“三软”煤层大切眼全煤巷主被动联合支护技术应用

王宝华　董梁　郭海伟

摘要：针对郑州矿区“三软”煤层切眼大断面支护技术难题，以赵家寨煤矿12211综采工作面為试验地点，采用全锚网索+矿工钢主被动联合支护技术，经过现场施工、观测，取得了良好的支护效果。

关键词：大切眼；全煤巷；主被动支护

中图分类号：TB

文献标识码：A

文章编号：16723198（2015）07019502

1前言

郑煤集团赵家寨矿主采煤层为二1煤层，煤层厚度0～21.75m，平均煤厚5.5m，煤质松软，层理不清，易风化、崩解，呈现散体状，承载能力极低；直接顶板为泥岩、炭质泥岩或砂质泥岩，厚度0～2.7m，平均厚度18m；直接底板为泥岩、炭质泥岩或砂质泥岩，厚度35～5.8m，平均厚度4.5m，为典型的“三软”煤层。在此类煤层中，以往施工切眼采用矿工钢对棚支护，棚距600mm（中-中），由于巷道断面较大，难以有效控制巷道的强烈变形，部分地段出现棚腿内折、尖顶现象，甚至工作面安装期间还需重新落底扩巷等，这不仅需要投入大量的人力和物力，也严重影响工作面的正常安全生产。为此，我们选择在12211综采工作面切眼施工试验“主被动联合”支护，工程量180m，沿煤层底板施工，该切眼煤层厚度6～9m，平均煤厚8m，煤层倾角-2°～2°，煤层底板整体产状为：73°～106°∠3°～6°。

2支护参数的选择

2.1断面参数

该巷道用途为安装工作面综采液压支架、刮板运输机和采煤机等设备，巷道形状采用梯形断面如图1所示，净断面21.5m2，下净宽8187mm，净高2800mm。由于巷道宽度较大，设计采用两次施工成巷，其中一排巷净断面13.1m2，下净宽5187mm，净高2800mm；二排巷净断面10.3m2，下净宽3000mm，净高2800mm。

2.2支护参数及材料选择

锚杆：采用螺纹钢树脂锚杆Φ20mm×2000mm，打设在巷道帮部，间排距800mm×1000mm，托板100mm×100mm×8mm。

锚索：顶部采用直径Φ15.24mm×6000mm、Φ17.8mm×9000mm锚索，锚索间排距1200mm×1000mm；帮顶交界处向下300mm处采用Φ15.24×3000mm锚索，间距1000mm。6m、9m锚索托盘规格300×400×8mm，3m锚索托盘规格300mm×30mm0×8mm，均采用废旧U型钢加工。

支架：采用12#矿工字钢辅助支护，一排巷矿工钢规格4500mm×3000mm（梁×腿），二排巷矿工钢规格3500mm×3000mm（梁×腿），棚距1000mm（中-中），每棚工字钢打设5根撑杆，在二排巷梁头1.1m位置使用2.8m长点柱支护。

钢带：采用W钢带和H钢带配合使用，H钢带全断面支护，搭接处必须用锚杆（索）固定。W钢带厚5mm，顺巷打设，搭接不低于200mm，且必须孔与孔对照搭接，滞后迎头不得大于3m。

网：内层硬质塑料网规格12000mm×1400mm（长×宽），搭接200mm，联网间距100mm，联网采用专用塑料联网绳；外层菱形金属网规格12000mm×1400mm（长×宽），搭接200mm，联网间距100mm，联网采用12#铁丝，搭接处均联网两列。

锚固剂：采用K2350和Z2350两种型号，锚固剂快速、中速配合使用，6m、9m锚索4卷，最里端2卷为快速，其余为中速；3m锚索、锚杆2卷，最里端1卷为快速，其余为中速。

3施工工艺及质量要求

3.1施工设备

锚索打设采用MQT-130型气动振动式锚杆钻机，配B19中空六棱钎，钻头使用Φ28mm合金钢钻头。锚杆打设采用YT-28手持式风动凿岩机，配合长度2.4m，直径22mm的细麻花钻杆。

3.2施工工序

割（剔）巷道轮廓→出煤→铺网→临时支护→打设顶部Φ17.8mm×6200mm锚索、安装H钢带、张拉→出煤→架设矿工字钢棚→打设帮部锚杆（索）、椽子→滞后打设顶部Φ17.8mm×9200mm锚索（配合W钢带）。临时支护采用π型钢配合专用超前梁环，最大控顶距1200mm。

3.3锚杆索施工质量

（1）托板紧贴岩壁，锚杆预紧力矩达到煤巷150N·m，岩巷250N·m。

（2）Φ15.24mm的锚索预紧力18～25MPa；Φ178mm的锚索预紧力23～25MPa。

（3）锚杆外露长度10～40mm；锚索外露长度150～250mm。

（4）不同型号的树脂锚固剂不得混合使用，严禁使用变质发硬药卷。

（5）锚固剂安装标准见表1。

4矿压观测

4.1巷道表面位移的观测

在每个测站的顶、底板和两帮的中部各布置1个测点。采用“十字测量法”进行观测。现场每3天观测1次，两帮采用测枪进行量测，顶底板使用测杆进行测量，主要观测内容包括顶底板相对移近量CD、两帮的相对移近量AB。

通过现场跟踪观测记录数据分析发现，12211开切眼在采用锚网索主动支护+矿工钢套棚防护联合支护后基本不发生显著位移。

4.2锚索受力及顶板离层监测

（1）测试方法及测试仪表。

使用手持式数据采集器每3天对传感器数据读取一次。

（2）观测频度。

初期观测2～3天一次，若前后两次观测值差别较小，则可适当拉长相邻两次观测的时间间隔，否则应减小相邻两次观测时间的间隔，增大观测频率。

绘制监测数据结果曲线，根据曲线变化，判断顶板煤层与岩层之间的离层情况。同时根据曲线判断锚固范围内离层情况，及时加强支护，维护顶板稳定。观测曲线图如图2所示。

通过数据曲线分析可见：在全锚网索+矿工钢联合支护的作用下，直到安装支架开始顶板基本无显著离层现象；锚索拉力从仪器安装上到工作面支架开始安装逐步承载。试验证明12211切眼全锚网索+矿工钢联合支护达到了预期支护效果。

5效益分析

我矿以往开切眼巷道均采用对棚工字钢支护，使用木椽子、塑料网背帮背顶，打3道连锁加固，每米支护材料成本共计6198元。调整为主被动支护后，每米支护材料成本共计3189元。每米材料节省投入3009元，该巷道工程量180m，材料投入共节约资金54.2万元；矿工字钢回收率从原来的80%提升到100%，节省投入18.1万元；出勤人员由往常每班13人减少到8人，节省工资29.8万元；工作面安装期间减少落底、扩巷等工序，安装工期比原工期缩短50%，相应节省工资约11万元，共计节节省成本约113.1万元。另外，采用主被动联合支护解决了工作面开切眼由于围岩压力较大，棚式支架将难以回收，造成支护成本过高，经济性差和工人劳动强度大，加工及运输不方便，被动支护切顶和护帮效果差的难题。