大断面切巷掘进支护工艺研究与应用

2022-05-16孙亚鹏

山东煤炭科技 2022年4期

孙亚鹏

（晋能控股煤业集团马脊梁矿，山西大同 037000）

1 概况

马脊梁矿8125 工作面切巷为矩形断面，其断面尺寸为高×宽=3950 mm×9600 mm，断面面积37.92 m2，其断面尺寸和跨度都比较大，属于超大巷道断面[1]。由于切巷处煤层厚度为8.9 m，围岩强度低，裂隙发育，容易出现破碎变形的现象。因此，若采用顺槽支护形式，会造成切巷掘进中产生帮部鼓出或者顶板下沉等现象[2]，不仅影响设备的正常安装，也会对矿井接续计划产生影响。为保证巷道顶板的安全，确保采煤工作顺利进行，结合该工作面的特点，对其掘进支护工艺进行研究应用。

2 两次掘进工艺

设计采用两次掘进成巷工艺：第一次掘进支护，即较小断面的导硐掘进，其断面设计尺寸：高×宽=3950 mm×4600 mm；第二次掘进支护，即扩刷宽度为5000 mm，掘进至切巷设计的断面尺寸：高×宽=3950 mm×9600 mm。

2.1 第一次导硐掘进支护设计方案

（1）切巷导硐顶部支护

切巷导硐顶部支护采用锚带网配合锚索支护的形式[3]。

顶板锚带网采用规格为Ф20 mm×2600 mm 的左旋无纵筋螺纹锚杆，并配合W 型钢带和金属网。其参数为：锚杆设计间排距700 mm×700 mm，钢带长度4500 mm，菱形金属网宽度是800 mm。

顶板锚索加固方式，采用锚索梁配合桁架共同支护形式，即锚索梁和桁架锚索交替相互布置。导硐掘进施工期间，顶板槽钢每排设置3 根锚索，并采用规格为Ф21.6 mm×8300 mm的高强度钢绞线。导硐掘进支护断面图如图1。

图1 切巷导硐掘进支护断面图（mm）

（2）切巷导硐帮部支护

切巷导硐帮部支护选用锚带网的支护形式。

帮支护采用规格为Ф20 mm×2600 mm 高强锚杆，并配合菱形金属网、钢筋梯子梁的共同联合支护结构；临时帮支护采用玻璃钢锚杆，其规格为Ф20 mm×2400 mm，并配合菱形金属网支护。锚杆间排距设计尺寸为700 mm×700 mm，位于下侧锚杆距离底板设计为250 mm，位于上侧锚杆距离顶板设计为200 mm，中部锚杆与帮部岩面垂直施工；菱形金属网宽度800 mm，钢筋梯子梁采用14 号圆钢焊接而成，长度定为3700 mm。

2.2 第二次掘进扩刷支护设计方案

（1）切巷掘进扩刷顶部支护

切巷扩刷顶部支护采用锚带网配合锚索联合支护。

顶板采用规格为Ф20 mm×2600 mm 的左旋无纵筋螺纹锚杆，并配合W 型钢带和金属网。锚杆设计间排距尺寸为700 mm×700 mm，W 型钢带长度为4500 mm，菱形金属网宽度是800 mm。

顶板锚索采用锚索梁配合桁架锚索的共同支护结构，即锚索梁和桁架锚索交替相互布置[4]。其中，顶板槽钢每排设置3 根锚索，采用高强度低松弛预应力钢绞线，规格为Ф21.6 mm×8300 mm，与顶板岩面垂直施工；桁架锚索采用高强度低松弛预应力钢绞线，规格为Ф21.6 mm×8500 mm。当切巷扩刷至设计断面后，距离帮部4000 mm 位置处安装单体支柱，每1400 mm 安设一排2 根单体支柱，间距是1600 mm。其扩刷期间掘进支护断面图如图2。

图2 扩刷期间掘进支护断面图（mm）

（2）切巷扩刷回采帮支护

切巷扩刷回采帮采用锚网梁的支护形式。回采帮采用玻璃钢锚杆，规格为Ф20 mm×2400 mm，配合高强塑钢网、钢筋梯子梁联合支护。锚杆间排距是700 mm×700 mm，钢筋梯子梁长3700 mm，高强塑钢网宽度是800 mm。

3 应用效果

为验证切巷掘进支护断面的实际应用效果，对巷道进行表面位移监测，监测其相对变形量。

（1）导硐围岩表面位移监测分析。经过一个月的导硐表面位移监测，得到围岩顶底板和两帮随监测时间的变化曲线图，如图3。

图3 导硐表面位移随监测时间的变化关系图

从图3 中可看出，随监测天数的变化，导硐底板底鼓量、两侧帮部移近量和顶板下沉量逐渐增大，且各位置的位移变化量达到稳定的时间不同。经过7 d，最先进入稳定状态的是底板，紧接着是两帮，而顶板经过16 d 后才趋于稳定。此外，在监测期间内，导硐底鼓量最大值是18.8 mm，顶板变形的最大值是61.9 mm，顶底板相对移近量是80.7 mm。两帮中临时帮的支护强度弱，变形最大77.5 mm，两侧帮部相对移近量是125.3 mm。监测结果表明，导硐围岩变形小且稳定，掘进支护效果好。

（2）扩刷围岩表面位移监测分析。导硐掘进扩刷后的围岩采取一个月的表面位移监测，得到围岩顶底板和两帮随监测时间的变化曲线图，如图4。

图4 切巷表面位移随监测时间的变化关系图

从图4 中可看出，随监测天数的变化，切巷底板底鼓量、两侧帮部移近量和顶板下沉量逐渐增大，且各位置的位移变化量达到稳定的时间不同，最先稳定的是底板，经历二次扰动的煤柱帮，相比于第一次的稳定时间短，顶板因受跨度的影响，16 d 后达到稳定。此外，在监测期间内，切巷底鼓量基本保持不变，而顶板变形量最大 73.6 mm，顶底板相对移近量是92.4 mm。煤柱帮的第二次稳定变形量减小到28.7 mm，工作面帮因支护强度大，变形量48.3 mm，两侧帮部最大移近量是77 mm。监测结果表明，切巷围岩两帮及顶底板位移量都在要求范围内，围岩稳定，掘进支护效果好。