂巖為主，層理、節理較發育，巖層結構為
薄層裂隙化組合，強度較低，抗剪切能力較弱，會出
現遇水膨脹和泥化現象，對巷道變形和嚴重底鼓起
著決定性的作用。為此，在西翼工作面巷道底鼓嚴
重地段采用底板組合錨索注漿加固，具體施工如下：
① 選好孔位固定好鉆機，按設計要求，在底板淺部完
整的前提下，用D80 mm的鉆頭直接打到設計孔深；
如發現塌孔或不成孔，就下1根D40 mm的注漿管，
進行預注漿，然后再打，直至成孑L。② 將已經解開、
順直的、裝有導向帽的錨索組推送入孔，直至孔底，
然后灌入42．5號普通硅酸鹽水泥配制的水泥漿
(漿液水灰比為0．6：1左右)4O L。③ 用水泥編織
袋堵塞錨索孔口，以防掉入雜物。④2 d后取出塞
孔水泥編織袋，下2根連接的D40 mm×3 000 mm
的長注漿管，用棉絲或水泥袋纏繞在錨索上，用鉆桿
將其推至距孔口2．0 m處，將深部注漿管引到孔外。
⑤下底梁，上大、小托盤，進行預應力張拉，要求單根
顯示壓力10 MPa。通過預埋的封孔注漿管對封孔
段進行封孔。⑥通過預埋的深部注漿管對錨索孔深
部進行注漿，注漿壓力5～7 MPa。⑦錨索二次張
拉：深部高壓注漿3 d后進行二次張拉，將3根錨索
逐根進行張拉，指示表顯示壓力達到20 MPa時停止
張拉，卸下千斤頂，換用液壓剪切斷多余的鋼絞線。
⑧底板澆混凝土：現場澆注混凝土，混凝土標號為
C25； 昆凝土厚度應高于150 mm。⑨混凝土體下部
注漿：間隔3 m布置～排，每排2個注漿孔(按錨索
中間布排) j，孑L深6 m，孔徑D80 mm，注漿壓力
6 MPa。
在加強支護的同時，西翼工作面要采取多種卸
壓措施，為有效防治沖擊地壓及巷道變形，正前施工
大直徑卸壓鉆孔，深孔超前卸壓爆破進行防治，巷道
兩幫采用深孔卸壓爆破、大直徑卸壓孔、煤層深孔高
壓注水等傳統卸壓手段，對煤體應力進行釋放和轉
移。為切斷頂底應力傳遞，創新開展了上幫斷底爆
破(孔深20 m)，下幫斷頂爆破(50 rn)的防治新技
術。根據現場應力顯現，對巷道進行二次、三次卸
壓，降低或消除沖擊地壓發生的次數和強度。
4 效果分析
為檢驗錨網索噴+注漿+36U型鋼棚，并架設
防沖支架綜合支護的效果，在施工完畢后，對巷道進
行表面位移觀測。從統計數據可得：頂板最大下沉
量為6 mm／d，最小下沉量為1．8 mm／d；底鼓量降為
3．2～7．8 mm／d。在幾次強度較大的沖擊地壓發生
后，巷道變形較小， (下轉第34頁)
2013耳4月 胡正義：同寶礦礦井充水影響因素分析 第22卷第4期
質泥巖等，同時煤層開采深度一般在100～200 m左
右。3號煤層頂板導水裂縫帶最大高度為62．1 m，
可溝通導水裂隙帶內砂巖裂隙含水層，對礦井充水
產生一定的影響；9號煤層頂板導水裂縫帶最大高
度為35．30 m，15號煤層頂板導水裂縫帶最大高度
為70．8 m，煤層開采后不僅可溝通導水裂隙帶內裂
隙含水層地下水，還可能溝通上部3號煤層采空區
積水，對礦井充水產生一定的影響。
1．4 采空區積水對礦井充水的影響
本礦為整合礦井，井田內原有生產礦井4個，3
號煤層開采由來已久，存有多處采空積水區，采空區
在井田內分布較為分散。一般新近采空區內有導水
通道，積水量較少或沒有，而在位置相對較低處或采
空較久的地方，采空區內有積水。這些積水在煤層
頂板巖石冒落導水裂隙帶或地質構造等不同溝通渠
道的作用下，可對煤層井巷產生不同程度的充水。
根據《煤礦安全手冊》第五篇礦井防治水中的
小窯老空積水計算公式計算3號煤層采空區積水
量。計算公式：
Q采=(K·M ·F)／cosa
K為采空區充水系數，介于0．25～0．50之間；
為煤層采高，采用煤層平均值，m；F為采空積水
區水平投影面積，m。； 為煤層傾角，采用平均值。
經計算，井田內積水區面積約611 700 m ，積水
總量約935 117 rn 。
1．5 地質構造對礦井充水的影響
區內構造形態主要為背、向斜構造，地層傾角變
化不大，斷層及陷落柱不發育。理論上在背、向斜軸
部及轉折端，裂隙相對較為發育，有利于地下水的富
集。井田內構造帶富水性均較弱，但對礦坑充水仍
有一定影響。
1．6 井筒水對礦井充水的影響
井筒穿過揭露范圍內所有含水層，其問必有一
定量的地下水沿井筒流下，成為礦坑涌水的一部分。
1．7 周邊礦井對礦井充水的影響
井田外北部為山西蘭花科技創業股份有限公司
唐安煤礦分公司，東部為山西高平科興平泉煤業有
限公司，西南部為山西蘭花科技創業股份有限公司
大陽煤礦分公司。3個礦井現均正常生產，礦井內
有大面積的采空區，且有一定量的積水。據《礦井
地質報告》顯示，礦井邊界處均無越界開采現象，且
距該礦生產工作面較遠，因此對本礦充水影響不大。
1．8 奧灰水對礦井水的影響
井田內奧灰巖溶水水位標高為565～580 ITI；井
田內3號煤層底板最低標高在740～860 m左右；9
號煤層底板最低標高在690～810 m左右；15號煤
層底板最低標高在650～780 m左右。煤層底板標
高均高于奧灰巖溶水水位標高，因此本井田煤層不
存在帶壓開采問題，奧灰水對本井田礦坑充水影響
不大。
2 ’結語
礦井充水問題是每一個煤礦均面臨的復雜問
題，通過實際水文地質資料及充水因素的綜合分析，
抓住關鍵的影響因素，采取合理的措施，能將礦井充
水對同寶礦開采9號、l5號煤層的影響降到最低。
[責任編輯：常麗芳]
(上接第32頁)支架完好，頂底板移近量小于
0．3 m，遠遠小于原支護時巷道頂底板移近1．3～
1．5 m的變形量，圍巖變形得到了有效控制，滿足了
礦井安全生產的需要。
5 結語
該技術成功解決了隨著埋深增加和地質構造條
件的日益復雜，沖擊地壓顯現更加強烈，深部巷道圍
巖應力顯著增大，致使巷道破壞嚴重、難以支護的難
題，完全可以滿足生產需要，減少大量巷道維修費
用。設計采用了錨網索噴+注漿+36U型鋼棚，并
架設防沖支架綜合支護，不但為千秋煤礦深部回采
巷道支護提供了有力的技術保障，促進了礦井的安
34
全生產，同時也為類似條件下巷道支護提供了良好
的借鑒，為西翼工作面實現高產高效創造了條件。
參考文獻：
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西安：西安科技大學，2007．
[2] 張寅，杜建鵬，楊建軍．三軟煤層復合頂板高應力巷
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[責任編輯：常麗芳]

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