大倾角特厚煤层错层位布置切眼的施工方案

章之燕，孙守雨

(1.开滦 (集团)有限责任公司唐山矿业分公司，河北唐山063000;2.中国煤炭学会岩石力学专业委员会，北京100013;3.北京天地华泰矿业管理股份有限公司，北京100013)

在大倾角特厚煤层中，综放工作面巷道的布置形式通常是回风巷沿底运输巷沿顶布置。因此在施工切眼时，按照一般的施工工序是由运输巷向回风巷上山施工，这就要在运输巷开口必须托三角煤，由顶板按设计坡度旋转托顶煤施工，这样给切眼的施工和支护工作带来很多困难，在煤层较软或层理节理较发育时往往会发生抽冒现象，同层位布置不但掘进工序复杂、进度慢，而且当施工设计方案和支护出现问题有可能造成事故或设计切眼报废等。

开滦唐山矿Y294综放工作面巷道根据煤层赋存条件实施了错层布置，并通过实践对切眼的施工方案、支护形式、工序等进行了分析总结。

1 Y294工作面地质条件与巷道布置

开滦唐山矿Y294工作面位于岳胥区11水平，煤层沉积较稳定，煤层倾角较大，在27～33°之间，平均32°，厚度9.712m，平均在11.2m左右。煤层硬度较大，资料分析该煤层局部有夹石，厚度1.0～1.8m，岩性为黑色炭质泥岩，煤层的层理节理较为发育。

由于煤层厚度较大，平均倾角在32°，为提高资源采出率，运输巷采用了沿煤层顶板布置，回风巷沿煤层底板布置形式，切眼由运输巷沿顶板按设计角度旋转施工找煤层底板的施工方法，找到煤层底板后沿底板与回风巷贯通。工作面在回风巷采用高位瓦斯抽放钻孔抽放工作面采空区瓦斯，瓦斯抽放钻场在回风巷水平掘进至煤层顶板后布置钻场。工作面巷道及切眼布置如图1所示。

图1 工作面巷道及切眼布置

工作面回风巷沿底布置，托煤顶施工，设计采用29U可缩性金属拱形支架支护;运输巷沿顶板布置，采用4.5m×2.8m规格的锚网索联合支护;工作面切眼设计采用全煤锚网索支护，切眼设计断面为8.0m×2.8m。

2 切眼施工设计

Y294切眼由运输巷的设计位置开始掘进施工，与运输巷夹角为90°。采用由顶找底的旋转施工方法，开口按4.5°上山施工2m，然后按每掘进施工1.5m增加1.5°坡度上山找底，预计施工至28m位置见底，找到底后沿底坡度上山施工，施工设计方案如图2所示。由于切眼施工断面较大，宽度为8m，因此设计采用二次施工方案，即第一次施工宽度为4.5m，第二次施工宽度为3.5m，施工高度不小于2.8m，支护采用锚网索联合支护。

3 切眼施工方法

3.1 施工准备

由于工作面倾斜角度较大，在27～33°之间，当运输巷采用锚网支护时，其左帮高度可达4.15m左右，这样从运输巷施工切眼开口时就必须将煤层托住。因此，先在开口处巷道的左帮距底板3.0m位置紧贴1排钢带，宽度与切眼设计宽度相同，配合φ22mm×2400mm右旋等强螺纹钢锚杆对煤体进行加固，锚杆角度上仰10～15°，在钢带下方紧贴钢带平行布置4根锚索，锚索φ17.8mm×6500mm，锚索上仰60～80°。施工准备支护布置见图3。

图3 施工准备支护布置

3.2 开口施工

在做好开口准备的基础上，按照以下作业与支护方式分段施工:

(1)开口0～5m范围内 以风镐配合手镐施工为主，先在顶部扩刷出300～400mm，打上“W”钢带+锚网支护，完成上顶支护后再处理下部煤体，上顶锚网支护排距为300～400mm，眼距700mm，以此方法施工5m。当施工过程中遇下方煤体较硬，手镐、风镐施工困难时，配合放震动炮辅助施工，但在距上顶1m范围不得放炮，放炮眼数不超过10个，每眼装药量不超过150g，炮眼间距400～600mm，眼深0.6～0.7m。每施工完4排锚网支护后及时对上顶采用锚索进行加固支护，锚索采用φ17.8mm×6500mm，开口施工支护布置如图4所示。

(2)5～15m范围内 上顶继续采用风镐配合手镐施工为主，距上顶1.0m范围不准放炮。1.0m以下可布置放振动炮配合，炮眼可布置15个，每眼装药量不超过200g，炮眼间距400～600mm，眼深0.7～0.8m，锚网支护排距400～500mm，眼距700mm，锚索按设计随施工随加打，不得空班，锚索采用φ17.8mm×12000mm。施工支护布置见图4。

图4 开口施工支护布置

(3)15～30m范围内 锚网支护排距为500～600mm，眼距 700mm，锚索采用 φ17.8mm×12000mm，该范围可按设计炮眼布置和装药量进行正常放炮施工。当施工15m范围以后锚索距迎头距离不得超过10m，如遇地质变化、上顶破碎时，锚索紧跟迎头，随掘随打，并适当加密锚索。施工支护布置见图5所示。

图5 15～30m施工支护布置

(4)30m以后 锚网支护排距为600mm，眼距700mm，锚索采用φ17.8mm×12000mm，该范围可按设计炮眼布置和装药量进行正常放炮施工。施工支护如图6所示。

图6 30m以后支护布置

3.3 施工锚网索技术要求

顶锚杆采用φ22mm×2400mm右旋等强螺纹钢锚杆，每眼3个 CK2333型树脂药包或1个CK2333与1个K2350型树脂药包搭配使用，上顶使用2块2.3m“W”型钢带对接1个眼孔，托盘为高强度预应力托盘，顶网采用1.0m×5.0m的12号铅丝编制的菱形网。顶锚杆垂直顶板布置，偏差≤5°，每排两侧的顶锚杆与顶板法线方向向巷帮侧倾斜20～30°。两侧的顶锚杆距巷帮超过200mm时，补打单根顶锚杆，托盘使用高强度预应力托板加木垫，顶锚杆预紧力矩达到100N·m以上。

工作面侧最上一排帮锚杆采用 φ20mm×2200mm等强右旋螺纹钢锚杆，托盘为高强度预应力圆托盘配合200mm×200mm×40mm的木垫使用;第二排向下采用φ20mm×2000mm的玻璃钢锚杆，托板采用配套塑料托板，直径120mm，厚8～12mm，配合200mm×200mm×40mm的木垫使用，采空区侧帮锚杆采用φ20mm×2200mm等强右旋螺纹钢锚杆，托盘为高强度预应力圆托盘配合200mm×200mm×40mm的木垫使用;每眼使用2个CK2333型树脂药包或1个K2350型树脂药包;帮网采用2800mm×1700mm的12号铅丝菱形金属网。施工帮锚杆前，要用手镐将巷帮刷平刷齐，金属网要铺平绷紧。每帮帮锚杆均采用“五花眼”布置，间距0.6m，排距0.8～1.0m，最上一排距顶板不大于300mm，最下一排距底板不大于500mm，帮锚杆预紧力矩达到60N·m以上。

锚索补强要求:0～5m范围采用φ17.8 mm×6500mm的锚索，并要当班打;5m以后采用φ17.8 mm×12000mm的锚索，每个锚索眼使用2个CK2333型与2个K2350型树脂锚固剂搭配使用锚固，锚索托梁采用长度≥800mm的25U型支撑钢配高强度预应力托盘。张拉预紧力要求达到100kN以上。

4 施工成果分析

上述切眼施工和支护方法较为复杂，但达到了施工设计和安装条件的目的，因此，对类似工程施工有一定的借鉴作用。

(1)通过细致的施工设计和组织，完成了Y294工作面下部切眼的旋转施工，实现了工作面巷道的错层位布置，在生产过程中减缓了工作面支架的下滑，为安全高效生产奠定了基础。

(2)在大倾角煤层条件下，由于切眼是由顶找底按一定的旋转角度施工，在施工过程中，必须每隔2～5m要探顶煤和底板情况，及时掌握顶底煤的厚度，防止在旋转施工过程中出现找不见底的问题，达不到设计要求。

(3)在旋转施工过程中，由于设计是每施工1.5m变换1次角度，角度变换为1.5°，在现场施工中很难掌握。因此，在施工过程中测量工必须跟班测量，指导现场施工。

(4)在煤层较软，层理节理发育的煤层中施工时，由于在运输巷开口施工是由顶板穿煤层施工，如果采取的施工方案不对，上顶的煤层很难托住，尤其是开口位置的三角煤就更难托住，必须根据实际确定支护方案。

(5)工作面切眼采用旋转锚网索支护后，切眼内矿山压力无明显显现，围岩变形量不大，顶板变形量最大不超过4mm。在顶煤支护后基本处于稳定状态。

5 结束语

随着煤矿开采技术的不断提升，进行大倾角错层位巷道布置综采放顶煤工作面开切眼施工方法的研究，不仅有利于提高大倾角综采放顶煤工作面巷道布置形式的开切眼施工技术水平，而且对于推动综采放顶煤开采技术的发展和提高采出率有着积极作用和意义。

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