义煤集团铁生沟煤矿支护研究报告
义煤集团铁生沟煤矿软岩(煤)支护技术研究 报 告 义煤集团巩义铁生沟煤业有限公司铁生沟煤矿 河南理工大学 xx年开始建井，1997年10月正式投产，设计生产能力1xx年，服务年限年。矿井工业储量为万吨，可采储量为6827万吨。矿井开拓方式为立井单水平上、下山开拓。矿井通风方式为两翼对角抽出式。开采煤层为二1煤层，煤种为无烟粉煤。
铁生沟井田广为第四系地层所覆盖，在井田的北部有部分基岩出露，井田地层呈北东走向，倾向北西的单斜构造，倾角10～15。
矿区位于昆仑--秦岭东西复杂构造带东段北支，受压扭性断层的牵引和平推作用，煤层赋存状况极为复杂。煤层的伪顶、直接顶以黑色炭质泥岩、砂质泥岩为主，强度较低，极易垮落；煤体(亮煤)呈松散体状，强度极低；底板以泥岩为主，夹薄层细砂岩，遇水膨胀，有严重的底鼓现象，为典型的“三软”不稳定煤层。
地理、地形、地貌情况 河南省铁生沟煤矿位于巩义市涉村、夹津口、西村三个镇境内，地理坐标为：东经11226′～11305′，北纬3431′15″～3442′30″。
井田内为中低山丘陵地形。东部五指岭主峰海拔标高+，矿井南部属中低山区，海拔标高500～900m，形成矿区一分水岭，也是
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黄河与淮河水系的分水岭，区内海拔标高280～700m，高差420m，四周高中间低，地表水流经井田中部的涉村河排出。该矿北距陇海铁路巩义车站约20Km，巩义至许昌公路从矿井中部穿过，交通方便。
3 矿井边界情况 井田范围东至五指岭断层，西至91勘探线，南到二1煤露头，北部以-230m水平为界。铁生沟煤矿井田范围共23个拐点圈定，井田面积。
铁生沟煤矿井田边界之东南方向为上庄煤矿，井田边界之东北角，为北庄煤矿。
在井田边界之北部，为二1煤层底板-230m以深的区域，煤层埋藏深度大于400～500m，目前没有煤矿。
在西部：原规划为圣水井田，目前为圣水煤矿。
南部：沿煤层露头线分布许多小煤矿，与铁生沟煤矿井田边界相临的有8个，自西向东是：西村圣水黄煤矿、夹津口王沟一矿、王沟煤矿、华龙煤矿、中沟煤矿、兴华矿业公司、夹津口二矿、涉村煤矿。
地质情况 铁生沟井田广为第四系地层所覆盖，在井田的北部有部分基岩出露，自古生界的奥陶系、石炭系、二叠系；中生界三叠系；及新生界的系均有出露。井田含煤地层有石炭系中统本溪组(C2b)、石炭系上统太原组(C3t)、二叠系下统山西组(P1S)、二叠系下统石河子组(P1X)、二叠系上统石河子组(P2S)。
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矿区位于昆仑嵩山纬向构造带北部边缘，煤系展布方向基本受其控制。但于受中生代晚期的北西向构造(嵩淮弧)的影响和干扰，致使本井田地层呈北东展布，倾向北西的单斜构造，倾角10～15。在本井田的东北端，自核桃园22型单体液柱支护，刮板机型号为SGW-220，下巷铺设SGW-40T和DSG-650皮带各一部。月产量8万t左右。
11采区下山11150工作面上、下巷、15采区回风巷。煤巷掘进：下巷采用风镐配合松动炮进行作业，上巷采用EBZ-160型掘进机作业，支护形式有U36拱型支架、12#工字钢梯形棚支护，岩巷掘进：YT-24型气腿式凿岩机打眼，煤矿用2#乳化炸药毫秒延期电雷管爆破；支护形式为锚喷支护(选用L=2000mm，Ф=22mm，长2250 mm钢筋锚杆)。11采区下山11150工作面设计可采长度为790m，采用下宽6 m U36可缩性支架喷浆联合支护。
主要研究内容 在对铁生沟煤矿地质开采条件进行调研的基础上，针对该矿在开采过程中存在的支护问题开展以下研究：
(1)对原有支护措施及其影响进行分析与评价； (2)针对该矿煤层松散、强度极低的特殊情况，进行注水增强试验，并提出相应的增强技术措施。
(3)系统考虑影响该矿开采支护的各种因素，对改进后的支护形式进行全面理论分析，提供支护机理等理论依据及其应该采用的支护技术综合配套措11 施。
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2 支护改革前的调查分析 矿压情况 根据地质报告，铁生沟井田整个地质岩层较软，围岩自身的稳定性较差。在巷道的掘进过程中，岩层蠕动挤压情况严重。巷道掘出后，矿压显现分明显，巷道很难稳定。又因在煤层顶部37米和74米处含有两层砂岩含水层，在工作面推进过程中，岩体破坏导致工作面出水， 宽米变为米变形后高度米为米淹没工作面10次之多。掘进过程中经常出现淋水或滴水现象，从而恶化工作面的工作环境，造成支柱钻底。巷道拱形支架在围岩压力下的变形如图所示。
梯形支架的变形前后断面对比图则如图、所示。
工字钢梁巷道原设计断面面积为10平方米，高度为米，下净宽为米，扎角72；变形后断面面积为平方米，高度为米，下净宽原米变为米图 巷道拱形支架变形示意图 工字钢梁、3米米工字钢腿工字钢腿工字钢腿米工字钢点柱行人侧、6米工字钢点柱行人侧底板 底板 底板 米；方木原14141工作面上下巷支护断面图 图原14141工作面上下巷支护断面图
图 原14141工作面上下巷变形后的断面图 原14141工作面上下巷支护变形后的断面图12 支护改革前巷道情况 于铁生沟煤矿的地质特点，围岩自身稳定性较差，巷道支架承受很大的压力，巷道支护分困难。巷道破坏极为严重，一般七天左右巷道就会出现严重破坏。每隔三五天就需要维修。8m2左右的巷道断面变为2m2左右，最严重的地方不足1m2 ，从而形成爬行巷道，影响行人、运输、通风和正常的安全生产(见图、)。
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图 巷道变形实例照片 图 巷道维修前后实例照片13 巷道片帮、冒顶原因 义煤集团公司铁生煤矿所采煤层为二1煤，属“三软”煤层。该煤层属裂隙、孔隙发育煤层，但过渡孔占优，渗透较难，属难注水煤层，该煤层原生裂隙发育中等，但一旦应力状态改变，次生裂隙极度发育，煤体呈松软易碎的特点，属难湿润煤层，随着巷道的开掘，极易引起片帮、冒顶事故。
引起巷道片帮、冒顶原因较多，根据我国煤矿发生的各种巷道冒顶、片帮事故分析，其原因主要自然地质因素、工程质量因素、采掘工程影响以及未严格执行顶板安全管理制度，其中自然地质因素及采掘工程因素在铁生沟矿“三软”煤层巷道掘进中引起片帮和冒顶因素中占主导地位，于三软煤层煤体强度低，在巷道掘进时，围岩内产生应力重新分布，巷道周围形成切向应力集中现象，最大切向应力发生在巷道周边，在此集中应力作用下，极易发生片帮和冒顶现象。
巷道周围的煤体在巷道刚刚掘出之后，在地应力的轻微扰动下，煤体就发生松软现象。犹如散沙一般，再加上铁生沟煤矿的煤属于光煤，媒体颗粒之间的摩擦系数很小，根本没有自身稳定能力，煤壁一旦有自面出现，马上就会出现坍塌，向下流动的现象。
支护改革的重要性 “三软”不稳定煤层，松软围岩条件下的巷道支护，一直是困绕铁生矿支护的难题。先后历经多次改革试
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