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深部高应力回采巷道综合支护技术

文档作者：郝全明朱师波马垄翔张衡文档来源：内蒙古科技大学矿业工程学院		点击数：	更新时间： 2025年03月17日
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总第164期
doi：10．3969／j．issn．1005—2798．2013．04．012
深部高应力回采巷道综合支护技术
郝全明，朱师波，马垄翔，张衡
(内蒙古科技大学矿业工程学院，内蒙古包头014010)
摘要：根据义煤集团千秋煤矿21采区西翼工作面下巷埋深比较大的实际情况，为控制顶板压力，减少成
巷后巷道变形量太大引起的翻修量大及带来的煤层自燃问题，采用强支护和强卸压的办法来确保安全生
产，有效地控制了巷道变形。不仅增加了效益，减少了支护费用，也为埋深增加、地质构造条件日益复杂和
冲击地压显现更加强烈条件下的高应力巷道的支护方法进行了有益的探索。
关键词：深部；回采巷道；高应力；综合支护
中图分类号：TD353 文献标识码：B 文章编号：1005—2798(2013)04—0031—02
千秋煤矿是河南大有能源股份有限责任公司的
骨干矿井，井田距河南省义马市南部1—2 km，于
1955年建井，1958年投产，设计能力为60万t／a，
2007年核定能力为210万t／a。千秋煤矿开拓方式
为立井双水平盘区上下山开拓，主采煤层为2—1、
2—3煤，井田走向长8．5～10．0 km，倾斜长1．4～
4．0 kln，面积17．645 5 km。。本井田以上侏罗统砾
岩为骨架，上部广泛分布第四系亚粘土，地形较复
杂，属低山丘陵区。21采区位于千秋井田西南部，
东南为千、跃煤矿边界，南部以F16断层为边界，西
部为千、耿边界，北部为该矿的姚四采区。21采区
上山已回采结束，目前千秋煤矿的主要采掘活动集
中在21采区下山的东西两翼。采区对应地表为丘
陵山地，地面无大的水体和建筑物，地面标高
+502．3～+639．6 m，平均+570．95 m，煤层埋深平
均在700 m。
1 问题提出
随着埋深增加和地质构造条件的日益复杂，再
加上冲击地压显现更加强烈，深部巷道围岩应力显
著增大，成为巷道支护中的一个比较棘手的问题。
特别是在高应力状况下，受到影响的巷道支护则更
是煤矿巷道支护中的一个难点。千秋煤矿西翼工作
面下巷冲击地压比较频繁。对于西翼工作面，由于
开采深度的增加，煤岩动力现象、冲击显现趋于严
重，巷道维护难度很大。特别是巷道两帮在掘后较
短时间内即发生煤帮爆裂，使支护失效，且两帮整体
位移量极大，使锚杆随煤体整体内移，不能发挥有效
的支护作用，造成该巷道无法采用常规的支护方法
来保证巷道的初步和长期稳定。如果不采取适当的
支护措施，巷道两帮和顶板的变形会愈加剧烈，最终
将导致巷道失稳破坏，破坏之后的巷道支护与维护
会变得更加困难；巷道破坏后顶板和两帮将更加破
碎，使巷道掘进、支护与维护也变得更加困难⋯。
为了保证西翼工作面能够安全顺利的进行生产，需
要采取新的合理的支护技术。
2 巷道支护设计
2．1 设计支护方案
因为西翼工作面冲击地压比较频繁，埋深也比
较大。为了能够更好地控制来自顶板的压力，使巷
道成型后其变形量尽可能小，经过现场的了解并且
做进一步的分析和研究后，决定采取以主动支护为
主，被动支护为辅的方式进行支护。为防止巷道围
岩压力增大造成36U型钢棚支架变形严重，锚网支
护与支架之间必须预留0．3—0．7 m的“让”压空
间。形成锚网主动支护、支架被动支护、预留空间让
压支护为一体的联合支护技术方案。
2．2 巷道断面形状与尺寸
西翼工作面下巷断面形状为拱形。巷道毛断面
中间高4 800 mm，巷道净宽6 317 lnmo具体见
图1。
2．3 支护参数设计
锚杆设计应遵循“锚固力高、可靠性强、预紧力
大、间排距宽”的设计原则。巷道锚网支护所用顶
板、两帮的帮锚杆规格都为D22 mm X2 500 mm，托
盘规格为220 mm X 220 mm X 10 mm，顶板辅加W
型钢带，钢带规格4 000 mill×280 Itlm×3 mm，螺母
收稿Et期：2012．12—18
作者简介：郝全明(1957一)，男，内蒙古包头人，教授，硕士研究生导师，从事矿业系统工程、露天矿开采技术等方面的教
学及科研工作。
3l
2013年4月 郝全明等：深部高应力回采巷道综合支护技术 第22卷第4期
为加力加厚螺母，网为金属菱形网 。
图1 巷道支护设计及断面示意(mm)
3 施工注意事项
根据实际情况和以往支护成功的经验，在西翼
工作面下巷采用强支护和强卸压的办法来确保安全
生产。首先在巷道成型后，采用锚网索喷+注浆+
36U型钢棚，并架设防冲支架加强支护，防止底鼓和
顶板压力过大，断面见图2。
绞线
200
图2 巷道防冲支架(mm)
布置锚杆孔时，一方面要按照设计的锚杆问排
距和孔深，锚杆间排距误差控制在50 mm以内，孔
深不得超过设计深度的50 mm；另一方面要保证锚
杆孔尽量垂直于岩层的赋存方向。顶板两边倾斜锚
杆、底角锁角锚杆等要严格按设计角度安设。顶部
锚杆预紧力安装后扭矩达到200 N·m以上，两帮
锚杆设计预紧力扭矩为150 N·lIl以上。锚索的间
排距为l 500 mm×1 200 mm，在正顶部打设一个3
孔锚索托梁。为加强支护效果，该矿专门成立了壁
后注浆队伍。注浆采用D20 mrn×3 000 mm的黑铁
管，间排距2 000 mlTl X3000 mrn。对部分顶板松软
地段，采用注化学材料(立固安、波雷因)或者水泥
等来增加顶板的强度，以此达到巷道成型较好的效
果。
32
由于巷道底板以含膨胀性矿物的泥岩和含较多
泥质的粉砂岩为主，层理、节理较发育，岩层结构为
薄层裂隙化组合，强度较低，抗剪切能力较弱，会出
现遇水膨胀和泥化现象，对巷道变形和严重底鼓起
着决定性的作用。为此，在西翼工作面巷道底鼓严
重地段采用底板组合锚索注浆加固，具体施工如下：
① 选好孔位固定好钻机，按设计要求，在底板浅部完
整的前提下，用D80 mm的钻头直接打到设计孔深；
如发现塌孔或不成孔，就下1根D40 mm的注浆管，
进行预注浆，然后再打，直至成孑L。② 将已经解开、
顺直的、装有导向帽的锚索组推送入孔，直至孔底，
然后灌入42．5号普通硅酸盐水泥配制的水泥浆
(浆液水灰比为0．6：1左右)4O L。③ 用水泥编织
袋堵塞锚索孔口，以防掉入杂物。④2 d后取出塞
孔水泥编织袋，下2根连接的D40 mm×3 000 mm
的长注浆管，用棉丝或水泥袋缠绕在锚索上，用钻杆
将其推至距孔口2．0 m处，将深部注浆管引到孔外。
⑤下底梁，上大、小托盘，进行预应力张拉，要求单根
显示压力10 MPa。通过预埋的封孔注浆管对封孔
段进行封孔。⑥通过预埋的深部注浆管对锚索孔深
部进行注浆，注浆压力5～7 MPa。⑦锚索二次张
拉：深部高压注浆3 d后进行二次张拉，将3根锚索
逐根进行张拉，指示表显示压力达到20 MPa时停止
张拉，卸下千斤顶，换用液压剪切断多余的钢绞线。
⑧底板浇混凝土：现场浇注混凝土，混凝土标号为
C25； 昆凝土厚度应高于150 mm。⑨混凝土体下部
注浆：间隔3 m布置～排，每排2个注浆孔(按锚索
中间布排) j，孑L深6 m，孔径D80 mm，注浆压力
6 MPa。
在加强支护的同时，西翼工作面要采取多种卸
压措施，为有效防治冲击地压及巷道变形，正前施工
大直径卸压钻孔，深孔超前卸压爆破进行防治，巷道
两帮采用深孔卸压爆破、大直径卸压孔、煤层深孔高
压注水等传统卸压手段，对煤体应力进行释放和转
移。为切断顶底应力传递，创新开展了上帮断底爆
破(孔深20 m)，下帮断顶爆破(50 rn)的防治新技
术。根据现场应力显现，对巷道进行二次、三次卸
压，降低或消除冲击地压发生的次数和强度。
4 效果分析
为检验锚网索喷+注浆+36U型钢棚，并架设
防冲支架综合支护的效果，在施工完毕后，对巷道进
行表面位移观测。从统计数据可得：顶板最大下沉
量为6 mm／d，最小下沉量为1．8 mm／d；底鼓量降为
3．2～7．8 mm／d。在几次强度较大的冲击地压发生
后，巷道变形较小， (下转第34页)
2013耳4月 胡正义：同宝矿矿井充水影响因素分析 第22卷第4期
质泥岩等，同时煤层开采深度一般在100～200 m左
右。3号煤层顶板导水裂缝带最大高度为62．1 m，
可沟通导水裂隙带内砂岩裂隙含水层，对矿井充水
产生一定的影响；9号煤层顶板导水裂缝带最大高
度为35．30 m，15号煤层顶板导水裂缝带最大高度
为70．8 m，煤层开采后不仅可沟通导水裂隙带内裂
隙含水层地下水，还可能沟通上部3号煤层采空区
积水，对矿井充水产生一定的影响。
1．4 采空区积水对矿井充水的影响
本矿为整合矿井，井田内原有生产矿井4个，3
号煤层开采由来已久，存有多处采空积水区，采空区
在井田内分布较为分散。一般新近采空区内有导水
通道，积水量较少或没有，而在位置相对较低处或采
空较久的地方，采空区内有积水。这些积水在煤层
顶板岩石冒落导水裂隙带或地质构造等不同沟通渠
道的作用下，可对煤层井巷产生不同程度的充水。
根据《煤矿安全手册》第五篇矿井防治水中的
小窑老空积水计算公式计算3号煤层采空区积水
量。计算公式：
Q采=(K·M ·F)／cosa
K为采空区充水系数，介于0．25～0．50之间；
为煤层采高，采用煤层平均值，m；F为采空积水
区水平投影面积，m。； 为煤层倾角，采用平均值。
经计算，井田内积水区面积约611 700 m ，积水
总量约935 117 rn 。
1．5 地质构造对矿井充水的影响
区内构造形态主要为背、向斜构造，地层倾角变
化不大，断层及陷落柱不发育。理论上在背、向斜轴
部及转折端，裂隙相对较为发育，有利于地下水的富
集。井田内构造带富水性均较弱，但对矿坑充水仍
有一定影响。
1．6 井筒水对矿井充水的影响
井筒穿过揭露范围内所有含水层，其问必有一
定量的地下水沿井筒流下，成为矿坑涌水的一部分。
1．7 周边矿井对矿井充水的影响
井田外北部为山西兰花科技创业股份有限公司
唐安煤矿分公司，东部为山西高平科兴平泉煤业有
限公司，西南部为山西兰花科技创业股份有限公司
大阳煤矿分公司。3个矿井现均正常生产，矿井内
有大面积的采空区，且有一定量的积水。据《矿井
地质报告》显示，矿井边界处均无越界开采现象，且
距该矿生产工作面较远，因此对本矿充水影响不大。
1．8 奥灰水对矿井水的影响
井田内奥灰岩溶水水位标高为565～580 ITI；井
田内3号煤层底板最低标高在740～860 m左右；9
号煤层底板最低标高在690～810 m左右；15号煤
层底板最低标高在650～780 m左右。煤层底板标
高均高于奥灰岩溶水水位标高，因此本井田煤层不
存在带压开采问题，奥灰水对本井田矿坑充水影响
不大。
2 ’结语
矿井充水问题是每一个煤矿均面临的复杂问
题，通过实际水文地质资料及充水因素的综合分析，
抓住关键的影响因素，采取合理的措施，能将矿井充
水对同宝矿开采9号、l5号煤层的影响降到最低。
[责任编辑：常丽芳]
(上接第32页)支架完好，顶底板移近量小于
0．3 m，远远小于原支护时巷道顶底板移近1．3～
1．5 m的变形量，围岩变形得到了有效控制，满足了
矿井安全生产的需要。
5 结语
该技术成功解决了随着埋深增加和地质构造条
件的日益复杂，冲击地压显现更加强烈，深部巷道围
岩应力显著增大，致使巷道破坏严重、难以支护的难
题，完全可以满足生产需要，减少大量巷道维修费
用。设计采用了锚网索喷+注浆+36U型钢棚，并
架设防冲支架综合支护，不但为千秋煤矿深部回采
巷道支护提供了有力的技术保障，促进了矿井的安
34
全生产，同时也为类似条件下巷道支护提供了良好
的借鉴，为西翼工作面实现高产高效创造了条件。
参考文献：
[1] 鲁建国．恩洪煤矿高应力软岩巷道锚注支护研究[D]．
西安：西安科技大学，2007．
[2] 张寅，杜建鹏，杨建军．三软煤层复合顶板高应力巷
道综合支护技术[J]．煤炭工程，2008(8)：28—30．
[3] 崔文泰，杨飞霞．煤矿深部高地应力巷道软岩底板大变
形的控制[J]．煤，2012，4(152)：5—7．
[责任编辑：常丽芳]

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