大断面切眼顶板分区控制技术

张 瑞

(大同煤矿集团马道头煤业有限责任公司，山西大同037100)

1 工程地质概况

矿井批准开采3-15#煤层，生产规模为150×104t/a。井田面积为8.426km2，

目前正在掘进六采区大断面工作面切眼，根据矿井提供的地质资料显示大断面切眼巷道左侧曾经受过临近工作面的采动影响，切眼顶底板岩性软弱，在巷道掘进过程中不会遇到很大的地质构造带，在大断面工作面切眼掘进过程中会遇到，K10-8砂岩含水层。该巷道掘进后受到上覆岩层矿山压力影响，K10-8砂岩含水层富水区将通过有效裂隙渗入工作面，正常涌水量预计2m3/h，最大涌水量预计为5m3/h[1]。

六采区工作面切眼断面为矩形，巷道毛宽7m，毛高2.7m，巷道断面积18.9m2属于大断面巷道，工作面沿3#煤层顶板掘进，大断面工作面切眼顶板岩性多为泥岩，岩性软弱。原采用锚杆锚索联合支护。由于工作面断面大且左侧受临近工作面采动影响，给巷道掘进带来困难，工人施工进度缓慢，在掘进初期巷道顶板和两帮变形严重，威胁矿井安全生产。

2 大断面切眼围岩变形破坏情况分析

矿井大断面切眼在掘进后20d内，顶板出现明显下沉，巷道围岩变形破坏严重，威胁矿井安全生产。根据井下对现场进行实地考察和跟现场工作技术人员沟通，现对大断面切眼围岩变形破坏情况分析如下：

（1）大断面切眼顶板破坏情况：在大断面切眼掘进后20d内，顶板出现明显下沉，由于巷道断面过大，有些地方下沉量最大可达到600mm，威胁矿井安全生产带来隐患。巷道顶板部分锚杆已经出现托盘被挤压变形情况。

（2）大断面切眼两帮破坏情况；在大断面切眼掘进后20d内，两帮变形相对顶板变形量要小也达到500mm，大断面切眼左帮变形量明显大于右帮，根据现场工人反映由于左边受过采动影响，所以变形比较明显，应该加强支护。

3 大断面切眼顶板分区支护参数

大断面开切眼采用矩形巷道布置，巷道毛宽7000mm，毛高2700mm，巷道断面积18.9m2。如图1所示。

大断面开切眼一切眼和二切眼顶板共打8根锚杆，其中掘进时一切眼顶板锚杆间排距为900mm，在大断面切眼中线采用单体液压支柱加强支护。掘进时二切眼顶板锚杆间排距为950mm；在掘进过程中一切眼和二切眼两帮高相同，断面左帮和右帮各打3根锚杆，掘进时一切眼和二切眼两帮锚杆排距和间距相同为1000mm。具体的支护参数如下所述。

3.1 一切眼顶板和两帮支护参数

（1）顶板锚杆：大断面开切眼在掘进一切眼过程中使用规格为∅20mm×2000mm的左旋螺纹钢高强锚杆，匹配型号为120mm×120mm×10mm高强螺母与高强拱形托盘。锚杆机打钻孔时∅28mm。放置树脂药卷K2335与Z2360各1支。巷道顶部锚杆间用梯子梁和金属网进行辅助支护，顶板梯子梁使用∅14mm的钢筋加工而成，长度为4000mm。搭配金属网防止矸石坠落，金属网规格为4000mm×1100mm的菱形网。金属网之间用铁丝进行连接。切眼顶板锚杆预紧力矩要大于300N·m。顶板锚杆设计锚固力大于100kN[2]。

（2）顶板锚索：采用∅17.8mm，长7.3m的1×7股的高强锚索，一切眼锚索间距为1500mm，与锚杆交错布置，锚索一排布置2根，排距2.0m。放置树脂药卷1支K2335与2支Z2360进行锚固。切眼断面锚索托盘规格为300mm×300mm×12mm的高强球型托盘，锚索施工时预紧力应不小于200kN。当遇到破碎地段时候，两根锚索之间应用钢槽连接为整体，才能更好发挥锚索作用。

（3）两帮锚杆：为了方便采煤机割煤锚杆规格内侧型号为∅20mm×2000mm玻璃钢高强锚杆，配套托盘和螺母。配150mm×150mm×10mm高强拱形托盘和高强螺母。钻孔直径不大于28mm，放置树脂药卷K2335与Z2360各1支。螺纹钢锚杆预紧力矩不低于300N·m，玻璃钢锚杆预紧力矩不小于60N·m。锚杆锚固力要大于80kN[3]。

3.2 二切眼顶板和两帮支护参数

（1）顶板锚杆：大断面开切眼在掘进二切眼过程中使用规格为∅20mm×2000mm的左旋螺纹钢高强锚杆，匹配型号为120mm×120mm×10mm高强螺母与高强拱形托盘。锚杆机打钻孔时∅28mm。放置树脂药卷K2335与Z2360各1支。巷道顶部锚杆间用梯子梁和金属网进行辅助支护，顶板梯子梁使用∅14mm～∅16mm的钢筋加工而成，长度为3100mm。搭配金属网防止矸石坠落，金属网规格为3100mm×1100mm的菱形网。金属网之间用铁丝进行连接。二切眼顶板锚杆预紧力矩要大于300N·m，且不能大于500N·m。

（2）顶板锚索：采用∅17.8mm，长7.3m的1×7股的高强锚索，锚索的有效长度为7.1m左右，锚索间距1500mm，与锚杆交错布置，锚索一排布置1根，距离巷道中部1500mm，与锚杆交错布置，排距2000mm，放置树脂药卷1支K2335与2支Z2360进行锚固。二切眼顶板锚索托盘匹配300mm×300mm×12mm的高强球型托盘，锚索施工时预紧力应不小于200kN。锚索张拉后要对锚杆进行二次紧固[4]。

（3）外帮锚杆形式和规格：为了割煤方便使用高强玻璃钢锚杆，规格为∅20mm×2000mm；锚杆托盘采用尺寸不小于150mm×150mm的配套托盘；加长树脂锚固，钻孔直径不大于28mm[5]，锚固剂规格为K2335和Z2360各一卷。

图1 大断面切眼分区控制锚杆、锚索布置（单位：mm）

4 监测结果及分析

为了检验大断面切眼支护效果，在大断面切眼往里50m布置测站。巷道表面位移观测结果如图2所示，在支护监测前期巷道顶底板和两帮移近量呈逐渐增长趋势，顶底板变形量最大可达到160mm，两帮变形量最大可达165mm，围岩变形量都在一个月左右趋于稳定。根据监测结果可知：对大断面切眼顶板采用分区控制技术，即通过单体支护作为临时支护，和巷内锚杆锚索联合支护效果明显。巷道顶板和两帮围岩变形量小，大断面切眼顶板得到了有效控制。保证了矿井大断面切眼掘进支护安全，为类似条件矿井提供了技术参考。

图2 巷道表面位移观测结果