大断面切巷支护技术研究与应用

晋志强

（阳泉煤业（集团）有限责任公司一矿， 山西 阳泉 045008）

1 工作面概况

阳煤一矿在15号煤S8310工作面采用大采高综采技术。S8310工作面地面标高1150.0～1325.0 m，工作面标高613.0～665.0 m。S8310工作面可推进长度为1023 m，倾斜长度为220 m。工作面工业储量200.71万t，可采储量186.66万t，煤种为WY3。该工作面内15号煤层总厚度最大6.60m，最小6.35m，平均厚度6.51 m，煤层倾角1°～13°，平均6°，煤层赋存稳定，构造相对简单。

2 支护参数设计

2.1 锚杆半径

综合分析，确定顶锚杆、落山侧煤壁锚杆为Ф20 mm锚杆，工作面煤壁为Ф18 mm玻璃钢锚杆，这种方案不仅可以充分发挥锚固剂的锚固效果，还可以适当增加锚杆强度，减小开切眼围岩塑性区面积，提高开切眼围岩稳定性。

2.2 帮锚杆长度

帮锚杆的长度L由锚杆锚固段长度L1、软弱岩层厚度L2及锚杆外露长度L3三部分组成，即：

式中：L1为锚杆外露长度，其值主要取决于锚杆类型及锚固方式，取0.10 m；L2为锚杆有效长度，即煤帮塑性区宽度，取1.52 m；L3为锚杆锚固在稳定岩层的长度，0.3～0.5 m，取 0.3 m。

代入数值得L=1.92 m，取L=2.0 m，即帮锚杆长度为2.0 m。

2.3 顶锚杆长度

为了限制塑性区范围向深部围岩发展，顶锚杆长度应适当加长，但受到施工机具和巷道高度的影响，顶板锚杆长度一般为1.8～2.5 m，为了施工方便，顶锚的长度设计为2.0 m。

2.4 锚杆锚固参数

为了使锚固剂能够被顺利装到钻孔中，同时锚杆杆体又能充分搅拌锚固剂，比较合理的锚固剂直径应比钻孔直径小3～5 mm。钻孔直径为26 mm，选用直径23 mm的锚固剂。每根锚杆配3支锚固剂、1支MSK2335型树脂药卷、2支MSZ2335型树脂药卷。

2.5 锚索半径

锚索直径选取Ф17.8 mm。

2.6 锚索长度

锚杆支护的作用是保证锚固区内的岩层不发生离层，而锚索的作用是加强支护，保证锚固区与锚固区外的岩层不发生离层，为了保证锚索支护的有效性，需要将锚索锚固到上覆稳定岩层中。

锚索长度公式为：

式中：la1为锚索外露长度，取0.3 m；la2为锚索有效长度，8.6 m；la3为锚索锚固长度取，2.1 m。

代入数值取锚索长度La为11m。

2.7 锚索锚固参数

锚索锚固长度一般为1.0～2.0 m，采用的锚固剂为MSK2335型树脂药卷和MSZ2335型树脂药卷。单根锚固剂的锚固长度可用下式计算：

式中：；dr为锚固剂直径，取23 mm；D为钻孔直径，取26 mm；d为锚索直径，取17.80 mm；lr为锚固剂长度，取350 mm。

代入数值得la=515.5 mm，即单根锚固剂的锚固长度为515.5 mm。针对开切眼顶板不稳定的特点，可适当加长锚固长度，取锚固长度2.1 m，即每根锚索需要配4支锚固剂，选用1支MSK2335型树脂药卷和3支MSZ2335型树脂药卷。

3 现场开切眼支护方案

根据阳煤一矿现场实际情况，设计S8310大采高综采面回采巷道为矩形断面，开切巷沿15号煤层顶板截割煤体掘进，毛宽8300 mm，净宽8000 mm，毛高3600 mm，净高3500 mm。

现场S8310大采高综采面开切巷顶板支护形式（采用锚杆＋补强锚索＋钢带＋金属网联合支护）、落山侧帮支护形式（采用圆钢锚杆＋金属网联合支护）、工作面侧帮支护形式（采用玻璃钢锚杆＋塑料网联合支护）。

顶板采用BHW-950-220-4-4100的5眼W钢带+Φ20 mm×2000 mm的锚杆+Φ17.8 mm×5200 mm补强锚索+金属网联合支护，锚杆、索排间距800 mm×950 mm。每隔一排布置四根补强锚索，从落山侧向工作面侧分别在钢带的2、4眼内各打注两根补强锚索，其他眼布置锚杆。顶板两边锚杆距离巷道两帮175 mm，与垂直方向夹角15°，其余锚杆、索垂直与顶板布置。落山侧帮采用Φ20 mm×2000 mm圆钢锚杆+金属网联合支护，工作面侧采用Φ18 mm×2000 mm玻璃钢锚杆+塑料网联合支护，每排每帮布置4根锚杆，锚杆排间距为800 mm×900 mm，帮锚杆距离顶板400 mm，与水平夹角15°，帮锚杆距离底板500 mm，其余锚杆垂直与巷道帮部布置。巷道支护布置如图1所示。

图1 切巷顶板锚杆锚索布置图（单位：mm）

4 施工注意事项

切巷断面较大，需要二次成巷。施工时先小断面施工一侧，再施工另一侧。切巷为了安装方便，在采煤机位置，安装硐室。施工完后要根据工作面安装计划尽快安装，以免因巷道跨度大造成顶板离层下沉。切眼沿15号煤层顶板掘进。随着工作面推进到一定距离，采高达到6.51 m后，机头、机尾各10～20 m范围工作面要与两回采巷道平缓过渡，应掌握好采高和卧底量，防止出现工作面“急凹”所造成的设备事故。

5 支护效果分析

锚杆+锚索支护技术有效地控制了顶板位移，大大提高了巷道支护强度。为系统地对巷道的受力和变形进行分析，在切巷安装了5套矿压观测点，分别观测锚杆、锚索受力，顶板离层，顶板下沉，两帮位移，巷道底鼓。通过对巷道的矿压观测分析可知，顶板下沉量平均50 mm，有效地控制了顶板离层和下沉。帮锚杆有效地控制了两帮的相对移近量，两帮平均位移量仅为35 mm，两帮支护可靠，受力在可控范围，巷道底鼓量仅为60 mm。减小顶板锚索间排距，增加锚索、锚杆有效支护长度，增大锚索直径，可以有效地控制巷道的强烈变形，提高了围岩的稳定性，抑制了冒顶和片帮等现象的发生，保证了巷道的安全状态，说明支护设计具有较高的合理性和可靠性。