D0I:10.13374/i.issn1001-053x.2005.04.002 第27卷第4期 北京科技大学学报 VoL27 No.4 2005年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Ag.2005 JS复合型软岩顶板条件下煤巷锚网支护技术 王树仁》何满潮3范新民刃 1)中国地质大学岩土与地热工程创新基地，北京1000832)中国矿业大学（北京）岩土工程研究所，北京100083 摘要基于现场实践及工程地质调查，结合工程地质理论与大变形力学原理，确认了镇城 底矿煤巷顶板具有节理化软岩的特点，并具有膨胀型和结构变形型的复合型变形力学机制 应用有限差分程序FLAC”,进行了软岩顶板复合型变形力学机制向单一型转化的力学对策 和支护参数优化的模拟分析，提出了锚网素联合支护形式和支护顺序，经现场工业性试验， 成功解决了在采动压力下煤巷软岩项板难以支护的难题. 关键词软岩：支持：锚网：数值模拟：大变形 分类号TD353.6 锚杆支护技术已在国内外煤矿行业得到了 井田含煤地层为石炭系太原组和二迭系山 普遍应用，成为煤矿发展高产、高效矿井建设必 西组，煤层总厚16.27m,其中主要可采煤层为2“， 不可缺少的配套技术.在西山矿区镇城底矿推广 3和8煤层，为肥煤和焦煤 该项技术存在以下主要问题： 笔者对该矿南翼二采区的22202回采面进行 (1)1989年10月，在试用锚杆支护过程中，曾 锚网支护技术研究，该工作面整体呈向斜构造形 发生过一次较大范围的冒顶，导致多人伤亡， 态，煤层倾角为2~6°，平均为5°左右，开采深度 (2)镇城底矿与西山矿区其他矿相比地质条 300400m,煤层厚度为3.9-5.3m,平均4.5m.预 件更复杂，推广使用锚杆支护存在技术难度. 计该面沼气涌出量0.72mt',煤尘爆炸指数 (3)沿用传统的架棚支护，存在经济上浪费， 30.31%,有爆炸危险性，煤层自然发火系数为Ⅲ 工人劳动强度大，不能根本解决巷道变形日趋严 级.回采巷道断面设计为矩形，掘进宽度3.0m, 重的局面. 高度2.5m,净断面积7.5m2.2*和3煤层的顶、底 可见，研究适合镇城底矿复杂顶板条件下的 板岩性柱状如图】所示.煤层的直接顶为细砂 锚杆支护技术，对镇城底矿的安全生产和进一步 岩，节理裂隙发育，淋水较大 提高经济效益，具有十分重要的意义， 地层岩柱性状 煤层及 层原偏 岩性描述 单位 1:2000 标志层 1工程地质构造 412 深灰色砂质泥岩 2.15 灰白色中砂岩 镇城底矿位于太原西山煤田的西北边缘. 0.50 1煤 123 灰白色细砂岩 井田南北长约6.5km,东西长约8km,面积为 115 深灰色砂质泥著 22.7m. 2.17 2炉煤 从区域构造上看，西山煤田位于新华夏系第 025 灰黑色炭质泥岩 133 3煤 三隆起带与祁吕贺兰山字型构造东翼以及阳曲 0.65 灰色细砂岩 一孟县纬向构造带的复合交接部位，形成了以断 090 4"煤 0.60 层为主纵横交错切割的复杂地质构造. 灰黑色砂质泥岩 045 4煤 113 深灰色粉砂岩 收稿日期：200406-10修回日期：200409-10 137灰色细砂岩 基金项目：国家自然科学基金重大项目N0.50490270)和教育 部科学技术研究重大项目基金No.10405) 图1煤层顶、底板岩性柱状图 作者简介：王树仁(1968一)，男，博士研究生 Fig.I Geological section of coal seams第 2 7 卷 第 4 期 2 0 05 年 8 月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l o f U n vi e路 tiy o f s cie o e e a n d l七c五n o l o gy B jei ni g 、 b L2 7 N 0 . 4 A u g . 2 0 0 5 J S 复合型软岩顶板条件下煤巷锚网支护技术 王 树仁 ” 何满 潮 ’ ,2) 范新 民 ” l) 中国地质 大学岩 土与地 热工 程创 新基地 , 北 京 10 0 0 83 2) 中 国矿业 大学 (北 京 )岩 土工 程 研究 所 , 北 京 10 0 0 83 摘 要 基 于现场 实践 及工 程地质 调 查 , 结合 工程 地质 理论 与大变 形力 学原 理 , 确认 了镇城 底矿 煤巷 顶板 具有节 理化 软岩 的特 点 , 并具 有膨 胀型和 结构 变形 型的复 合型变 形力 学机制 . 应用有 限差分程 序 F L A C DZ , 进 行 了软岩顶 板复 合型变 形 力学机 制 向单一 型转化 的力 学对 策 和支护 参数 优化 的模拟分析 , 提 出 了锚 网索 联合支 护 形式和 支护 顺序 . 经 现场 工业 性试验 , 成 功解 决 了在采 动压 力下煤 巷 软岩 顶板难 以支 护的难 题 . 关键 词 软岩 ; 支持 : 锚 网 ; 数 值模 拟 ; 大 变形 分类号 T D 3 53 气6 锚 杆 支 护 技 术 已 在 国 内外 煤矿 行 业 得 到 了 普遍 应用 , 成 为煤 矿 发展 高产 、 高效 矿井 建 设必 不可缺 少 的配套 技术 . 在 西 山矿 区 镇城 底矿 推广 该项 技术 存在 以下主 要 问题 : ( 1) 19 8 9 年 10 月 , 在 试用 锚杆 支 护过程 中 , 曾 发生 过 一次 较大 范 围 的 冒顶 , 导致 多人 伤 亡 . (2 )镇 城 底矿 与 西 山 矿 区其 他 矿 相 比 地质 条 件 更 复杂 , 推广 使 用锚 杆支 护 存在 技术 难度 . (3) 沿 用 传统 的架 棚 支护 , 存在 经 济上 浪 费 , 工人 劳动强 度大 , 不 能根 本解 决巷道变 形 日趋严 重的 局面 . 可 见 , 研 究适合镇城 底矿 复 杂顶 板条 件 下 的 锚杆支 护技 术 , 对镇 城底 矿 的安全 生产 和进 一步 提 高 经济 效 益 , 具有 十 分重 要 的意 义 , 井 田 含 煤 地层 为石 炭 系 太 原 组和 二 迭 系 山 西组 , 煤 层 总厚 16 .2 7 m , 其 中主 要可 采煤 层 为 筑 #3 和 8 禅煤 层 , 为肥 煤和 焦煤 . 笔者 对 该矿南翼 二采 区的 2 2 02 回采 面进行 锚 网支 护技 术研 究 . 该工 作面整体呈 向斜 构造 形 态 , 煤 层倾 角 为 2一 o6 , 平均 为 5o 左右 , 开采 深 度 3 0 0一4 0 0 m , 煤层 厚度 为 3 . 9一 5 . 3 m , 平 均 4 . 5 m . 预 计 该 面 沼 气 涌 出量 .0 72 耐 · t 一 , , 煤 尘 爆 炸 指 数 30 3 1% , 有 爆炸 危 险性 , 煤 层 自然 发火 系数 为 1 级 . 回采巷 道 断面 设计 为矩 形 , 掘进 宽度 3 . O m , 高度 .2 5 m , 净 断面积 .7 5 m , . 2 ” 和 3 #煤层 的顶 、 底 板 岩 性柱 状 如 图 1 所 示 . 煤层 的直 接顶 为 细 砂 岩 , 节理 裂 隙发 育 , 淋水 较 大 . 1 工 程 地 质构 造 镇 城 底 矿 位 于 太 原 西 山煤 田 的 西 北 边 缘 . 井 田 南 北长 约 .6 5 k m , 东西 长 约 8 k m , 面积 为 2 .2 7 耐 . 从 区域 构造 上看 , 西 山 煤田 位于 新华 夏 系第 三 隆 起 带 与祁 吕 贺 兰 山 字 型 构造 东翼 以及 阳 曲 一盂县 纬 向构造 带 的复合 交接 部位 , 形 成 了 以断 层为 主纵横 交错 切割 的复杂 地质构 造 , 收稿 日期 : 2 0 0 4刁卜10 修 回 日期 : 2 00 4 司9 一 1 0 基金项 目 : 国家 自然科学 基金 重大项 目(N .0 5 04 90 27 0) 和教 育 部科学技术研 究重 大项 目基金 《N O . 104 05 ) 作者简介 : 王树仁 ( 19 68 一) , 男 , 博士研 究生 图 1 煤层顶 、 底板 岩性柱 状 图 R g l G e o ol 乡 c a l s ce 柱o n o f e o a l ,朋 m , DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2005. 04. 002