镇城底矿综采面大断面切眼联合支护技术应用

郭建东

（山西西山煤电股份有限公司镇城底矿，山西 古交 030203）

长期以来，煤炭一直在我国能源结构中占主体地位，煤炭的安全高效开采直接关系到国民经济的快速稳定发展[1-2]。随着科学技术的发展进步，煤矿采掘技术和设备也在不断的发展创新，在采煤工作面中，大部分矿井均形成了以综采、综放为主的机械化采煤工艺，对于中厚煤层开采，综采具有成本低、回采效率高等优点，已广泛应用于大中小矿井。 由于目前采用的采煤机、液压支架以及刮板机等设备具有体积大的特点，工作面布置需要更大断面的切眼，而大断面切眼其跨度和高度较大，导致其施工及维护相对困难[3-6]。 镇城底矿22212 工作面采用综采一次采全高采煤工艺，工作面切眼设计掘进宽度8.2 m，掘进高度3.4 m，切眼跨度和高度均较大，切眼掘进和维护较困难，为此需开发适用于镇城底矿22212 工作面的切眼支护技术。

1 工程概况

镇城底矿22212 工作面位于+760 水平南二采区，开采煤层为2-3#煤，北为+760 m 水平东一皮带、轨道、回风大巷及+760 东轨道大巷，东为22602 工作面（已采），南为矿界，其余为未采区，开采区域地面标高+1 108～+1 239 m，工作面标高+748.6～+812.8 m。 工作面开采煤层平均厚度3.4 m，平均倾角8°。 工作面煤层整体呈一复式背斜构造，煤层赋存稳定，煤层顶板局部赋存伪顶泥岩，直接顶为03#煤、细砂岩、1#煤、细砂岩，基本顶为K4中砂岩；直接底为细砂岩，基本底为K3砂岩，具体岩性特征见表1 所示。 根据22212 工作面开采设备选型结果和尺寸要求，设计切眼掘进宽度8.2 m，掘进高度3.4 m，工作面切眼跨度和高度均较大，切眼掘进和维护相对困难。

表1 工作面顶底板岩性特征

2 大断面切眼联合支护技术

镇城底矿22212 工作面切眼宽度8.2 m，高度3.4 m，断面尺寸较大，一次成巷困难，因此，采用一次掘巷和二次扩巷技术实现大断面切眼地掘进和支护，具体掘巷及支护技术如下：

3.1 一次掘巷及支护技术

一次掘巷宽度5.0 m，掘巷高度3.4 m，采用“高强度锚杆+ 桁架锚索+ 单体锚索+ 槽钢”联合支护技术，一次掘巷切眼支护断面如图1 所示，具体支护技术与参数如下：

图1 一次掘巷切眼支护断面

（1）顶板采用规格φ22 mm×L2 500 mm 的左旋螺纹钢高强锚杆，间排距设计为800 mm×800 mm。

（2）顶板采用桁架锚索、单体锚索+槽钢交替布置进行加强支护，桁架锚索采用规格φ21.6 mm×L10 500 mm 的钢绞线和专用锚索桁架，跨度2300 mm，排距1 600 mm，单体锚索采用规格φ18.9 mm×L9 500 mm 的钢绞线，单体锚索每排设计两根，间排距2 400 mm×1 600 mm，采用14#槽钢连接。

（3）实煤体帮采用规格φ22 mm×L2 500 mm的左旋螺纹钢高强锚杆，间排距设计为800 mm×800 mm，扩巷帮采用规格φ20 mm×L2 000 mm的玻璃钢锚杆，间排距设计为800 mm×800 mm。

（4）顶板和实煤体帮锚杆采用直径φ12 mm圆钢焊接而成的钢筋梯子梁成排连接，顶板和实煤体帮锚杆均配套规格120 mm×120 mm×10 mm的高强度拱形托盘，扩巷帮配套规格120 mm×120 mm×10 mm 的塑料托盘，每根锚杆配套1 支Z2360 和1 支CK2335 的树脂锚固剂，顶板和实煤体帮锚杆预紧扭矩不低于300 N·m，扩巷帮玻璃钢锚杆预紧扭矩不低于100 N·m。

（5）桁架锚索配套专用的桁架和锁具，单体锚索配套规格300 mm×300 mm×16 mm 的高强度拱形托盘，每根锚索配套3 支Z2360 和1 支CK2335的树脂锚固剂，锚索张拉预紧力不低于45 MPa。

3.2 二次扩巷及支护技术

二次扩巷宽度3.2 m，扩巷高度3.4 m，同样采用“高强度锚杆+ 桁架锚索+ 单体锚索+ 槽钢联合支护技术”，顶板规格φ22 mm×L2 500 mm的左旋螺纹钢高强锚杆，回采帮采用规格φ20 mm×L2 000 mm 的玻璃钢锚杆，间排距均设计为800 mm×800 mm，锚杆配套材料参照一次掘巷；二次扩巷时，顶板采用桁架锚索、单体锚索+ 槽钢交替布置进行加强支护，其布置方式与一次掘巷相互，即顶板加强支护采用桁架锚索配套单体锚索+ 槽钢支护，整体排距800 mm，具体参数参照一次掘巷，二次扩巷切眼支护断面如图2 所示。

图2 二次扩巷切眼支护断面

3 围岩控制效果分析

镇城底矿22212 工作面切眼掘进应用联合支护技术，同时对切眼围岩变形情况进行监测，具体监测结果如图3 所示。22212 工作面切眼围岩变形主要发生在切眼成巷54 d 内，该时间范围内，切眼顶板累计下沉251 mm，底板岩层累计底鼓222 mm，实煤体帮累计移近201 mm，回采帮累计移近149 mm。 由于切眼跨度较大，导致切眼顶板和底板岩层变形量较大，而实煤体帮采用规格φ22 mm×L2 500 mm 的左旋螺纹钢高强锚杆支护，扩巷帮采用规格φ20 mm×L2 000 mm 的玻璃钢锚杆支护，高强度、高预紧力支护使实煤体帮变形量相对回采帮变形较小。 切眼成巷78 d 后，围岩变形趋于稳定，顶板累计下沉271 mm，底板岩层累计底鼓244 mm，实煤体帮累计移近224 mm，回采帮累计移近164 mm，整体变形仍在允许范围内，表明大断面切眼联合支护技术的合理性和优越性。

图3 切眼围岩变形曲线

4 结语

镇城底矿22212 综采工作面切眼布置要求较大的断面尺寸，其跨度和高度均较大，掘进和维护相对困难。 为此，开发了以锚杆+桁架锚索+单体锚索+ 槽钢为核心的大断面切眼联合支护技术，其中，顶板采用高强度锚杆配合单体锚索、槽钢、桁架锚索支护，实煤体帮采用高强度锚杆支护，回采帮采用玻璃钢锚杆支护。 镇城底矿22212 工作面切眼应用锚杆、桁架锚索、单体锚索、槽钢联合支护技术后，围岩变形监测情况表明，顶底板岩层变形量相对较大，而实煤体帮变形量相对回采帮变形较小，整体来看，大断面切眼联合支护技术实现了镇城底矿22212 工作面切眼的稳定控制。