浅谈大采高综采工作面切眼大断面支护技术

王贻勤

(神华乌海能源利民煤焦公司煤矿,内蒙古乌海　016040)

浅谈大采高综采工作面切眼大断面支护技术

王贻勤

(神华乌海能源利民煤焦公司煤矿,内蒙古乌海016040)

大断面切眼成巷的关键是支护技术。本文总结了特大断面成巷掘进工艺及顶板支护技术的先进做法和成功经验。

大断面切眼支护技术

大采高综采工作面切眼为宽断面，是由工作面切眼内所要安装的一整套大采高综采设备确定的断面尺寸。2013年11月神华乌海能源公司利民煤焦公司煤矿于装备了一套6.3m大采高综采设备，工作面切眼设备安装遵循的顺序，首先是先摆放支架，然后安装刮板输送机、采煤机等设备。根据所安装的这些设备，要求切眼断面尺寸要达到宽×高=9500mm×4000mm，如此宽的巷道不可能一次掘到位，需要二次扩帮方可成巷。关键的问题如何控制切眼宽断面成巷的顶板，顶板的支护技术尤为重要。

1　工作面概况

利民煤焦公司煤矿大采高综采首采Ⅱ011603工作面，位于16#煤层1采区，走向长度1200m，工作面倾斜长240m，煤厚3.34～8.67m，平均厚5.16m，煤层倾角3°～12°，平均为6°。16#煤层伪顶岩性为泥岩，直接顶岩性为砂质泥岩，老顶为粉砂岩。Ⅱ011603工作面切眼巷道断面为矩形，毛宽9.5m，毛高4m，毛断面面积为38m2，净宽9.3m，净高3.9m，净断面面积为36.27m2。

2　切眼施工工艺

2.1掘进工艺

根据围岩稳定性分类方案，得到巷道的围岩稳定性分类结果，沿16#煤层顶板掘进的巷道为Ⅳ类不稳定巷道 。因为没有充分的掘进条件，切眼宽度为9500mm尺寸不可能一次掘够，所以采用分次截割，二次成巷的方式掘进。先使用EBZ-160型掘进机，向前掘进5000mm×4000mm(宽×高)断面的巷道，贯通后再进行扩帮后达到安装设备要求的9500mm宽度。用EBZ-160型掘进机来完成割煤和装煤，使用与其配套设备，来完成临时支护、永久支护工序，用刮板输送机和胶带运输机运煤。

2.2支护工艺

2.2.1支护形式

该巷为回采巷道，围岩较松软;巷道断面较大，最宽为9500mm，高为4000m。根据巷道围岩的地质力学条件，采用锚网锚索+W型钢带联合支护，顶板选用φ20×2400mm的螺纹钢锚杆，两帮选用φ16 ×1800mm的玻璃钢锚杆，锚索采用φ17.8×7200mm的钢绞线。

(1)巷道支护方式。临时支护方式采用机载液压前探梁支护。顶板永久支护距工作面最大距离为2.3m，最小为0.5m。帮锚永久支护最上部两根距工作面不得大于5m，下部剩余锚杆距工作面不得大于25m。

(2)确定锚杆(锚索)锚固长度。①顶板采用φ20mm高强度螺纹钢锚杆，两帮采用φ16mm玻璃钢锚杆时的锚固长度与锚固力。根据φ20mm的高强度螺纹钢锚杆的破断载荷，φ16mm玻璃钢锚杆杆体的极限载荷，树脂药卷与钻孔壁的粘结强度，因此为保证锚杆尽快获得锚固力，提高掘进速度，并考虑到施工操作速度和不同药卷凝胶时间的配合，在实际施工中，每孔采用MSCK 2360树脂锚固剂1卷。1卷锚固剂的长度为则通过计算确定，顶锚杆每孔实际锚固长度为:0.83m，帮锚杆每孔实际锚固长度为:0.54m，每根顶板采用锚杆的实际锚固力为182KN。每根帮锚杆的实际锚固力为62KN。②确定锚索的锚固长度与锚固力。根据锚索的破断载荷，树脂药卷与钻孔壁的粘结强度，则通过计算确定每孔实际锚固长度为:2.04m，每根锚索的实际锚固力为370KN。锚杆每根使用MSCK 2360型锚固剂一根，锚索每根使用MSCK 2360型锚固剂三根，符合支护要求。

2.2.2工艺要求

(1)顶锚杆选用Φ20×2400螺纹钢锚杆，配套使用半球形垫圈，快速安装的高强螺帽，每根锚杆使用MSCK 2360型锚固剂1根，锚固形式均为端部锚固，锚杆孔深为2300mm，外露螺母长度为10-40mm，选用100mm×100mm×10mm蝶形钢托盘。锚固力不小于10t，预紧力不低于200N.m。其上、下端口10m范围，顶锚杆间排距为850mm×900mm，呈矩形布置;剩余220m巷道，顶锚杆间排距为900mm×900mm，呈矩形布置。

(2)帮锚杆选用Φ16×1800的玻璃钢锚杆，快速安装的高强螺帽，每根锚杆使用MSZ2360型锚固剂1根，锚固形式均为端部锚固，锚杆孔深为1700mm，外露长度不大于100mm，选用500×300×50木托盘及100mm×100mm×6mm平钢托盘。锚固力不小于5t，预紧力不低于70N.m。帮锚杆间排距为1100mm×900mm，均呈矩形布置。

(3)锚索采用Φ17.8mm钢绞线，L=7200mm，每根锚索使用MSCK 2360型锚固剂3根，锚索孔深为7000mm，锚索外露出锁具长度为150-250mm，锚索托盘规格为300mm×300mm×10mm。锚固力不小于15 t，预紧力不小于100KN，锚索间排距为2000mm× 2700mm。

(4)巷道顶板铺设Ф6钢筋制作而成的钢筋网，其网孔规格为100 ×100mm，重量为4.6kg/m2。每排顶锚杆上，配套增设W型钢带，其规格为4925×280×2.75mm。切眼回采侧采用双抗(即抗阻燃、抗静电)双向拉伸塑料网，其网孔规格为35(±5)×35(±5)mm，密度在0.92×103Kg/m3左右;老塘侧不铺设塑料网。顶网与顶网、顶网与帮网、帮网与帮网搭接处用双股14#铁丝三花状连接必须要拧够3圈，压茬不小于100mm，链网间距为200mm。网片压茬处必须压接牢固使其紧贴顶板及两帮煤壁。

(5)巷道二次扩帮形成全断面后，在巷道中心加设一排木支柱，支柱直径在(20—24)cm之间，柱距为1800mm。支柱必须穿柱靴，戴柱帽，打在实底上，保证迎山有力。支柱距离工作面的距离不大于3.5m。

(6)如巷道超高500mm时，两帮各补打一根帮锚杆;巷道超宽500mm时，顶板补打一根顶锚杆。

3　顶锚杆(锚索)帮锚杆支护参数校核

3.1顶锚杆长度校核

顶锚杆通过悬吊作用，以达到支护效果的条件，经公式计算校核，实际所选顶锚杆规格为φ20×2400mm的螺纹钢锚杆符合要求。

3.2帮锚杆长度校核

帮锚杆通过加固帮体作用，以达到支护效果的条件，经公式计算校核，实际所选帮锚杆规格为φ16×1800mm的玻璃钢锚杆符合要求。

3.3按锚杆所能悬吊的重量校核锚杆的排距:

考虑每根锚杆悬吊岩体重量，锚杆锚固力，应能承担悬吊岩体的重量。考虑安全系数，实际锚杆间排距值小于经公式计算校核锚杆间排距值，符合支护要求。

3.4锚索长度校核

通过公式计算校核长度，实际所选锚索规格为φ1 7.8× 7200mm的钢绞线，符合支护要求。

3.5悬吊理论校核锚索排距

锚索的主要作用是将锚杆加固的岩层梁悬吊在顶板上部深部的稳定岩层中，通过悬吊理论及锚杆锚索共同支护顶板的实际情况，按照最严重稳定的的冒落方式考虑。此时，靠巷道两帮的角锚杆和锚索一起发挥悬吊作用，在忽略岩体粘结力和内摩擦力的条件下，取垂直方向的平衡，实际所选锚索排距值小于通过公式计算得出锚索排距值，符合支护要求。

4　支护工艺流程

每循环支护工艺流程为:敲帮问顶——将网片连接好放到机载液压前探梁上——机载液压前探梁升起将顶网紧贴顶板——打顶板中间的锚杆孔——装树脂卷——安装中间顶板锚杆——用锚杆机搅拌树脂卷——打顶板两边锚杆孔并安装锚杆——锚杆二次预紧。

5　支护效果

利民煤焦公司煤矿所有掘进护巷道全部采用锚网、锚索联合这种支形式。

(1)锚杆支护所用锚杆一般都比锚索支护所锚索短，因此锚杆支护比锚索支护预应力小，承载能力差。采用锚索支护是为了保持巷道围岩更加稳定，将锚索深入到深部稳定岩石中，预先给被加固的岩体施加压应力，使岩体的松动变形受到限制。

锚索支护形成的压缩圈厚度远远大于锚杆支护形成的压缩圈厚度。锚索支护可将上部稳定岩层和下部锚杆支护组成的岩层梁复合在一起形成拱梁，加强和提高了顶板的整体性、稳定性、自承能力。

(2)用锚网、锚索联合支护，可大大降低巷道每米支护费用，每年可节约大量支护费用，经济效益比较明显。

(3)巷道采用锚网、锚索联合支护，其运输空间大、可减少运输量、运输环节及支护材料的消耗，可大大降低工人劳动强度。用锚网、锚索联合支护可避免空顶作业，短掘短锚能做到及时支护，安全生产环境可得到改善， 带来显著的社会效益。

(4)相对巷道断面而言，用锚网、锚索联合支护巷道空间占的少，巷道断面利用率高，很明显可降低通风阻力，安全生产环境可得到改善。

6　结语

(1)在38m2大采高综采工作面切眼的掘进过程中，采用了锚网、锚索联合支护形式是很理想的，它可对顶板进行有效控制，达到支护要求强度。巷道空间占用少，可满足设备安装需求。

(2)从大采高工作面切眼大断面支护，采用锚网、锚索联合支护形式来看，证明我们所选用锚网、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，说明锚网、锚索支护技术是非常成熟有效的，应该进行广泛推广使用。

[1]赵兴东.井巷工程.冶金工业出版社,2014年1月第2版.

[2]张登明.煤矿开采方法.中国矿业大学出版社.2009年4月第1版.

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[4]钱鸣高,石平五,许家林.矿山压力岩层控制.中国矿业大学出版社, 2010年9月第2版.

王贻勤(1963.8—),男,山东昌乐人,本科,内蒙古科技大学,研究方向:采煤工程。