轻放工作面切眼施工技术的应用

范宝强

潞安温庄煤业是一座设计生产能力1.2 Mt/年的矿井，150201综采轻放工作面位于15号煤层2采区，走向长度580 m，工作面倾斜长140 m，煤厚 4.35 m ～5.37 m，平均厚 4.6 m，煤层倾角5°～14°，平均为8°。15号煤层伪顶为泥岩，直接顶为砂岩，平均厚度6.16 m，老顶为粉砂岩。为保证工作面正常衔接，及时安装采煤机组、液压支架，采煤作业时人员行走安全、通风良好，设计了150201工作面切眼，现将该切眼的施工技术介绍如下。

1 概况

150201工作面切眼设计为矩形断面，宽7 m或6 m，高2.5 m，净断面19 m2。

2 施工工艺

2.1 掘进与支护

1)掘进条件制约，7600mm宽的切眼不可能一次掘够宽度。采用导硐与刷帮结合方式:先施工4400mm宽，后扩帮3200mm宽，高度一次成巷。首先选用ABM20S型掘锚一体机及配套设备导硐施工。使用ABM20S型掘锚一体机完成割煤和装煤及临时支护、永久支护工序，破碎机破碎、转运。具体为:每次掘进前，司机将掘锚一体机调整到巷道前进方向的中间位置，按由左向右，由上向下的顺序割煤，逐步扩大到设计断面4400mm的要求。循环截割深度不大于1000mm。截割下的煤落在装煤铲板上，同时圆盘耙杆连续运转，将煤炭送入刮板输送机并转载至150201回风顺槽破碎机处，再利用150201皮带输送机转运至1502运输大巷处的皮带输送机运出。采用掘锚机自带顶护板完成临时支护，最大控顶距离为2300mm。每一循环截割完毕后施工人员将钢筋网及钢筋托梁放在顶板液压支撑架横梁上，然后靠两个液压缸顶起液压支撑架到顶板。两个尾部液压稳定架缸稳定住掘锚机，并且辅助支撑顶板。在液压缸顶起液压支撑架到顶板的同时，锚杆机开始永久支护工作。截割结束并进行临时支护后，开始进行顶、帮永久支护。顶锚杆及两帮最上两排锚杆紧跟迎头，两帮锚杆中最下两排锚杆滞后迎头不得超过15 m。锚索永久支护滞后工作面迎头不得超过30 m。

2)在距离4400mm导硐成巷施工50 m之后(掘进机滞后掘锚一体机的距离不小于50 m)，采用S150J型掘进机进行3200mm的扩帮施工，采用由下向上左右循环截割。通过掘进机将煤运输至切眼导硐掘进使用的刮板输送机运出。采用金属前探梁平行前移至工作面进行临时支护，循环进度为1000mm，最大控顶距离为1800mm。截割结束并进行临时支护后，及时进行顶、帮永久支护。锚索永久支护滞后迎头不得超过30 m。

2.2 顶帮管理

2.2.1 支护形式

1)采用“高强锚杆+钢筋托梁+网+玻璃钢锚杆+锚索”联合支护。支护材料为顶板采用螺纹钢锚杆、工作面推进方向煤帮采用玻璃钢锚杆、扩帮侧老塘煤帮采用圆钢锚杆、钢绞线锚索、铁托板、钢筋托梁、金属网、木托板，塑料网等。

2)当利用掘锚机导硐掘进4400mm宽巷道时，巷帮布置φ20×2000mm的玻璃钢锚杆，间排距为1000mm×1000mm，每根锚杆安装2支Z2350的树脂药卷;顶板采用φ20×2500mm的螺纹钢树脂锚杆，锚杆间排距为800mm×800mm，每根锚杆安装4支Z2350的树脂药卷，每根锚杆使用一块150mm×150mm×10mm铁托板。

3)当利用掘进机二次施工切眼宽度符合要求后，扩帮侧老塘煤帮使用φ20×2000mm圆钢锚杆，间排距为1000mm×100mm，每根锚杆安装2支Z2350的树脂药卷，每根锚杆使用一块400×200×50木托板配合一块150mm×150mm×10mm铁托板;顶板采用φ20×2500mm的螺纹钢树脂锚杆，锚杆间排距为800mm×800mm，每根锚杆安装4支Z2350的树脂药卷，每根锚杆使用一块150mm×150mm×10mm铁托板。

4)锚索规格为φ17.8mm，钢绞线长8300mm，锚索间排距为1800mm×2000mm。导硐施工时距切眼左帮200mm，2000mm和3800mm处补打锚索，锚索托梁长度为2200mm;二次扩帮施工时，距切眼右帮200mm，2000mm处补打锚索，锚索托梁长度为3800mm，2200mm的锚索托梁支护距离迎头不超过30 m，4400mm的锚索托梁支护距离迎头不超过50 m。施工达宽度后在切眼中间支设1排单体液压带帽点柱，间距为1000mm。最终成巷后巷宽7600mm，总支护布置为:顶板锚杆9根/排、两帮锚杆3根/排、锚索5根/排、单体液压支柱1根/m。

2.2.2 支护机理

1)导硐每掘进2.3 m后采用锚杆进行永久支护，扩帮每掘进1.8 m后采用锚杆进行永久支护，顶板短时暴露尚未下沉或未出现离层时就及时安装上锚杆，进行悬吊、挤压加固，保证浅部顶板的完整性及相对稳定性。

2)锚索支护弥补了锚杆长度不足和预应力小的缺点，锚索预应力大、承载能力强。实质是把锚索深入到深部稳定岩层中，对被加固的岩体预先施加压应力，限制岩体的松动变形，从而保证围岩稳定。当锚杆支护形成的压缩圈厚度小于松动圈厚度时，锚杆支护的悬吊作用减弱，顶板会离层脱落。再采用预应力锚索补强加固，锚索长度大、预应力高、快速承载能力强，形成压缩圈厚度大，在较大预应力的作用下，把上部稳定岩层和下部组成的岩层梁组合在一起，每根锚索周围形成的压缩区域彼此重叠，在复合顶板中形成一个厚度更大的均匀连续压缩带，各岩层面互相挤压，层面摩擦大大增加，使复合顶板形成拱梁，从而有效的提高了顶板的整体性、稳定性，加强了顶板的自承能力。

3 支护效果和经济分析

1)在围岩应力集中与顶板破碎的巷道施工中，常采用锚杆打设与工字钢架棚联合支护方式，工人劳动强度大、支护费用高、工序复杂、进度慢。通过采用锚杆、锚索联合支护代替工字钢架棚支护的施工方式，既保证了施工安全又节约了成本。

2)用锚网、锚索联合支护，每米巷道支护费用降低约1300元，每年节约支护费用近5000多万元，创造了客观的经济效益。用锚网、锚索联合支护，其运输量、运输环节及消耗量少，工人劳动强度大大降低。短掘短锚做到及时支护，消除了空顶作业，改善了安全环境，带来显著的社会效益。

3)用锚网、锚索联合支护，巷道断面利用率提高15%，通风阻力大大下降，明显的改善安全生产环境。

4 结语

1)在大断面切眼掘进施工过程中，最重要的是支护技术。利用锚杆、锚索联合支护形式是最好的一种选择。锚索长度大、预应力高、快速承载能力强，不占巷道空间。既能满足支护强度要求，又能保证安装设备时不受支护影响。

2)除切眼外的其他巷道:如回风顺槽、皮带顺槽等巷道的支护均采用锚网、锚索联合支护形式，既保证了施工安全又提高了效率。从150201切眼施工分析，从巷道开掘到设备安装结束的3个月时间里，巷道顶板没有出现大量下沉或冒顶事故。从工作面开采过程来看，两顺槽超前段采用较简单的超前维护即可保持顶板完整、无明显下沉。充分说明采用锚网、锚索联合支护形式，规格、参数等均能满足现有顶板管理要求，这种支护技术值得全面推广应用。

［1］ 国家安全生产监督管理总局，国家煤矿安全监察局.煤矿安全规程［M］.北京:煤炭工业出版社，2010.