深井软岩装载硐室及马头门支护研究

刘德利，李文洲

（1.煤炭工业济南设计研究院有限公司，山东济南 250031;2.煤炭科学研究总院开采设计研究分院，北京 100013; 3.天地科技股份有限公司开采设计事业部，北京 100013）

深井软岩装载硐室及马头门支护研究

刘德利1，李文洲2，3

（1.煤炭工业济南设计研究院有限公司，山东济南 250031;2.煤炭科学研究总院开采设计研究分院，北京 100013; 3.天地科技股份有限公司开采设计事业部，北京 100013）

针对内蒙古黑成子煤矿井底装载硐室及马头门围岩的高软岩特性，对围岩进行了强度测试及岩性分析，并针对该特性，为了充分发挥围岩自身承载能力，采用以内层锚网喷为主体支护，配合外层钢筋混凝土砌碹支护为辅的双层复合支护方式。施工过程中对巷道高度和宽度进行了监测，巷道变形量较小，满足生产要求。

深井软岩;岩性测试;复合支护;壁后注浆

Research on Load Cavern and Horsehead Support ing in Deep Soft Rock

巷道支护技术是煤炭开采工程中的一项关键技术。然而煤矿巷道的围岩条件是千变万化的，随着开采深度加大，地质条件会更加复杂和恶劣。巷道围岩的性质是影响巷道支护质量和效果的一个主要因素，采用何种支护方式才能确保巷道的安全使用以及后期工作面的安全回采，是困扰广大工程技术人员的一大技术难题。本文以内蒙古黑成子矿井为例，就该特殊地质条件下的支护进行探讨。

1 井田地质条件

黑城子煤田其南北长约13km，东西宽约8km，面积约为100km2，地形标高一般为1330～1345m。井田构造形态基本表现为一向西倾斜的单斜构造形态，局部发育有次一级褶曲，地层倾角一般在7～25°，局部达到28°，深部地层倾角较大，浅部地层倾角相对变小，地层产状走向为北东，倾向为北西。该矿采用立井开拓，主、副、风井落地标高均为850m水平，落地位置位于矿井煤系地层相对稳定的厚层泥岩中。落地点井底连接部附近，岩性以砂质泥岩、泥岩、细砾岩、中砾岩、细粒砂岩等为主。

2 岩性分析

2.1 岩性取样实验

为掌握井底连接部装载硐室及马头门区域围岩岩性，在风井马头门施工过程中，根据现场揭露岩石的情况，首先对岩石的强度进行了强度测试，并现场取样进行了岩性分析。实验主要包括沉积岩黏土矿物相对含量检测及沉积岩黏土矿物总量和常见非黏土矿物定量检测。

岩样黏土矿物总量和常见非黏土矿物定量实验中，实验岩样2块，经实验确定岩样中非黏土矿物种类主要包括石英、钾长石菱铁矿，其余为黏土矿物。实验试块中石英的平均含量为42%，钾长石的平均含量为 10.8%，菱铁矿的平均含量为9.35%，黏土矿物的平均含量为37.85%。岩样黏土矿物相对含量实验中，实验岩样2块，实验试块中蒙托石的平均含量55.5%，伊利石的平均含量为4.5%，高岭土的平均含量为40%。

通过前期的地质调查及相关实验，可以得知黑城子煤矿煤系地层成岩条件差，岩性以砂质泥岩、泥岩、细砾岩、中砾岩、细粒砂岩等为主。岩石的抗压强度最大为26.2MPa，最小为6.5MPa。岩石强度普遍较低，揭露后极易风化，实验显示泥岩中含有极易吸水膨胀的蒙脱石等成分。马头门蒙脱石含量20%左右。黑城子煤矿开采条件属于典型的软岩矿井开采。

3 锚杆支护初始设计

3.1 支护形式

针对黑城子煤矿煤系地层特点，为确保大巷支护的可靠性，充分发挥围岩自身承载能力，同时加强对围岩表层支护，结合软弱困难岩层支护技术研究成果，确定大巷支护采用以内层锚网喷为主体支护，配合外层钢筋混凝土砌碹支护为辅的双层复合支护方式。一次支护顶板及两帮采用锚杆、锚索、钢筋网及喷射混凝土联合支护;底板先形成反拱，采用锚杆或锚索、钢筋网联合支护;二次支护采用钢筋混凝土浇筑砌旋支护。其中一次支护为主体支护，为充分发挥二次支护作用，拱肩、拱顶重点部位进行壁后注浆充填。

3.2 支护材料

锚杆采用22号左旋无纵筋高强度螺纹钢筋锚杆，锚杆配件:高强度拱形托盘150mm×150mm× 12mm（含调心球垫），破断载荷不低于300kN，高强度螺母，强度不低于300kN。尼龙垫片 （1010），预应力垫圈不小于50kN。树脂规格为 K2335，Z2360，M2350。φ14mm钢筋焊接锚杆钢筋托梁。

锚索采用1×19股高强度低松弛预应力钢绞线，直径φ22mm，大巷中锚索长度7400mm，硐室及联络巷中锚索长度为6400mm，其中400mm为外露张拉段。

混凝土内置单层钢筋，规格φ20mm螺纹钢。

3.3 支护参数

3.2.1 顶板及两帮支护参数

锚杆长度2400mm，树脂全长锚固，采用3支低黏度锚固剂，规格分别为 K2335，Z2360，M2350。采用 φ6.5mm 的钢筋网，网片规格3200mm×1600mm，四边封闭，网孔 100mm× 100mm。锚杆间距800mm，排距800mm;帮顶锚杆全部垂直岩面打设。锚杆预紧力50～70kN。

锚索全长锚固。里段采用树脂端部锚固，3支低黏度锚固剂，一支规格为K2335，另两支规格为Z2360;外段注聚酯化学浆。锚索间距3600mm，排距1600mm，锚索采用五花布置，布置在2排锚杆中间。锚索张拉预紧力不小200kN。

3.2.2 底板内层支护参数

锚杆长度1800mm，树脂全长锚固，采用3支低黏度锚固剂，规格分别为 K2335，Z2360，M2350。锚杆间距900mm，排距1000mm;硐室中底板不打设锚杆。帮顶锚杆全部垂直岩面打设。锚杆预紧力50～70kN。

3.2.3 外层钢筋混凝土参数

混凝土层厚度600mm，强度等级C45。内置单层钢筋，钢筋排列间距250mm。巷道支护如图1所示，壁后注浆孔布置如图2所示。

3.4 支护效果及评价

施工过程中对支护效果进行监测，以便及时对支护方案进行改进，为马头门相关巷道的支护提供参考，在已施工阶段巷道安装表面位移测站。巷道断面变形情况如图3所示。

图1 巷道支护

图2 壁后注浆孔布置

图3 巷道断面变形

从巷道断面变形曲线可以看出:巷道掘进后，采用两次支护，壁后注浆后保证了围岩的完整性，充分发挥了围岩的承载能力，支护完成后，巷道变形逐渐减小，巷道断面逐渐稳定。

4 结论

（1）通过马头门施工段的岩性分析可以得知，岩石强度普遍较低，实验显示泥岩中含有极易吸水膨胀的蒙脱石等成分。马头门蒙脱石含量20%左右，属于典型的软岩矿井开采。

（2）支护采用以内层锚网喷为主体支护，配合外层钢筋混凝土砌碹支护为辅的双层复合支护方式。一次支护为主体支护，注浆后保证了围岩的完整性，充分发挥了围岩的承载能力。

（3）通过对该段软岩巷道进行复合支护，使该巷道变形逐渐减小并趋于稳定，保证了生产的顺利进行，并为类似条件的巷道施工提供参考。

［1］钱鸣高，石平五.矿山压力与岩层控制［M］.北京:中国矿业大学出版社，2003.

［2］康红普，王金华，林 健.煤矿巷道锚杆支护应用实例分析［J］.岩石力学与工程学报，2010，29（4）:649－664.

［3］张延伟，章 磊，张延航.柳海矿软岩巷道围岩控制技术［J］.煤炭科学技术，2009，37（5）:5－8.

［4］蔡美峰，何满潮.岩石力学与工程［M］.北京:科学出版社，2008.

［5］张林红.破碎巷道顶板注浆加固技术研究与应用［J］.科技情报开发与经济，2003（6）.

TD354

B

1006-6225（2011）06-0054-02

2011－08－11

国家863计划项目 （2008AA062102）;天地科技工艺技术创新项目:弱胶结软岩巷道钻孔孔底快速扩孔锚固技术研究 （KJ－JJ－2011－KCSJ－05）

刘德利 （1982－），男，山东聊城人，硕士，工程师，从事煤炭开采、设计、安全管理工作。

［责任编辑:姜鹏飞］