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三软煤层巷道的支护技术分析黑龙江省哈尔滨市依兰县达连河镇154854摘要：在煤矿企业开采作业过程中，很难避免会遇到三软煤层，其作为一种较为典型的困难煤矿巷道，会对开采安全带来较大的影响。
三软煤层岩层较弱，构造过于复杂，裂隙发育过程中会影响煤矿的安全。
因此为了防止煤炭开采过程中出现塌陷事故，需要积极采取有效的支护措施，确保煤矿的高效开采和生产作业安全。
文中分从三软煤层巷道围岩特征入手，分析了三软煤层巷道支护原理，并进一步对三软煤层巷道支护技术进行了具体的阐述。
关键词：三软煤层；巷道；特征；支护原理；支护技术三软煤层巷道过于复杂和困难，在当前煤矿企业不断扩大开采强度和规模的情况下，迫切需要解决三软煤层巷道劫掠问题，保证开采的安全、顺利进行。
因此在实际遇到三软煤层时，需要基于巷道的实际情况来采取合理的巷道支护技术，以此来保证巷道的稳固性，预防开采过程中发生安全事故，全面提升煤矿企业开采效率和作业安全。
1三软煤层巷道围岩特征1.1顶板对于三软煤层顶板岩层，其构成中主要以黏土岩、泥岩及碳质泥岩为主。
三软煤层顶板岩层稳定性差，抗压强度低，而且不适宜暴露在外。
三软煤层顶板岩层其是借力裂隙生长，在具体挖掘作业时，会产生相应的压力拱线，易引发安全事故。
1.2煤柱体煤柱体强度和硬度都较高，其对于往上覆的拱压力具有较好的承载能力，而且三软煤层巷道不会出现片帮现象，产生的变形量较小。
但当煤柱体强度和硬度不足时，则会导致巷道两帮分离和相互移近，并导致煤柱体内部失衡，使其出现处于塑性区的情况。
目前我国三软煤层巷道两帮煤柱的形式主要包括三种，即煤柱体一边实体煤，另一边为采空；煤柱体两则都为实体煤；煤柱体近距离煤层群上方是采空。
1.3底板底板岩层具有较好的亲水性，在作业用水或是岩层水作用下，普遍存在膨胀变形的情况，当底板出现底鼓时，三软煤层巷道底板承受的变形压力较小，巷道支护难度增加。
对于三软煤层巷道底板存在非新水性岩层时，底板弹性释放或是两帮煤柱体不断移近时，底板岩石会出现底鼓情况，无力承载底板的压力。
三软煤层综采工作面沿空留巷技术MZ102工作面根据巷道布置及后期回采，为了减少MZ102上巷巷道掘进率，降低掘进成本，进而提高采掘比，有效缓解矿井采掘接替紧张的局面，实现煤炭资源回收最大化，结合我矿现有采掘布局及巷道顶板特性，决定上巷采用掘进与沿空留巷施工工艺同步进行。
一、施工条件MZ102上巷采用12#4米工字钢配合2.6米柱腿支护，巷高2.2m，，断面11.8m²，目前上巷长度4米，上巷顶帮支护良好，顶板未出现明显下沉，两帮未出现明显位移，总体巷道状况良好，符合沿空留巷作业条件。
MZ102上巷留巷沿上巷走向从原MZ101工作面中巷向里3米开始至停采线，预计工程量150m。
二、沿空留巷方法采煤工作面顶板支护通常由工作面支护区、端头支护区、超前支护区三部分组成。
根据巷道所受采动影响程度和巷道所处状态，在工作面前、后方新增加三个区域，即超前切顶区、滞后临时支护区、成巷稳定区。
成巷稳定区位于滞后临时支护区之后，随着工作面继续推进，当留巷距离工作面较远时，工作面周期来压对巷道产生较小的影响，且采空区内顶板岩层运动基本趋于稳定，此时回撤滞后临时区液压抬棚和单体柱抬棚，进行下一段临时支护。
超前切顶区位于超前支护区之前，该区域内巷道尚未受到超前支承压力的影响，在巷道支护的作用下围岩基本处于稳定状态。
在超前切顶区内，主要进行顶板补强支护，考虑超前支承压力和工作面生产的影响，超前顶板补强支护应超前工作面一定距离完成，以免超前支承压力影响顶板锚杆锚索施工。
一方面防止超前支承压力影响超前顶板补强支护施工，另一方面防止超前顶板补强支护施工距离工作面太近，影响工作面正常生产。
滞后临时支护区位于成巷稳定区之前、端头支护区之后，该区域内留巷受工作面周期来压影响，顶板动压显现剧烈容易引起顶板下沉，采空区顶板矸石垮落易窜入巷道，因此采取巷帮挡矸防护措施，防止矸石窜入巷道、减小顶板下沉，巷帮挡矸防护、滞后临时支护措施应紧跟工作面端头支架施工，设计为10m。
“三软”条件下的综掘巷道支护刘长竹万富明赵世进【龙口矿业（集团）公司梁家煤矿，山东龙口，265700】摘要分析“三软”条件下影响综掘单进的主要因素，介绍综掘机临时支架、液压转换器、水压式注浆的配套设备，提出在“三软”条件下综掘巷道的二次支护设计方案。
关键词“三软”地层综掘巷道支护方案龙口矿区成煤地层是老第三系褐煤与油母页岩混生，可采煤层为煤2和煤4。
煤2的顶、底板主要为泥岩和粘土岩，单向抗压强度尚不足10MPa。
煤4可采厚度6～8m，巷道布置在煤层中，煤的坚固性系数f值只有1.05，是比较典型的“三软”地层。
随着采场的不断延伸和综掘迎头的快速掘进，软岩支护面临着更大的困难,综掘机的功效很难得到充分发挥,巷道返修率居高不下。
1 软岩巷道的矿压显现特点龙口矿区软岩地层巷道的矿压显现呈现下列特点：①围岩压力显现快，且围岩自稳期短；②巷道掘出后，顶板、底板和工作面迎头等都有明显的变形，断面收缩显著；③围岩塑性变形大，活动性强，变形时间长；④围岩遇水膨胀，底臌严重。
2 “三软”条件下使用综掘机面临的困难在“三软”地层中使用综掘机掘进巷道面临着很大困难。
综掘机的功效不到充分发挥，支护困难，巷道返修率居高不下。
综掘机循环进尺少，巷道成形难以控制。
巷道变形没有得到及时控制，被迫使用U型棚支护，不仅大大增加了巷道的支护费用，而且严重限制了综掘机的掘进速度。
巷道发生不可控制的大变形后导致综掘迎头后方的运输困难，掘进机不能及时撤出，巷道需要经过多次返修才能投入使用，返修率持高不下，采掘严重失调。
之所以造成上述困难，有临时支护、施工工艺和支护强度这三方面原因。
综掘机施工迎头缺少有效的支护。
虽然坚持使用前探梁，但是目前使用的前探梁对顶板无支撑能力，使用后并无多大的安全保障。
软岩层自稳期短，尤其在遇到地质条件复杂时，综掘机循环进尺减少到一排网以下。
支护工艺复杂，支护速度慢，难以与综掘机的快速掘进相匹配；作用地点相对比较集中，很难实行平行作业。
综采大断面开切眼支护技术探讨【摘要】工作面的大断面切眼不同于一般的薄及中厚煤层巷道，其断面大，围岩变形严重，支护较为困难。
本文探讨了开切眼巷道围岩破坏机理，分析了大断面开切眼支护技术的选择方向，在此基础上提出大断面巷道围岩控制技术，对一线工程技术人员具有一定的指导意义。
【关键词】煤矿开采；大断面开切眼；围岩破坏；支护技术引言切眼是煤矿采煤工作面相关设备安装并开始回采的场所，其支护的安全稳定性对于工作面设备安装与顺利回采起着至关重要的作用。
综采开切眼巷道属于回采巷道类别，与回采工作面上、下顺槽相比，其明显的特点是巷道跨度较大，围岩控制相当困难；开切眼大断面巷道多为矩形，两帮为煤层，顶板为煤层或岩层，围岩强度较低，受力复杂，围岩变形量和破裂范围都很大，这些都直接影响巷道的稳定性，支护较为困难。
为此，研究大跨度开切眼合理的支护手段对我国煤炭行业的可持续发展以及煤炭资源的合理开发具有积极意义。
1巷道围岩破坏机理2开切眼支护技术选择保持巷道畅通和围岩稳定对煤矿建设与生产具有重要意义，巷道支护形式的选择要遵守以下原则：（1）有利于控制巷道围岩变形，改善围岩支护状况。
主动支护巷道围岩，尽量保持巷道围岩的完整性，积极控制围岩力学性态变化，限制围岩的变形、位移和裂隙发育，充分发挥煤岩体的自身承载作用，把围岩从荷载变为承载，变消极因素为积极因素。
（2）有利于提高断面利用率。
既能够有效地控制巷道围岩变形，又极少占用巷道有效空间，从而极大提高巷道断面利用率，满足“高产高效”工作面综采设备不断更新、巷道断面不断扩大的实际需求。
（3）有利于安全生产。
巷道及时支护改变围岩的力学性态，防止巷道围岩早期破坏及巷道顶板早期离层，减少超前维护工作和片帮现象的发生。
保证巷道支护状况良好，确保行人畅通，有利于快速安全地组织生产。
（4）有利于巷道的快速掘进。
现代化高产高效的采煤方法使得煤矿企业生产接续紧张，巷道的快速掘进在所难免。
（5）巷道支护设计需要遵循以下原则，包括：1）一次支护原则；2）高预应力和预应力扩散原则；3）“三高一低”原则；4）临界支护强度与刚度原则。
浅谈“三软”煤层回采巷道支护技术在采煤工作面回采过程中回采巷道占据着重要的位置，在煤软、顶板软和底板软且受上覆煤层采动破坏和影响的煤层中，回采巷道的支护形式决定了其服务年限，选择合理的支护方式对保证回采工作面安全标准化生产、减少巷道维护成本至关重要。
标签：三软煤层；巷道支护；松帮卸压引言三软煤层选择合理的巷道支护方式对保证巷道支护质量具有十分重要的意义，如果支护方式好支护参數选择不合理，就会增加支护维修成本，不仅影响掘进进度而且影响支护质量。
三软煤层巷道围岩属于差异性较大的非均质层状赋存，表现为围岩难以形成承载结构、强烈的两帮移近量、片帮和围岩不均匀整体下沉。
因此合理的支护设计在保证安全生产的前提下可以有效降低支护成本、提高掘进速度。
三软煤层开采目前在豫西存在单产不高，开采困难的现象，主要是由于三软煤层底板较软，支柱钻底量大，支柱的初撑力下降较快。
采用合理的支护方式，可以降低成本，提高掘进速度，减少巷道维修成本。
一、回采巷道变形破坏特性1.1 回采巷道围岩概况1701采煤工作面位于某矿的17采区，平均采深600m，二1煤层平均厚度为4.06m，煤层倾角16°，硬度系数?=0.15，容重1.45t/m?，黑色、深黑色，粉末状产出，煤质松软，厚度变化大。
二1煤层直接顶为泥岩、炭质泥岩及砂质泥岩，深灰色，层面含碳质及点状云母片，含黄铁矿结核，泥质胶结，平均厚度约1.63m，其抗压强度15.7 MPa，抗拉强度0.7 MPa，属于易冒落软弱岩层。
二1煤层老顶为中细粒砂岩，灰白色，以长石石英为主，局部夹黑色碳质及砂质泥岩条带，硅质胶结，厚度约4.76m，层位稳定，其抗压强度20.1 MPa，抗拉强度3.7 MPa，属于中硬较稳定型。
二1煤层直接底板为泥岩及砂质泥岩，上部灰黑色碳质泥岩，层面含炭质煤屑及大量植物叶片化石，下部浅灰色砂质泥岩，含白云母碎片及大量植物根部化石，厚度约2.91m，其抗压强度21.8MPa，抗拉强度7.4MPa，属于中硬较稳定型。
收稿日期：2012－10－21作者简介：熊苡（1964－），女，湖南安乡人，硕士、副教授，现在中国石油大学（北京）从事能源、经济与管理教学研究工作。
三软煤层大断面综采开切眼一次成巷支护技术研究熊苡1，崔义2，徐进1（1.中国石油大学（北京），北京102249； 2.中国华能集团公司煤炭部，北京100031）摘要：针对三软岩层中综采工作面切眼支架安装采用“边扩边安”安装方式存在的缺点，研究了三软岩层综采开切眼大断面一次成巷技术，并根据矿井地质条件和支护理论，采用了锚索和锚杆支护方式，确定合理的切眼断面设计和支护方案，增加了巷道的整体稳定性。
实现了综采工作面支架的顺利安装，达到了预期的效果。
关键词：三软岩层;大断面;联合支护;一次成巷中图分类号：TD355+.9文献标识码：B 文章编号：1671－0959（2013）01-0037-03对于三软煤层，长期以来综采工作面支架的安装方式，一直沿用“边扩边安”［1］。
这种支护方法缺点是：安装速度慢、工期长；安装与扩帮工作相互交叉作业，安全性差；安装期间很多钢梁、木材得不到回收，加之开切眼需要进行二次扩翻，材料的消耗量过大［2］。
为解决上述问题，文章研究了三软煤层综采工作面开切眼一次成巷支护技术。
1矿井概况铁北煤矿生产能力为300万t /a ，井田构造简单，为一单斜构造，煤层走向N70ʎ 75ʎE ，倾向SE ，倾角6ʎ 10ʎ。
主要发育走向及斜交的正断层，多分布在井田的浅部。
区内无火成岩侵入。
该矿现主采煤层为伊敏组的Ⅱ层群，Ⅱ层群共有7个可采煤层，即Ⅱ2a 、Ⅱ2b 、Ⅱ2c 、Ⅱ3a 、Ⅱ3b1、Ⅱ3b2、Ⅱ3c ，其中Ⅱ2a 、Ⅱ3b2煤层全区发育，为主采煤层，其余煤层为局部可采。
铁北矿井目前的开采煤层为Ⅱ2a 煤层，煤层赋存较为稳定，煤层倾角为4ʎ 7ʎ，属于近水平煤层；由于Ⅱ2a 煤层赋存稳定，煤层属于特厚煤层，适合采用综合机械化放顶煤进行开采。
试验巷道为铁北矿新二采区右四片开切眼，该工作面走向长1680m ，工作面长165m ，煤层倾角4ʎ 7ʎ。
开采煤层直接顶岩性为劣煤与泥岩互层，直接顶厚度为3.5 4.0m ；老顶岩性为砂质泥岩和泥质砂岩；煤层底板岩性为砂质泥岩，遇水容易膨胀，出现底臌，对巷道底板破坏较大。
煤岩层的物理力学参数见表1。
表1煤岩层的物理力学参数（平均值）名称单向抗压强度/MPa 单向抗拉强度/MPa 弹性模量/GPa 泊松比凝聚力/MPa 内摩擦角/（ʎ）强度公式顶煤9.110.98 1.420.16 2.1437.4τ=2.14+σtg37.4ʎ底煤13.81 1.10 1.880.17 2.1935.2τ=2.19+σtg35.2ʎ顶板5.991.561.030.231.4335.5τ=1.43+σtg35.5ʎ2一次成巷支护技术方案设计2.1切眼断面设计结合铁北矿井煤岩层赋存状况及切眼围岩的特殊岩性，并根据综采工作面设备配套尺寸及设备安装要求，铁北矿新二采区右四片开切眼设计断面形状为三心拱形，断面尺寸为：净宽为7.5m ，净高为4.0m ，墙高为3m ，拱高为1m 。
2.2锚杆、锚索支护设计根据我国煤矿采、准巷道围岩稳定性的划分情况，将铁北矿新二采区右四片开切眼围岩稳定性的类别确定Ⅳ类，即为不稳定顶板。
在考虑切眼支护安全稳定和材料成本的前提下，最终确定的支护方案为：采用主动联合支护方式，即锚杆+钢筋托架+网+锚索+W 钢带支护［5］。
2.2.1锚杆、锚索长度采用加固拱理论计算锚杆长度。
732013年第1期煤炭工程施工技术L=Lm +La+Lb+Lc（1）Lm=N（1.1+B/10）（2）式中L———锚杆长度，m；Lm———围岩中锚杆的长度，m；La———托盘厚度，取0.01m；Lb———螺母厚度，取0.02m；Lc———锚杆外露长度，取0.06m；B———切眼宽度，取7.5m；N———切眼围岩稳定性影响系数，取1.1。
将有关参数代入式（1） （2）计算得：L=2.2125，实际锚杆长度取2.2m。
锚索长度可由式（3）进行计算：l ms =hld+ljx+c（3）式中h ld———顶板离层最大高度，取3.6m；ljx———锚索锚固长度，取1m；c———外露长度，取0.3m。
将有关参数代入式（3）计算得：锚索长度l ms=4.9m，考虑到安全系数，锚索长度取5.3mm。
2.2.2锚杆、锚索间排距按加固拱理论计算：D≤0.5L=1.1m，考虑到安全系数，锚杆间、排距取0.8m。
锚索间距：考虑到锚杆排距为800mm，锚索间距可按照锚杆间距的2 3倍进行计算，最终确定锚索间距1600mm。
2.2.3锚杆、锚索锚固力与直径1）根据以往工程经验，切眼锚杆的锚固力设计为Q= 60kN时，即可满足要求。
另外，依据目前煤矿巷道锚索型号，锚索极限抗拉强度为230kN，锚索的锚固力为锚索极限强度的80%，即Q s=184kN。
2）锚杆直径可以按照式（4）确定：φ=K4Q/（πσs槡）（4）式中φ———锚杆直径；σs———A3钢（螺纹钢）抗拉强度，取380MPa；K———富余系数，取1.3。
将有关参数带入式（3），求得锚杆直径为0.01843m，考虑一定的安全系数，确定锚杆直径为18mm。
锚索直径选取15.24mm。
2.2.4钢筋托梁、钢带及托板为了加强切眼顶部破碎岩体的稳定，设计在采用钢筋托梁配合W型钢带进行加强支护，即在每排锚杆支护中加钢筋托梁，在每排锚索支护中加W型钢带。
钢筋托梁采用两条平行的12#圆钢通过横筋焊接而成的。
钢筋拖梁规格：长度为6800mm，宽度80mm，横筋间距600mm。
钢带规格：采用1根长6.8m五孔钢带或采用两根长3.6m三孔钢带叠加使用，巷道中间的锚索必须穿过两条钢带中间叠加孔。
锚杆、锚索托盘参数为：锚杆托盘为圆形，直径为130mm，厚度为10mm，中间成孔Φ24mm，配合高强螺母和尼龙垫圈；锚索托盘为方形，采用12#槽钢托板，长为300mm，厚度为15mm，中间孔Φ20mm。
综上所述，铁北矿新二采区右四片开切眼一次成巷支护设计示意图如图1所示。
锚杆采用左旋无纵筋螺纹钢锚杆，杆体直径为18mm，长度为2200mm，间排距为800mm；锚索采用钢绞线作为锚索，直径15.24mm，长度为5300mm，间排距为1600mm；锚杆树脂规格：采用两支树脂药卷，规格分别为Z2335和Z2350。
图1锚杆锚索联合支护断面示意图（mm）2.3大断面切眼顶板下沉观测切眼掘进采用综掘机一次成巷，并在施工设计规定的位置设置观测点，以观测巷道围岩的变形情况，其中，现场观测点观测到的顶板下沉情况如图2所示。
图2观测点1顶板下沉曲线从现场观测点观测数据分析情况可知，采用“锚杆+钢筋托架+网+锚索+W钢带”支护，切眼内压力无明显显现，围岩变形量不大，顶板变形量不超过4cm，切眼巷83施工技术煤炭工程2013年第1期道的整体支护效果比较理想。
3巷道施工的效果分析3.1安全方面1）由于开切眼大断面采用一次成巷技术，避免了安装与扩帮工作相互交叉作业，现场作业人员少，近期安装的四个工作面未发生任何轻重伤事故，为安全生产奠定了有利的基础。
2）锚杆支护下的空间比被动支护下的空间安全，采用锚杆支护，能及时对围岩进行控制，并充分利用顶板的自承能力，抑制顶板离层，防止冒顶事故的发生。
3）锚杆安装工艺与架设木棚相比，具有小巧灵活的特点，避免了架设笨重大抬棚及其作业的危险性。
3.2技术方面1）由于切眼断面的大小是按照支架的外形尺寸确定的，支架便于整体安装，避免了开刀前放炮、安装护帮板等繁杂的工序。
2）在相同的条件下，锚杆支护断面所需断面小，综采开切眼的跨度和高度缩小，综采开切眼的设计参数也相应缩小，减小了工作量和资金的投入，且安全系数增加。
3.3经济效益方面1）原开切眼支架安装采用“边扩边安”安装方式，切眼平均造价为2145.5元/m（包括小断面施工和扩翻），开切眼总费用为2145.5元/mˑ165m=35.4万元。
现采用的一次成巷“锚杆+钢筋托架+网+锚索+W钢带”支护技术，切眼平均造价为1684元/m，总费用为1684元/mˑ165m=27.79万元。
2）由于大断面开切眼巷道的成功开掘，加之采用新的机械叉车进行设备安装，液压支架全部安装完成仅用了10d 的时间，而以往则需要30d。
综上所述，在开切眼一次成巷支护下支架安装，可节约费用25.6万元，其中，巷道支护方面节约费用7.6万元；工期缩短20d可节约人工费18万元。
4结语根据铁北矿区特殊地质条件，新二采区右四片开切眼采取了一次成巷“锚杆+钢筋托架+网+锚索+W钢带”支护技术，切眼断面形状为三心拱形。
在使用锚索过程中，改变传统的“单兵作战”模式，通过钢带使同排锚索形成一体，变单一作用为共同作用，并创新了锚杆支护方式，从而增加了巷道的整体稳定性。
该研究使三软岩层中大断面巷道一次成巷技术得以成功应用，达到了预期目的。
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