厚煤层综放工作面大断面切眼支护实践研究

秦会锦

（山西潞安集团临汾分公司，山西 临汾 041000）

综放工作面所采煤层较厚，在满足综放设备安装尺寸条件下，会预留一定厚度的顶煤。但是因受切眼施工、煤岩特性和地质条件的影响，顶煤强度和完整性会下降，特别是对于顶板围岩条件差、煤层节理裂隙发育的切眼，支护难度较大。传统的综放工作面切眼多采用先掘主切眼，而后进行副切眼的刷大，切眼的支护多采用架棚支护。综放工作面在进行主切眼掘进和刷切眼时均需要架棚，施工繁琐，且棚架在巷道施工成型较差时易出现棚子变形、扭斜等问题，影响切眼支护效果；在安设综采设备时，需要对棚架进行回撤，不利于高效快速安装[1-4]。山西潞安集团余吾煤业以往切眼多采用架设11#矿工钢支护，为了克服架棚支护弊端，提高切眼施工和设备安装速度，在1205放顶煤工作面切眼实施锚网索支护，局部破碎地带采用架设U型钢棚支护，取得了较好的支护效果。

1 工作面切眼概况

1205工作面位于北一采区，工作面所采煤层为山西组3#煤层，煤层厚6.0～7.0m，平均为6.6m，中部含有一层均厚0.15m的夹矸，工作面倾角为3°～4.5°，平均为3.7°，整体呈现西低东高形态。1205工作面设计可采走向长度为1024m，倾向长度为301m，采用放顶煤开采，采放比为1:1.2。工作面所采3#煤层煤体松软，节理裂隙发育，伪顶为均厚0.4m的灰黑色含砂泥岩，直接顶为均厚3.5m的深灰色泥岩-粉砂质泥岩，基本顶为均厚14.2m的细中粒砂岩，直接底为均厚1.8m的砂质泥岩，基本底为均厚2.1m的粉细粒砂岩。工作面切眼设计尺寸（高×宽）3700mm×8500mm，采用锚网索支护；局部围岩条件较差地段采用架设U型钢棚子支护，设计尺寸（高×宽）3600mm×8200mm。

2 架棚支护弊端分析

放顶煤工作面采用架棚支护，属于被动支护，其优点是抗压强度大，对巷道条件适应性较好；缺点是施工繁琐，劳动强度大，不利于高效掘进，且在安装综采设备时需要对棚子进行回撤，存在回撤风险，不利于安全高效安装。

架棚支护在支护前期与巷道围岩接触不实，处于等压状态，这样易造成支护初期巷道围岩处于弱支护或者无支护状态，引发围岩离层和变形，尤其对于围岩条件较差的巷道和煤巷，易出现顶板变形破坏。围岩变形破坏促使巷道成型较差，致使棚子与围岩接触较差，受力不均，出现棚子扭曲变形，不利于棚架对围岩形成及时有效的支护。

3 支护方案的确定

3.1 正常地段锚网索支护

锚网索支护属主动式支护，是锚索支护、锚杆支护和金属网护帮护顶的联合应用。支护参数如下：

顶锚杆选用规格为Ф20mm×2600mm的左旋无纵筋螺纹钢锚杆，锚杆间排距为800mm×800mm，顶角锚杆与水平呈70°夹角，顶锚杆锚固力不低于75kN。

顶锚索采用规格为Φ17.8mm×8000mm的钢绞绳，锚索间排距为2000mm×2000mm，要求锚索预紧力不低于120kN。

帮锚杆选用规格Ф20mm×2400mm的左旋无纵筋螺纹钢锚杆，锚杆间排距为1000mm×800mm，帮锚杆锚固力不低于60kN。

顶板和两帮在施工锚杆或锚索前，提前铺设孔径为30mm×30mm的金属菱形网和W钢带，金属网搭接不低于200mm。鉴于1205工作面切眼宽度已经达到8.5m，属于大跨度支护，为了进一步提升顶板的稳定性，在锚网索支护的基础上打两排倾向棚子，棚梁采用3.5m长11#矿工钢，棚腿采用4.15m的单体柱，两排棚子间距为1.6m。如图1所示。

图1 1205工作面切眼正常地段锚网索支护参数

3.2 异常地段U型钢棚支护

因受F14断层影响，1205工作面切眼个别地段围岩条件较差。根据矿井巷道支护经验，北一采区顺槽宽度超过4m的巷道均采用架设U型钢棚支护。鉴于1205工作面切眼跨度已达8.5m，采用锚网索支护难以达到预期支护效果，决定采用U32型钢支护。棚子下宽8.2mm，高3.6m，棚距0.6m，棚腿与棚梁搭接处采用专用卡缆进行固定，棚子与棚子间采用连杆进行固定，以期提高棚子的抗扭斜性能和抗倾倒性能。要求架设U32型钢棚子前先采用金属网进行护帮和护顶，架设棚子后，采用背板或者半圆木将棚子与围岩间的缝隙填充背实，确保棚子接帮、接顶严实，避免棚子因受力不均引起扭斜或变形。为了进一步提高拱形棚子支护质量，在拱形棚子中部补加液压单体柱。U32型钢棚子参数如图2所示。

图2 1205工作面切眼异常地段支护参数

3.3 支护效果监测

为了研究新支护形式下1205工作面切眼支护效果，在掘进期间距离掘进迎头每隔20m布置一个“十字观测点”，测量周期为掘进施工至设备安装完毕。观测结果显示：正常地段锚网索支护条件下顶底板移近量为179mm，顶板下沉量为48mm，分别为设计高度的4.8%和1.2%，两帮移近量为339mm，为设计宽度的4.0%；异常地段U型钢拱形棚支护条件下顶底板移近量为121mm，顶板下沉量为22mm，分别为设计高度的3.4%和0.6%，两帮移近量为226mm，为设计宽度的2.7%。由此可知，在新支护条件下，1205厚煤层综放工作面切眼变形量不足5%，支护效果较好，能够满足综采设备安装所需尺寸要求，且锚网索支护施工速度相比于传统架棚支护施工速度提高了1/4，避免了后期棚架回撤，实现1205工作面切眼的快速掘进和快速安装。

4 结语

1205工作面属于厚煤层综放工作面，通过在不同地段实施不同支护方式有效地保证了切眼的支护效果，尤其是正常地段采用锚网索配合单体柱托棚代替了传统的架棚支护，不仅取得了较好的支护效果，且施工速度显著提升，职工劳动强度明显下降，避免了设备安装期间棚架回撤问题，有利于工作面的高效掘进和安装，具有较好的推广应用价值。