大断面切眼支护技术研究与实践

马卫波 张景文

（1.潞安集团古城煤矿，山西 长治 046100；2.中煤五公司第一工程处，江苏 徐州 221006）

古城煤矿主采3#煤层，煤层厚度平均6.5m，综采工作面采煤方式为走向长壁综采放顶煤采煤法。S1303工作面开切眼沿煤层底板掘进，倾斜长度为302.8m，巷道断面宽为9000mm，高为3800mm，属于大断面巷道，顶板管理难度较大，尤其施工至开口48m位置时，巷道揭露DF20的正断层，落差为3～4m，导致迎头顶煤冒落高度1.5m，煤体极其破碎，继续掘进可能存在冒顶危险。

据地测部门预计，巷道前方还存在多个断层构造。为满足矿井接替要求，保证开切眼能够保质保量地如期完成施工，针对此类条件，开展厚煤层大断面支护技术研究很有必要。

1 开切眼的施工工艺

由于切眼断面大，留顶煤施工较困难，为优化施工工艺，提高质量标准化管理，拟采用两次成巷的施工工艺。一次切掘进断面5300×3800mm，二次切掘进断面3700×3800mm。

开切眼采用锚网索支护，一次切掘过后采用“单体柱+π型钢棚”对其顶板进行补强，为二次切顶板提供较好的顶板条件，对二次掘进破碎顶煤进行超前预注浆，确保二次掘进安全。

2 开切眼的支护技术参数

2.1 开切眼支护参数

一次掘进顶板与采空区帮部采用型号为HRB500的Φ22×2400mm的高强螺纹锚杆锚固，工作面帮采用Φ22×2400mm的玻璃钢锚杆支护，等间距布置方式，顶板间排距为800×800mm，每排布置7根；帮部锚杆间排距为800×800mm，两帮各布置5根，帮部顶角锚杆距顶板300mm布置。锚索材料为Φ21.8mm×8300mm的钢绞线，间排距为1600×800mm，按照3-3布置。待一次掘进工作面推过后，超前二次掘进工作面50m处，开始架设一梁两柱π型梁棚支护，梁长4500mm，棚距800mm，架设在顶板锚杆排距中间，单体柱要求穿鞋带帽，鞋板规格为250×250×60mm，采用枕木背实棚梁与顶板之间的空隙，确保棚梁接顶到位。二次掘进刷扩时，直接截割掉一次掘进工作面帮的玻璃钢锚杆，顶板间排距为800×800mm，每排布置5根；工作面帮玻璃钢锚杆间排距为800×800mm，两帮各布置5根，锚索间排距为1200×800mm，按照3-3布置（见图1）。

图1 开切眼断面支护图

2.2 二次掘进破碎顶煤超前预注浆处理

二次掘进开始刷扩至距开口48m时，迎头揭露DF20正断层，工作面顶煤特别破碎，锚杆、锚索锚固端不稳定，不能起到应有的锚固效果，无法继续刷扩，需在一次掘进巷道内进行超前预注浆。

2.2.1 注浆加固材料的性能特征

FSS加固材料应速度块、初凝时间短、可注性好、黏度低，能很好地渗入到煤岩体细小的裂隙中，极易与煤岩体很好地黏合并快速凝固，使得松软破碎的煤岩体形成新的网络状骨架结构，成为连续完整的固结体。力学试验表明：标准砂固结体抗压强度为39MPa，粘结强度为12.7MPa，抗拉强度能够达到24MPa。

2.2.2 预注浆方案

在二次掘进开始前，在一次掘进工作面帮布置一排注浆钻孔，参数如下：

（1）钻孔布置：钻孔直径为42mm，角度为上仰角45°，间距为3m，开孔位置在二次刷扩顶板下方1000mm处，总共布置钻孔80个。由于围岩破碎程度高，注浆孔成孔效果差，注浆过程中采用钻杆作为注浆管。注浆孔布置剖面与侧视图如图2所示。

顺着注浆孔方向预埋注浆管。注浆管采用直径为20mm钢管制成，注浆管长2.5m，距注浆管外1.35m、1.6m、1.85m、2.1m、2.35m位置处分别打直径6mm的圆孔，即为浆液出浆孔。注浆管结构示意图见图3。在注浆孔开口处使用封孔材料封闭钻孔防止漏浆。

图2 注浆孔布置平面、剖面图

图3 注浆管结构示意图（单位：mm）

（2）注浆顺序与压力控制：采用高压胶管配合双液注浆泵对松散煤岩体进行预注浆加固。为保证注浆效果，减少串浆，采用间隔跳孔注浆方式，相邻的间隔注浆孔的浆液扩散形成类似“止浆墙”的具有止浆效果的整体煤体，保证深部钻孔的注浆效果。注浆压力值应控制在2～4MPa 范围内，若注浆过程中发现注浆泵压力表度数明显上升时立刻停止注浆。

等待注浆后的煤岩体稳定一段时间后，开始施工二次掘进工作面，严格控制二次掘进工作面的最大空顶距。注浆材料FSS将破碎的松散煤岩体重新胶结为具有自身承载能力的锚固体，有效保证二次掘进时顶板的长期稳定。

3 结论

针对大断面开切眼留顶煤施工过程中顶板管理较困难，提出了采用“锚网索+π型梁棚”的方法来控制顶煤，保证两次施工的安全。

开切眼二次切巷道采用巷帮预注浆加固后，FSS注浆材料能够很好地渗入到顶板煤岩体中，重新将破碎松散煤岩体胶结为具备自身承载的锚固体，顶板变形得到有效控制，能够满足巷道的稳定性要求。