大断面开切眼锚网索支护技术实践

2015-05-08乔颖

江西煤炭科技 2015年2期

乔颖

（1.太原理工大学，山西太原030024；2.山西高平科兴牛山煤业有限公司，山西晋城048400）

山西牛山煤矿综采工作面大断面开切眼均采用工字钢棚架支护，属于被动式支护，在切眼掘进和巷道安装过程中经常出现工字钢棚倾斜、歪倒、变形现象，给现场管理和施工作业带来较多问题。同时，在采用工字钢棚支护切眼时，不仅要多次对歪斜、变形的工字钢棚进行维护，同时在安装支架后还需要对工字钢进行回收，这样需要消耗大量的时间和劳动力〔1～3〕。近年来，随着锚杆、锚索支护技术的不断发展，很多综采工作面开切眼已经采用锚网索支护方式，其主要优点是可以利用锚杆、锚索的悬吊作用、组合拱作用来促使开切眼顶板形成统一整体，可有效提高开切眼围岩的稳定性和整体性，进而提高开切眼的安全性〔4～6〕。3031工作面开切眼设计跨度为9m，按照以往支护经验若采用原来的工字钢棚支护可以满足支护要求，但为了提高支护质量、降低支护材料消耗和劳动强度、节约时间，决定借鉴其他矿井大断面锚网索支护经验，对3031工作面开切眼实施锚网索支护。

1 工程概况

3031综采工作面位于矿井西翼采区，北部为正在掘进的3032工作面回风顺槽，南部和西部为矿井边界，东部为采区下山。该工作面所采煤层为山西组3＃煤层，煤层赋存较稳定，煤层厚度为5.8～6.2m，平均为6.0m，煤层倾角为4.5°～8°，平均为6.5°，煤层中上部有一层厚为0.1～0.24m的炭质泥岩夹矸，属于稳定可采厚煤层。工作面采用“一进两回”式通风方式，即运输巷进风，回风巷和瓦斯排放巷回风。3031工作面设计可采走向长度为1362m，倾斜长度为260m，埋深为365～387m；工作面围岩条件较好，伪顶为厚0.3～0.75m的灰黑色、致密结构较好的砂质泥岩；直接顶为厚6.5～8.4m的灰白色、局部夹有煤屑的细粒砂岩；基本顶为厚18.7～25.4m的灰白色、含石英及长石等矿物质的粗粒砂岩；直接底为厚1.8～3.1m的灰黑色泥岩－砂质泥岩。工作面采用一次采全高进行回采，切眼断面（宽×高）为9000mm×4800mm，切眼沿工作面底板掘进。

2 切眼断面和支护参数的确定

根据其他矿井大断面开切眼锚网索支护经验，决定将3031综采工作面开切眼设计成正规矩形断面，为了保障配套综采设备的正常安装，设计开切眼掘进方式为沿底板倾向掘进，断面规格（宽×高）为9m×4.8m。考虑到3031开切眼断面过大，一次成巷施工难度较大，且现场管理和支护较困难，决定采用二次成巷的方式进行掘进，即首先沿采空区侧掘进宽4.8m的开切眼，然后采用扩巷掘进方式，沿切眼外帮侧刷巷4.2m，两次掘进巷高度均为4.8 m，待开切眼施工完毕后即形成原设计断面。

2.1 切眼支护参数的确定

由实验室围岩力学试验结果可知，3031工作面顶板围岩条件较好，适合采用锚网索支护。但考虑到工作面断面过大，且部分地带可能存在破碎带、构造带等顶板条件较差的局部地带，可采用工字钢配合单体液压支柱或者化学注浆进行加固，开切眼支护断面见图1。

图1 13031综采工作面开切眼支护示意

（1）顶板支护参数的确定：根据锚杆长度经验计算公式确定锚杆长度为2.48m，同时结合顶板围岩条件最终决定选用锚杆型号为Φ20mm×2500mm的左旋无纵筋螺纹锚杆，锚杆配套托盘采用120mm×120mm×8mm的碳钢托盘，根据大断面开切眼支护经验确定锚杆间排距为800mm×800mm；根据围岩物理特性和开切眼断面尺寸，决定选用Φ17.8mm×9500mm型号锚索进行支护，锚固长度为1200mm，根据锚索间排距经验计算公式确定锚索间排距为1600mm×1600mm，锚索托盘采用150mm×150mm×10mm的碳钢托盘；为了提高顶板支护强度，选用钢筋焊接而成的4000mm×100mm规格的托梁和由10＃铁丝焊接而成的网格为100mm×100mm金属菱形网，配合顶板锚杆和锚索对顶板进行支护；锚杆采用K2335型和Z2360型锚固剂各一卷进行锚固，锚索采用一卷K2335型和两卷Z2360型锚固剂进行锚固。

（2）两帮支护参数的确定：借鉴其它矿井支护经验，决定在开切眼两帮采用锚杆配合金属网进行支护；根据锚杆长度经验计算公式确定所需锚杆长度为1.97m，同时结合煤体力学特征，决定选用Φ18mm×2000mm左旋无纵筋螺纹钢锚杆对开切眼两帮进行支护，同时选配网格为100 mm×100mm的由10＃铁丝焊接成的金属网进行联合支护。锚杆锚固剂选型和用量同顶板锚杆支护相同。

（3）补强支护：若在掘进过程中遇到顶板不稳定、破碎带等顶板异常现象时，可采用“11＃工字钢＋单体液压支柱＋片网”进行补强支护，工字钢沿掘进方向布置，采用“一梁四柱”进行架设，同时应确保单体液压支柱压力不低于90kN。若顶板破碎带影响范围较大，可采用马丽散等化学加固剂对顶板进行加固，待顶板稳定后，方可按照施工工艺进行掘进。

3 施工技术要求

1）在开切眼掘进过程中，尽量减少空顶、空帮的范围和时间，严格按照“边掘边支”的支护原则，尤其在扩巷施工时，要首先确保一次掘巷后的支护质量合格，否则应改善原一次支护体系后方可继续二次掘巷。在进行锚杆、锚索施工时，应合理确定施工作业时间，确保顶板不出现冒、漏现象；同时，锚杆钻具应满足设计钻孔要求，钻孔间排距应符合设计要求，尽量保证锚杆、锚索受力均衡，从而避免因支护不当造成的巷道顶板应力集中现象。保证开切眼支护质量的前提是锚杆、锚索锚固效果符合要求，即首先将钻孔和锚杆、锚索的锚固段用水反复冲洗干净；安装锚索时采用边推边顶的方式进行一次性连续搅拌，同时严禁提前捅破锚固剂，等待一定时间后，按照施工设计要求上托梁、托盘、索具等。最后，进行锚杆、锚索抗拔力试验，符合要求方可组织验收。

2）在开切眼施工前要组织人员进行专门培训，使全体工作人员熟练掌握巷道掘进和锚网索支护施工要求和注意事项。每班开工前，需由经验丰富的老工人进行敲帮问顶，并由专职验收员对每班的工程进行确认。生产科、开拓科等相关科室，负责开切眼掘进施工和支护施工的指导和监督，每天组织人员对开切眼施工各工序进行巡回检查，发现问题，及时分析和处理。

4 切眼支护效果分析

3031综采工作面大断面开切眼，其掘进和支护难度大，质量要求高。因此，在距离上安全出口210m、130m、50m处各布置两个测站，运用十字交叉法对巷道收敛情况进行观测。由观测结果可知，在距离开切眼掘进迎头15～27m，切眼变形较明显，随着掘进工作的继续，巷道收敛速度逐渐减小，直至趋于稳定，受掘进影响范围约为45～50 m；其中两帮移近量约为130～145mm，顶底板移近量约为75～86mm。由此可知，整体来说开切眼变形量较小，采用锚网索支护方式可以有效控制开切眼变形，不会对支架的正常安装造成影响。