采空区下工作面切眼一次成巷技术研究

宋瑜锋

【摘 要】 针对切眼一次成巷围岩控制困难问题，文章采用理论分析以及工程类比方法分析了采空区下切眼围岩稳定性，并确定了切眼一次成巷支护参数，实现了切眼快速施工。研究结果表明：1）21506切眼与10907采面采空区底板破碎岩层间存在有11.36m厚稳定岩层，上覆采空区对21506切眼掘进/支护造成影响较小，同时切眼位于应力降低区内;2）采用锚网索结合单体支柱方式可以对21506切眼一次成巷围岩进行控制;3）切眼一次成巷方式较传统二次成巷方式缩短时间约1/3，同时可以降低作业人员劳动强度。

【关键词】 切眼;一次成巷;采空区;破碎岩层;围岩支护;应力降低区

【中图分类号】 TD353 【文献标识码】 A

【文章编号】 2096-4102（2020）04-0007-02 开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

传统切眼采用二次成巷方式施工，虽然可以确保巷道围岩稳定，但是却存在施工速度慢、效率低等问题。随着采矿技术不断发展，对切眼掘进及支护速度有了更高的要求，切眼一次成巷支护技术逐渐在矿井中推广应用。

1工程概况

山西某矿21506综采工作面切眼长220m，开采15号煤层。21506综采工作面与上覆9号煤层10907采面切眼内错15m，具体采面位置关系见图1。

21506综采工作面开采的15号煤层厚度均值为2.78m，直接顶为厚7.67m K2灰岩;基本顶为厚7.66m砂质泥岩，直接底为厚35m峰峰组灰岩，具体9号、15号煤层顶底板岩性见表1。

2 21506采面切眼受上覆9号煤层采空区影响分析

2.1 9号煤层开采引起底板塑性区扩展深度

根据弹塑性理论得知，当煤层底板受到水平应力P≥底板岩体抗拉强度T时，煤层底板会出现一定程度隆起，同时底板内岩层会产生大量的裂隙。若切眼布置在上覆采面开采引起的底板裂隙发育带范围内，势必会给切眼围岩控制带来显著的不利影响。

21506采面与10907采面采空区层间距为15.0m，21506采面切眼与9号煤层采空区底板破坏区存在接近11.36m的完整岩层，预计10907采面采空区不会给21506采面切眼掘进及围岩控制带来显著的不利影响。

2.2 21506采面切眼围岩分级判定

采用理论分析方法对21506采面切眼围岩分级进行判定，采面围岩岩性参数为：

U={σ，D，K，H，W}={32，0.3，1.0，750，10%}其中σ为围岩抗压强度（32MPa）;D为围岩完整性系数（0.3）;K为围岩应力集中系数（1.0）;H为埋深（取值750m）;W为围岩吸水率（取值10%）。

依据有关研究成果，将21506采面切眼围岩稳定性判定为III类，中等稳定围岩。根据大量的工程实践，采用锚网索联合支护方法可以确保该类型围岩稳定。

3切眼一次成巷支护方案

3.1切眼一次成巷可行性分析

切眼围岩支护效果与围岩自身强度、应力分布、支护参数、掘进方式有较大关联。21506采面与10907采面采空区底板岩层破碎带间有11.36m间的原岩区，同时采面切眼位于10907采空区下覆应力降低区内，切眼围岩有较好的受力环境。

21506采面切眼直接顶为K2灰岩，直接底为铝土质泥岩，围岩自身稳定性较强。巷道支护采用锚网索联合支护方式。根据大量工程实践结果，这种支护方式可以确保围岩稳定。斜长220m，净高2.8m、净宽6.0m，采用炮掘方式可以实现一次性成巷，成巷后围岩可以在短时间内保持稳定。

通过上述分析，21506采面切眼具备一次成巷条件，采用合适的支护参数可以确保切眼稳定。

3.2支护方案

一次成巷切眼支护采用锚网索、梯子量结合单体支柱方式对围岩进行控制，依据工程类比法，具體确定的锚网索支护参数见表2，具切眼支护断面见图3。

由于该矿首次采用切眼一次成巷技术，为了确保切眼围岩稳定，在切眼内布置的单体支柱与掘进迎头间间距控制在25m以内，锚杆、锚索施工完毕后的锚固力、预紧力必须满足设计要求。在切眼掘进期间，采用乳化液泵站为单体液压支柱及时补充乳化液，从而确保单体有足够的支持压力。每天早班安排专人检查单体情况，从而确保单体可以有效对顶板进行支撑。

4效果比较分析

21506采面切眼支护完成后30d时间范围内顶板最大下沉量为125mm，顶板岩层保持稳定，未出现明显的变形及下沉情况。整个切眼掘进、支护共计耗时40d，日掘进进尺达到5.2m，较传统的切眼二次成巷施工方式时间缩短约1/3，为后续综采设备安装、调试等争取了时间。同时采用切眼一次成巷支护方式，避免二次成巷施工方式存在的刷帮工作，降低巷道支护材料使用量，并在一定程度上降低作业人员劳动强度。

5总结

针对21506采面切眼地质情况，通过理论分析法得出切眼与上覆9号煤层采空区底板破碎区间存在有11.36m完整岩层，用模糊评价法得到切眼围岩岩性属于III类中等稳定围岩，切眼采用锚网索联合支护方式可以确保围岩稳定。

采用工程类比确定了21506采面一次成巷切眼围岩支护参数，现场应用后切眼掘进及支护耗时较传统切眼施工方法降低1/3以上，同时可以降低切眼支护、施工成本及作业人员劳动强度，现场应用取得显著效果。

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