松软厚煤层工字钢支护特大断面扩切眼技术

高战平

摘要：在对松软厚煤层进行施工作业的过程中，采用联合支护技术对该工作面切眼进行支护处理，进而确保采面安装、回采的安全性。本文通过分析阐述二1-21070（里）采煤工作面位置及地质构造、切眼支护设计参数等，同时提出相应的政策建议，为松软厚煤层施工提供参考依据。

关键词：钢支护 大断面 扩切眼

1 矿井概况

平煤股份朝川矿一井设计生产能力为60万吨/年，斜井多水平上下山开拓方式。开采二1煤层，煤层厚度1～12m，平均厚度为5.8m。煤层自燃倾向性为Ⅱ级，属自燃矿井，自燃发火期12个月；煤尘具有爆炸性，爆炸指数22.2～25.3%。绝对瓦斯涌出量2.85m3/min，相对瓦斯涌出量3.29m3/t，为瓦斯矿井。

朝川矿一井二1-21070（里）采面位于二水平暗主斜井以东，二1-21070工作面以北，第四勘探线以西，采面南侧为二1-21070工作面采空区，煤柱宽度8～10m，采面北、东、西侧尚未采动。该工作面标高-185.0～-251.5m，可采走向长度293m，采面倾斜长度139m，可采面积40727m2，煤厚1～12m，平均厚度为5.8m，可采储量32万吨。根据二1-21070（里）综放工作面掘进揭露资料统计，该面煤层厚度变化较大，煤厚1.0m～12m，平均5.8m。该工作面为综合机械化放顶煤工作面，采用ZFY6800/17/32型掩护式放顶煤液压支架和ZFG7600/17.5/35H放顶煤过渡液压支架支护顶板，支架外形尺寸为（包括伸缩梁完全伸展尺寸）：6800mm×1430mm×1700mm和7600mm×1430mm×1750mm。

根据放顶煤工艺要求，二1-21070（里）采面切眼沿底板托顶煤施工，由于煤层松软不能采用锚网+锚索支护，切眼支护采用工字钢（12#）支护，上宽3355mm，下宽4411mm，净高2684mm。

2 二1-21070（里）采煤工作面位置及地质构造情况

朝川矿一井二1-21070（里）采煤工作面地质构造简单，为南东-北西倾向的单斜构造，倾向330°～20°，总体345°，煤层倾角6°～23°。该面煤层厚度变化较大，煤厚1.0m～12m，平均5.8m。无线电波透视分析报告显示，采面内推断出一煤层倾角变化分界线，分界线以南倾角约20°，以北煤层倾角约4°。采面内有一段受单斜构造的影响区域，局部地段易造成破顶回采。该工作面直接顶板以砂质泥岩为主，厚度平均5.4m，以砂质泥岩为主，厚1.00～1.50m。老顶为中细粒砂岩，厚15.2m。预计直接顶初次垮落步距3～5m，基本顶初次来压步距10～30m，基本顶周期来压步距7～10m。顶板岩性组合特征基本顶级别为Ⅱ级，直接顶类别为Ⅲ类。该工作面煤层直接底板为灰色块状泥岩，厚度2.0m左右，老底为砂质泥岩，厚度5.50m左右。

3 二1-21070（里）切眼支护设计参数

己16-17-21070（里）切眼总长140m，布置在二1煤层内，该段巷道地质条件复杂、存在构造，顶板松软、破碎，顶板上覆直接顶板以砂质泥岩为主，厚度平均5.4m，局部（东段）以砂质泥岩为主，厚1.00～1.50m。直接顶易脱落、难以控制。

根据放顶煤工艺要求，二1-21070（里）采面切眼需沿底板托煤层施工，由于煤层松软不能采用锚网+锚索支护，切眼支护采用工字钢支护。切眼掘进施工上净宽度为3355mm，与风巷贯通后，进行扩切眼。

扩切眼支护采取工字钢棚+锚索+木垛+点柱等联合支护形式，切眼断面跨度最大处为后出口，净宽7257mm、净高2684mm。中间断面跨度为净宽6857mm、净高2684mm。支护材料主要为矿用12#工字钢、锚索（规格为Φ17.8mm×8300mm）；整个切眼采用工字钢棚交叉架设，棚距为500mm；木垛（规格：宽度1500mm×长度2400mm）。点柱架设位置在工字钢棚梁交接处正中打一排，小断面切眼侧和扩切眼侧距交错梁口1500mm位置各打一排。点柱间距每米一根。

4 二1-21070（里）面切眼施工

4.1 施工方法：切眼掘进施工先掘进小断面切眼，上净宽度为3355mm，下净宽度4411mm，巷道高度2684mm，掘进架设工字钢棚时，锚索支护必须紧跟迎头距离不超过2m，锚索采用矩形布置，间排距2000mm，每掘进2m必须及时补打一排锚索。切眼与风巷贯通后，在原有工字钢棚（上净宽度为3355mm，下净宽度4411mm，巷道高度2684mm）基础上，对切眼进一步扩宽，扩宽宽度为4100mm，扩宽后切眼中部净宽度为7100mm，切眼下端头段4.5m巷道需扩至7257mm。在扩切眼过程中，扩宽处棚梁交接部位用U型卡连锁为一体，并在交接部位下边打设中柱；两边距交接处梁口1500mm位置各打一排点柱（液压单体支柱），并每隔7m（中见中）在两棚搭接段架设一个木垛，顶板破碎时缩小木垛间距为每隔5m（中见中）。切眼上口处煤层厚，采用注水泥浆和打设8.3m锚索加固。

4.2 支护形式（临时支护、永久支护）。切眼掘进和扩切眼施工过程中必须采用金属前探梁作临时支护，工字钢棚子对头交错架设，金属网、川杆护顶护帮，对顶板采用锚索配点柱支护形式进行加固，梁头交错处采用专用U型卡子连接，并在两棚交错梁中间架设铰接梁配单体柱对棚子进行加固。每隔7m在棚子搭接段架设一个木垛（中见中），无木垛段施工中柱，中柱间距550mm，每十根少打一根以便于行人。锚索间、排距2m，施工时点柱、锚索紧跟迎头，滞后不得超过3m。

4.3 支护规格。①切眼初次支护规格：净口上宽：3355mm、净高：2684mm。②切眼二次支护规格：上下端头段净口上宽4257mm、切眼中段净口上宽度3857mm，净高2700mm。③扩切眼时工字钢棚子对头交错架设，搭接长度600mm，扩宽后保证巷道净宽达到7257mm。净高2700mm。梁头交错处采用专用U型卡子连接，并保证连接牢固可靠。④锚索采用Φ17.8mm，长度8300mm低松弛钢铰线，每根锚索外露长度不大于350mm，托盘采用11#矿用工字钢，长度不小于600mm。锚索间排距2米，矩形布置，打锚索位置：首先上下端头段靠老塘侧628mm（扩切眼中间段为428mm）锚索与顶板垂线呈15°夹角；其次棚梁交接侧距离梁口1600mm锚索垂直顶板施工，锚索施工必须紧跟迎头、保质保量，锚索必须进入硬岩（稳定岩性）0.8m以上的深度，预应涨拉力不小于25MPa，锚固力不小于200kN。⑤木垛架设采用两个平行平面的坑木，坑木长分别为1500mm、2400mm；木垛规格：宽度1500mm×长度2400mm。木垛位置：两棚交错梁中间。木垛必须打在实底上，接顶严实，不实处使用木楔打严打实，木垛必须随掘进及时打好，滞后掘进工作面距离不得超过10m。⑥点柱采用1.2m铰接梁配2.8m单体液压柱打设。点柱位置：棚梁交接处正中一排，小断面切眼侧和扩切眼侧距交错梁口1500mm位置各打一排。点柱间距：每米一根，点柱必须打在实底上，并接顶严实，不实处使用木楔打严打实，点柱紧跟迎头，滞后不得超过3m。⑦扩切眼时上下端口工字钢梁采用特殊加工的工字钢梁，即2根12#工字钢梁并到一块，进行焊接，然后再用Φ10mm的钢筋1根并一根的焊到12#工字钢梁上，起加强筋的作用。

4.4 效果检验。切眼通过使用以上联合支护施工完成后，特别是扩切眼后，巷道宽度达7257mm，不仅在施工上实现安全施工，而且在支护强度、断面需求、运输需要等方面都得以保证。并于2012年11月初顺利实现回采，在回采、安装期间对切眼内的支护材料75%进行了回收，节约了可观的支护费用。该切眼托煤层大断面支护的成功实施，为顶板破碎松软或托煤层切眼特大断面工字钢支护安全施工提供了经验。

5 结语

①此种联合支护设计解决了托顶煤工字钢支护切眼扩大断面的支护需要，支护强度满足了需要。②在切眼支架安装完成后，在工作面开始回采后，切眼内67%的支护材料能够得到回收，大大节约了支护成本。

存在问题及建议：该工作面切眼支护实施联合支护技术，确保了采面安全安装、回采。但在回收切眼内支护材料时，由于切眼支护材料多、杂，因此工序繁杂。

参考文献：

[1]徐辉，李永富.大跨度煤巷软岩顶板控制技术研究与实施[J].内蒙古煤炭经济，2014（07）.

[2]李冬，陈辉，赵长青.差异化支护在煤矿中的应用与推广[J].内蒙古煤炭经济，2014（07）.

[3]狄磊.工作面大倾角掘扩切眼顶板管理技术研究[J].科技风，2012（02）.endprint