# 上孔煤业松软破碎顶板煤巷支护技术研究Research on Support Technology of Soft and Broken Roof Coal Roadway in Shangkong Coal Mine

DOI: 10.12677/ME.2019.71007, PDF, HTML, XML, 下载: 378  浏览: 507

Abstract: In view of the excavation of the soft-breaking roof coal roadway of No. 9 coal seam in Shangkong Coal Industry, the control effect of bolt support on roof displacement is greatly reduced due to the discontinuity of the prestressed field of anchor and anchor cable caused by the discontinuity of roof rock mass. Because of the large amount of roof subsidence, large-scale roofing is prone to occur. Through the field test, this paper analyzes the relationship between roadway layout and ground stress field, guides the layout of roadway layout, and determines the optimal support scheme by studying the failure mechanism of surrounding rock of roadway, and proves the rationality of the scheme through on-site monitoring test. It ensures a support effect, reduces or eliminates the cost of secondary road repair, and provides technical reference for similar mine roadway support.

1. 引言

2. 巷道围岩地质力学测试

2.1. 地应力测试

Table 1. Ground stress measurement results

2.2. 围岩强度测试

Figure 1. Test results of rock formation and coal strength of the top station of the ninth station

Figure 2. Tenth station roof rock and coal body strength test results

2.3. 测试结果分析

3. 巷道围岩变形与破坏机理分析

3.1. 锚杆支护的加固作用机理

1) 锚杆提供的支护强度

${E}_{m}=\frac{\pi {d}^{2}{E}_{b}}{4{l}_{1}{l}_{2}}$ (1)

Eb——钢材的弹性模量，MPa；

l1、l2——锚杆的间、排距，m。

σm可用下式表示：

${\sigma }_{m}=\frac{\pi {d}^{2}{\sigma }_{b}}{4{l}_{1}{l}_{2}}$ (2)

${\sigma }_{1}=\frac{1+\mathrm{sin}\varphi }{1-\mathrm{sin}\varphi }{\sigma }_{3}+\frac{2C\cdot \mathrm{cos}\varphi }{1-\mathrm{sin}\varphi }$ (3)

σ3——围压，MPa；

φ——岩石内摩擦角，˚；

C——岩石凝聚力，MPa。

2) 锚杆对不连续面的加固作用

$\begin{array}{c}{u}_{n}=u\mathrm{sin}\alpha \\ {u}_{t}=u\mathrm{cos}\alpha \end{array}\right\}$ (4)

ut——切向位移量，mm；

a——位移向量与节理面之间的夹角。

$\begin{array}{c}{P}_{n}=P\mathrm{cos}\beta \\ {P}_{t}=P\mathrm{sin}\beta \end{array}\right\}$ (5)

Pt——切向分量，kN。

$C=P\mathrm{sin}\left(\theta +\beta \right)$ (6)

$C=P\mathrm{sin}\left(\theta +\beta \right)+P\mathrm{cos}\left(\theta +\beta \right)tg\varphi$ (7)

j——节理面的内摩擦角。

3.2. 巷道破坏特点

1) 上孔煤业井下巷道破碎围岩变形具有受应力场影响较大，变形量大、初期变形显著、变形持续时间长等特点，而且围岩变形是突然剧烈增加的。

2) 上孔煤业围岩巷道变形破坏主要以两帮内挤、片落为主；巷道底臌现象严重，断面收缩率很大。

3) 破碎围岩巷道锚杆支护存在锚杆预应力小、杆体强度低、延伸率低等，以及护表构件(托板、钢带、金属网等)强度低、与锚杆强度匹配性比较差等缺点，显著影响了巷道支护效果。

4) 针对破碎围岩上山群，提出强力一次支护理论。其显著的特点是通过采用全长预应力锚固强力锚杆锚索组合支护系统，大幅度提高锚杆支护的刚度与强度。松软破碎顶板巷道的底板移近量，以及钻孔窥视监测顶板离层和破碎状况，分析松软破碎顶板的破坏特征，结合理论分析顶板离层破碎原因；针对原方案出现的破坏状况归纳原因，为后续研究软弱顶板破坏机理及优化支护设计提供依据及基础。

4. 支护初始设计

4.1. 巷道支护断面设计

4.2. 支护方案

4.3. 支护材料

4.4. 矿压监测

5. 结论

1) Ⅸ一盘区上山群在地层中发生扭转、弯曲等，造成地应力异常，地应力大小及方向变化比较大，岩性变化比较大。

2) 上孔煤业井下巷道破碎围岩变形受应力场影响较大，变形量大、初期变形显著、变形持续时间长，且围岩变形是突然剧烈增加的。

3) 破碎围岩巷道锚杆支护锚杆预应力小、杆体强度低、延伸率低，以及护表构件强度低、与锚杆强度匹配性差，显著影响了巷道支护效果。

4) 全长预应力锚固强力锚杆锚索组合支护系统增加了支护系统的强度和刚度，从而有效的减小了巷道变形。

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