收稿日期：2012－04－16作者简介：闫天柱（1973—），男，吉林农安人，工程师，1997年毕业于黑龙江矿业学院，长期从事煤矿安全技术工作。宿驾窑煤矿三软煤层巷道支护技术实践
闫天柱1，2，张杰2（1．洛阳市煤炭矿山救护队，河南洛阳471000；2．洛阳市煤炭工业局，河南洛阳471000）摘要：为了有效解决三软煤层巷道支护变形严重、巷道底鼓、返修率高等问题，宿驾窑煤矿采用比较法在下山巷道先后采用多种支护方式进行实践，提出了利用圆形巷道U型钢可缩性支架配合钻孔松帮卸压的方法解决该矿三软煤层支护难题。实践表明，该方法应用效果良好，达到了预期目的。关键词：三软煤层；圆形巷道；U型钢可缩性支架；钻孔松帮卸压中图分类号：TD353文献标志码：B文章编号：1003－0506（2012）08－0069－02三软煤层巷道支护变形严重、返修率高等问题一直困扰着河南偃龙煤田范围内的煤矿企业，多数矿井的大巷、下山，甚至采煤工作面回采巷道不得不布置在煤层底板L7灰岩中。虽然巷道维护成本下降，但巷道掘进投资巨大，而且巷道距离底板含水层较近，防治水问题又成了矿井安全生产的重大隐患，防治水投资也使煤矿企业背负沉重的经济负担。因此，研究三软煤层巷道合理的支护方式，对煤矿企业搞好安全生产、提高经济效益意义重大。1工程概况宿驾窑煤矿井田位于偃龙煤田西部，距离龙门石窟约10km，主采二叠系山西组二1煤层，煤层倾角10°～25°，煤层厚0．79～10．76m，平均厚4．51m，结构简单，属较稳定型煤层。煤层埋深200～385m。煤层坚固性系数f＜1。煤层顶板多为泥岩、砂质泥岩，偶尔为炭质泥岩或细粒砂岩；直接底以细粒砂岩为主。煤层赋存状态属典型的三软煤层。宿驾窑煤矿属技术改造矿井，井底车场、大巷等全部布置在岩性较好的煤层底板岩石中，胶带下山和轨道下山上段布置在煤层底板灰岩中，下段布置在煤层中。下山巷道从上部车场开始，采用直墙半圆拱形，在底板岩石中沿15°坡度向下掘进，上段150m左右巷道处于煤层底板砂岩之中，岩性较好，硬度较大，巷道采用锚喷支护，基本无任何变形。进入煤层后，采用直墙半圆拱形U型钢支护，巷道矿山压力显现明显，在掘进约30m后，巷道变形严重，巷道底鼓，严重影响掘进工作的安全及工作效率，使技改工期大大延长，需及时进行返修作业。2巷道支护技术为了有效提高下山掘进工作效率，保证巷道的有效断面，降低巷道返修率，宿驾窑煤矿先后进行了多次支护技术实践，找到了适合该矿三软煤层特殊地质条件煤巷支护的有效办法。2.1掘进工作面概况宿驾窑煤矿胶带下山、轨道下山掘进工作面设计长度420m，煤层厚2.5～10.0m，埋藏深度200～385m，设计断面8m2。2.2U型钢可缩性支架支护（1）斜墙半圆拱形U型钢支护。直墙半圆拱形巷道下部直墙段U型钢腿在受到巷道侧压作用下，腿部向巷道中间收缩变形严重。为了保证巷道有效断面，给U型钢腿向巷道中间变形预留空间，宿驾窑煤矿尝试采用斜墙半圆拱形巷道支护方式，并采用再次增加巷道下宽的办法试图解决巷道变形及返修问题。经过观察，采用斜墙半圆拱形巷道支护方式一定程度上保证了巷道宽度，经过一段时间后，U型钢支架在侧压作用下支架腿部变形严重，且巷道底鼓问题没有得到解决（图1）。
图1不同支架变形示意（2）半马蹄形U型钢支架加工字钢弓形底梁支护。半马蹄形U型钢支架较好地解决了巷道侧压造成支架下部变形的问题，但为了保证巷道有效断·96·2012年第8期中州煤炭总第200期面，减少巷道底部回填工作量而采用的工字钢弓形底梁曲率不够，不能很好地抵抗巷道底部压力，底鼓问题在巷道掘进一段时间后仍然表现突出。而且在马蹄形支架肩部两侧，由于支架曲率不足，在煤层较薄、巷道压力大的情况下，矿山压力显现比其他部位明显，此处变形较大（图2）。
图2半马蹄形加弓形底梁支架变形示意（3）圆形巷道U型钢可缩性支架封闭支护。总结前面3段巷道支护的优缺点，宿驾窑煤矿加大安全投入，采用圆形巷道U型钢可缩性支架，掘进断面12.8m2，净断面10.29m2，下部回填铺轨后断面在9.5m2以上，预留一定可缩性面积，保证变形稳定后有效断面积不少于8m2。采用圆形巷道支护方式后取得了较好的支护效果，解决了巷道底鼓问题。但经过一段时间应用后，仍存在问题：巷道开掘后，在原岩应力作用下，巷道围岩产生的塑性变形和碎胀变形量仍大于圆形巷道U型钢可缩性支架的可缩量。所以，经过一段时间后，仍出现支架变形、歪旋、断面变小现象，矿山压力显现仍比较明显。2.3钻孔松帮卸压（1）施工工艺。滞后掘进工作面5m，采用ZQS-50/1.6SA型气动手持式钻机，配合69mm钻杆，向巷道周围施工钻孔。钻孔间排距均为250mm，孔深3m，采用“三花眼”方式布置（图3）。
图3卸压钻孔布置示意（2）钻孔松帮卸压原理。巷道开掘后，原岩应力重新分布，围岩自外向里依次出现塑性变形区（松动破坏区）、弹性变形区［1］，在围岩和支架组成的整个力学体系中，支架能够支撑的只是巷道矿山压力中很小一部分，主要作用是减少巷道围岩塑性变形区的扩展，而巷道围岩压力大部分由巷道围岩塑性变形区以里的弹性变形区来承载。因此，巷道支护只有有效阻止围岩塑性变形区向里发展，才能改善支架的受力状况，从而实现支护长期稳定［2］。卸压钻孔松帮卸压即是利用钻机所打钻孔为巷道围岩的塑性变形能及弹性变形能提供释放空间，从而缓解围岩对支架的压力，实现支护长期稳定有效。3应用效果宿驾窑煤矿下山掘进巷道采用圆形U型钢可缩性支架支护方式，配合气动手持式钻机钻孔松帮卸压，解决了该矿三软煤层巷道支架变形、底鼓、返修率高的问题，解放了大量用于维修的工时和人力。（1）减少了巷道返修工作量，提高了巷道掘进效率，施工及管理松帮卸压钻孔只需1～2人操作，大大提高了工效。（2）基本解决了该矿三软煤层巷道支护变形、底鼓严重、返修率高、掘进缓慢、安全无保障问题，为今后下山巷道支护及采煤工作面回采支护积累了成功经验，也为其他相似地质条件矿井的巷道支护及顶板控制提供了可借鉴的经验。（3）同样断面情况下，煤层巷道比底板岩石巷道每米节约投资近6000元（不计岩巷防治水费用），取得了良好的经济效益和社会效益。4结语宿驾窑煤矿采用比较法，在下山巷道采用多种支护形式进行实践，最后提出采用圆形巷道支护配合钻孔松帮卸压的办法，优化了支架受力情况，使支架周围受力均匀，钻孔松帮卸压释放围岩塑性、弹性变形能，增强了围岩主动承载矿山压力的能力，提高了巷道支护强度。参考文献：［1］杜青炎，张东宝．风煤钻松帮卸压在采掘工作面巷道中的应用［J］．煤炭技术，2009，28（4）：73-74．［2］刘友军，郭学锋．偃龙矿区三软煤层支护技术研究［J］．中州煤炭，2011（11）：15-16．（责任编辑：秦爱新）·07·2012年第8期中州煤炭总第200期
