厚泥质顶板岩层大采高切眼巷道加强支护技术

2021-11-11郑田野

江西煤炭科技 2021年4期

郑田野

（霍州煤电集团辛置煤矿，山西霍州 031412）

随着煤炭需求量的不断增加和开采强度的不断加大，井工开采煤矿井下巷道掘进量也大幅度增加。据统计，我国每年煤矿巷道掘进长度已超过了2 万千米，因此巷道的稳定控制直接关系到煤炭的安全开采［1-2］。随着开采技术的不断进步，对于厚煤层开采，煤矿大多采用一次采全高综采工艺，工作面切眼的断面较大，当巷道掘进揭露泥质顶板时，由于岩层强度低、稳定性差、易产生碎胀变形，加之大采高大断面切眼顶板跨度大，切眼巷道维护困难［3-5］。本文以辛置煤矿2-559 切眼煤层顶板揭露厚度为4.5～7.5 m的灰黑色泥岩、砂泥岩互层结构为工程背景，探讨厚泥质顶板岩层条件下切眼加强支护技术。

1 工程概况

辛置煤矿2-559 工作面开采2#煤层，属于450 水平南五采区，埋深312～394 m，工作面北方向为2-534 采空区，东方向为2-560工作面（未采），南方向为310 回风巷、皮带巷及轨道巷，西方向为工广保安煤柱。工作面开采煤层平均厚度3.75 m（3.35～4.10 m），煤层平均倾角5°（3°～12°），煤层直接顶揭露厚度为4.5～7.5 m的灰黑色泥岩、砂泥岩互层结构，局部粉砂质结构、含煤线、富含植物化石碎片；基本顶为厚度在5.0～6.0 m范围的灰色K8中细砂岩，以石英为主、含少量云母片，波状层理；直接底为厚度5.5 m的灰黑色厚层状泥岩，中上部含菱铁矿结核、水平层理，基本底为厚3.5 m深灰色中砂岩，以石英、长石为主。2-559 工作面采用大采高一次采全高，切眼断面设计为矩形，设计断面尺寸7.8 m×4.0 m，设计长度131 m。

2 切眼支护技术

为确保切眼服务期间的稳定，拟采用切眼巷道加强支护技术。

2.1 高强度锚网梁索主动支护

2-559 切眼掘进后，及时进行高强度锚网梁主动支护，通过高强度锚杆、高强度锚索、金属网、钢筋梯子梁、高强度蝶形托盘等支护材料及其相关组件，采用主动控制的方式，强化厚泥质顶板岩层（厚度为4.5～7.5 m）承载性能，形成主动承载结构，并将其锚固至基本顶岩层（厚度5.0～6.0 m的灰色K8中细砂岩），充分利用顶板岩层承载能力。具体支护参数见图1。

图1 2-559 切眼支护断面

（1）顶板和帮部锚杆均采用直径22 mm、长度2 400 mm的高强度杆体制作，间排距设计为800 mm×800 mm，配套高强度蝶形托盘，规格120 mm×120 mm×12 mm；同时配套型号CK2335、Z2360的树脂锚固剂各一支；锚杆预紧扭矩设计300 N·m，采用主动高强度锚杆支护，强化厚泥质顶板岩层（厚度为4.5～7.5 m）承载性能，形成主动承载结构。

（2）顶板锚索采用直径Φ21.8 mm、长度L7 300 mm的预应力钢绞线，间排距设计为1 600 mm×1 600 mm，每排5 根，配套高强蝶形托盘，规格300 mm×300 mm×16 mm；配套型号K2335 树脂锚固剂1 支、型号Z2360 树脂锚固剂3 支；锚索张拉预紧力设计40 MPa，可将厚泥质顶板岩层（厚度为4.5～7.5 m）锚固至基本顶岩层（厚度5.0～6.0 m的灰色K8中细砂岩）。

（3）顶板和帮部锚杆采用直径12 mm圆钢焊接而成的梯子梁连接。

（4）每两根/ 三根锚索采用厚度3 mm、宽度280 mm的W钢带连接。

（5）顶板和帮部铺设菱形金属网，金属网采用10#铁丝编制，顶网规格为4 600 mm×1 000 mm、3 600 mm×1 000 mm，帮网规格为7 200 mm×1 200 mm。

2.2 单体支柱+π型梁加强支护

2-559 切眼掘进后，采用单体支柱+π型梁加强支护，增加巷道支护结构的抗变形能力。单体液压支柱型号DZ-42（Φ110 mm）型，垂直于顶板布置，每排4 根，柱距0.8 m，π型梁长度3 200 mm，一梁两柱，π型梁垂直于巷帮布置。

3 应用分析

2-559 切眼掘进时期的围岩变形情况见图2。切眼围岩变形可分为三个阶段，包括掘进影响初期围岩快速变形阶段、掘进影响中期围岩缓速变形阶段、掘进影响后期围岩稳定阶段。其中掘进影响初期围岩快速变形阶段发生在切巷成巷0～60 d内，该时间内切眼围岩变形相对较快，顶底板和两帮移近速度分别约2.58 mm/d、1.98 mm/d，累计变形量分别为155 mm、119 mm。掘进影响中期围岩缓速变形阶段在切眼成巷60～114 d内，该时间内切眼围岩变形有所减缓，顶底板和两帮移近速度分别约1.50 mm/d、0.92 mm/d，累计变形量分别为81 mm、50 mm。掘进影响后期围岩稳定阶段发生在切眼成巷114 d之后，该时间内切眼围岩移近速度和移近量趋近于0 mm。围岩基本稳定时切眼顶底板累计移近237 mm，两帮累计移近量168 mm，现场实测切眼整体变形较小，2-559 切眼巷道保持稳定。