大断面切眼掘进二次支护技术研究

邓 帅

（山西汾西正文煤业有限责任公司， 山西 孝义 032300）

引言

目前，矿井正在回采三采区煤层，三采区掘进工作面地面相对位置是南李村农田，地面无建筑物，煤层底板标高为+760～+763 m，位于煤矿井田二采区的东南部。本井田总体为一地堑，地堑内为倾向南南东-南东的单斜构造，地层倾角2°～3°左右，地堑的西北部高庙山正断层，东南部为高平正断层[1]。井田内无陷落柱，经大量的开采和巷道揭露，井田内断层不发育。矿井瓦斯等级为瓦斯矿井。属为不易自燃煤层。据区域资料和矿井调查，井下未发现地温与地压异常，区域钻孔测温资料，3号煤层地温15℃左右，属正常区。

三采区工作面切眼掘进断面为矩形，巷宽6.7 m，高2.6 m，巷道断面积17.42 m2属于大断面巷道。分2次掘进成巷，大断面切眼掘进时沿着3号煤层顶板掘进。为保证3号煤层工作面开切眼安全快速掘进，对大断面切眼支护方案进行确定，确保井下巷道的快速掘进、安全使用和工作面的安全开采。

1 大断面切眼掘进时不利条件分析

1）巷道断面过大断面积17.42 m2，相比常规巷道掘进工序更加复杂。

2）工作面切眼沿着顶板掘进，顶板岩性软弱为泥岩，加剧了支护的难度。

3）大断面切眼掘进时，没有及时进行临时支护，加剧了顶板围岩变形破坏。

2 大断面切眼掘进二次支护方案

工作面开切眼掘进宽度为6 700 mm，掘进高度为2 600 mm，分两次掘进成巷，分次支护。一切眼宽4 200 mm，二切眼宽2 500 mm。

顶板为8根锚杆，锚杆间距900 mm；两帮各3根锚杆，间距为1 000 mm，锚杆排距参照间距确定为1 000 mm。

2.1 一次掘进顶板和两帮支护参数

1）顶板锚杆：使用左旋螺纹钢高强锚杆规格为Φ20 mm×2 400 mm，匹配规格120 mm×120 mm×10 mm高强螺母与高强拱形托盘。打钻时候孔直径为28 mm，树脂药卷规格为K2335和Z2360各1支，巷道顶板配以金属网与钢筋梯子梁来进行辅助支护，其巷道顶部梯子梁有效长度是4 200 mm，规格Φ14 mm的钢筋自行加工[2]；巷道顶板金属网型号是4 200 mm×1 100 mm使用菱形网来匹配，相邻之间网搭接大约100 mm，用铁丝进行联结。施工时候锚杆预紧力矩要确保不小于300 N·m。顶板锚杆设计锚固力大于100 kN。

2）顶板锚索：采用Φ17.8 mm，长7.3m的1×7股的高强锚索，锚索的有效长度为7.1 m左右，锚索间距1 350 mm，与锚杆交错布置，锚索一排布置2根，排距2.0 m。两根锚索之间用16—20号槽钢连接成一个整体，且锚索向外倾斜一定角度；施工时候锚索用型号一支K2335，2支型号Z23603树脂药卷来进行锚固剂锚固，匹配300 mm×300 mm×16 mm的高强球型托盘，锚索预紧力应≥200 kN，锚固力应大于300 kN[3]。

3）两帮锚杆：锚杆规格内侧型号为Φ20 mm×2 000 mm玻璃钢高强锚杆，配套托盘和螺母。配150 mm×150 mm×10 mm高强拱形托盘和高强螺母，为配套产品。钻孔直径≤28 mm，K2335和Z2360各一支用作为锚固剂的规格，玻璃钢锚杆预紧力矩不小于60 N·m。锚杆锚固力要大于80 kN。

2.2 二次掘进顶板和两帮支护参数

1）顶板锚杆：使用左旋螺纹钢高强锚杆规格为Φ20 mm×2 400 mm，专用锚杆钢材，杆体屈服强度不低于335 MPa，极限强度不低于380 MPa，杆尾螺纹规格M22，采用滚压加工工艺成型。匹配规格120 mm×120 mm×10 mm高强螺母与高强拱形托盘。打钻时候孔直径为28 mm，树脂药卷规格为K2335和Z2360各1支，巷道顶板配以金属网与钢筋梯子梁来进行辅助支护，其巷道顶部梯子梁有效长度是2 600 mm，规格Φ14～Φ16 mm的钢筋自行加工[4]；巷道顶板金属网型号是2 600 mm×1 100 mm使用菱形网来匹配，相邻之间网搭接大约100 mm，用铁丝进行联结。施工时候锚杆预紧力矩要确保不小于300 N·m且不能大于500 N·m。

2）顶板锚索：采用Φ17.8 mm，长7.3 m的1×7股的高强锚索，锚索的有效长度为7.1 m左右，一排一根，距离巷道中部锚索1 350 mm，与锚杆交错布置，排距2 000 mm，锚索必须紧跟迎头施工；施工时候锚索用型号一支K2335，2支型号Z23603树脂药卷来进行锚固剂锚固，药卷理论锚固长度是1.5m,在锚索锚固端1.4 m地方加挡圈，锚索托盘匹配300 mm×300 mm×16 mm的高强球型托盘[5]，施工时候锚索预紧力应≥200 kN。锚索张拉后要对锚杆进行二次紧固。

3）外帮锚杆：煤柱侧采用规格为Φ20 mm×2 000 mm的高强玻璃钢锚杆，锚杆托盘采用尺寸不小于120 mm×120 mm×10 mm的配套托盘；锚杆钻孔直径28 mm，K2335和Z2360锚固剂各1卷；网片规格：外侧帮配以塑料拉伸网作为辅助支护，塑料网规格为2 600 mm×1 100 mm，网孔规格为40 mm×40 mm，沿巷道轴向相邻网搭接约100 mm，采用16号铁丝钮扣联结，孔孔相连，每扣铁丝至少拧3圈以上。

2.3 单体支柱加强支护

锚索支护施工完成后，应采用单体支柱对顶板加强支护。单体支柱设置一排，排距2 000 mm，设置在大断面切眼正中间。

3 监测结果及分析

为了检验大断面切眼掘进二次支护效果，在大断面切眼掘进200 m处布置1个观测点，间隔100 m布置第2个监测点来监测巷道围岩变形位移变化情况。图1为大断面切眼巷道围岩位移量图。由图1可以看出，测点1和测点2总体变化趋于基本一致。测点1两帮移近量最大为210 mm，测点2两帮移近量最大为220 mm，测点1顶底板移近量最大为170 mm，测点2顶底板移近量最大为160 mm，总的来说，两测点数据表明大断面切眼在掘进支护后围岩变形在40 d左右基本趋于稳定。对于断面过大的切眼，往往掘进时要分次掘进，进行分次支护，再用单体支护进行加强支护。才能有效保证工作面大断面切眼安全掘进。

图1 大断面切眼巷道围岩位移量