复合顶板工作面开切眼支护技术研究

＊何 剑

（山西焦煤汾西矿业双柳煤矿 山西 033300）

随着煤矿开采深度的不断增加，煤层的赋存条件也变得越来越复杂，尤其是复合顶板开切眼的掘进方式和支护方式更是工作面布置中的重点、难点。如果采用一次成巷工艺，由于掘进断面较大，巷道支护工作量加大，顶板暴露的时间较长，给巷道支护和掘进带来一定的困难；如果采用二次成巷工艺，开切眼需要进行二次扩帮，施工周期相对较长，容易造成采掘衔接失调。

1.基本概况

(1)开切眼井上下位置关系

东五盘区5317切眼巷道地面位置位于柿沟村以东，上潘河村以西，中潘河村以北，闫凹村以南。地面标高：668～700m，工作面标高：240～260m，盖山厚度：408～460m。该巷道井下沿3#煤顶板掘进，下距5#煤15.5m。东五盘区5317调车巷巷道沿3#煤底板掘进，下距5#煤13.5m。工作面南为53173巷（已掘），北为53171巷（未掘），西为5317工作面，东为东井北进风一巷（未掘）。

(2)顶底板情况

①顶板情况。老顶：细粒砂岩，平均厚度6.13m，浅灰色，厚层状，以石英为主，含云母。含粉砂岩包体。以均匀层理为主。普氏系数f=4，自然抗压强度25.5MPa；抗拉强度4.59MPa。属半坚硬岩石。直接顶：砂质泥岩，平均厚度1.85m，深灰色，薄层状，以波状层理为主，含丰富的不完整植物化石。普氏系数f=2.4，自然抗压强度13.40～37.80MPa，平均24.34MPa；抗拉强度0.58～2.58MPa，平均1.38MPa。属软弱岩石—坚硬岩石。伪顶：炭质泥岩，平均厚度0.30m，灰黑色，薄层状，随采掘脱落。普氏系数f=1.9，自然抗压强度8.20～24.62MPa，平均18.67MPa；抗拉强度0.42～1.62MPa，平均0.97MPa。属半坚硬岩石。

②底板情况。直接底：粉砂岩，平均厚度1.14m，深灰色，薄层状，以波状层理为主。普氏系数f=1.7，自然抗压强度17.3MPa；抗拉强度2.93MPa。属软弱岩石。老底：细粒砂岩，平均厚度3.65m，浅灰色，薄层状，以石英为主，含云母。以波状层理为主，含少量的不完整植物化石。普氏系数f=2.7，自然抗压强度0.59～45.70MPa，平均27.17MPa；抗拉强度0.46～3.62MPa，平均1.76MPa。属软弱岩石—半坚硬岩石。

③煤层情况。3#煤：煤层平均厚度6.35m，煤层平均倾角6°（最大10°、最小0°）；黑色，具似金属光泽，以亮煤为主，暗煤次之，半亮型，为稳定煤层，坚硬。

2.开切眼掘进方式及支护参数

(1)掘进方式

5317切眼采用连续采煤机沿煤层顶板掘进，5317调车巷采用连续采煤机沿煤层底板掘进，配套梭车、破碎机等设备出煤，CMM4-25煤矿液压钻车机（锚杆钻车）进行支护的机械化掘进方式，掘、支单行，一次成巷。

(2)开切眼断面参数及临时支护和永久支护方式

5317切眼掘进毛断面21m2，毛宽5000mm，毛高4200mm，净断面19.68m2，净宽4800mm，净高4100mm，矩形断面。

临时支护：①采用液压钻车前探梁配合支护套筒进行临时支护护顶，支撑架托住网片紧托顶板；②临时支护最小可支护高度3.4m，临时支护最大可支护高度6.0m；③临时支护距永久支护的距离不大于1.2m，临时支护距迎头的距离最小0.3m，最大3.3m；④巷道局部冒顶，原临时支护不能护顶时，在临时支臂上加装加高柱：采用φ108mm管焊接或用螺丝固定的活动套管（至少3条螺丝进行紧固上下托管），上侧为活动托盘，下侧为插槽组成的加高柱。插槽卡在临时支臂上，用40T大链连接并用木楔背紧，或穿螺杆螺母拧紧两端并用木楔背紧。升起锚杆钻车临时支臂，使加高柱托住顶板。

永久支护：巷道支护采用树脂加长锚固锚杆组合支护，并进行锚索补强支护方式。顶锚杆每排6根，顶锚杆间距900mm，靠近两帮的顶锚杆距东帮300mm、距西帮200mm；帮锚杆每排8根，帮锚杆间距为1000mm，靠近顶板的巷帮锚杆距顶板200mm，起锚高度1000mm。

(3)开切眼支护材料及要求

①顶锚杆支护材料及参数要求

锚杆：采用φ22mm×2400mm左旋无纵筋高强度螺纹钢锚杆，杆尾螺纹为M24×3，配合调心球垫、减摩垫圈，锚杆型号为MSGLW500-22×2400。

锚固方式：锚杆支护时采用树脂加长锚固，采用一支规格为MSK2335树脂锚固剂和一支规格为MSZ2360树脂锚固剂，快速在上、中速在下，钻孔直径为30mm，孔深控制在2300mm±5mm，锚固长度为1208mm。钢筋托梁规格：5317切眼导硐侧及横川靠切眼5m范围采用W钢带，宽度为280mm，W钢带长度4800mm，型号W280×4800/4.0 40×80；5317调车巷及联络横川采用φ16mm的钢筋焊接而成，宽度为100mm，钢筋托梁长度4800mm，型号T4800×60/16 100×100（开口、贯通抹角处顶支护不足1根W钢带或钢筋托梁，将钢筋托梁裁剪成适合长度使用）。

托盘：采用规格为φ10mm×150mm×150mm高强度拱型托盘，配合M24×3螺母、托盘调心球垫和减摩垫圈。

网片规格及搭接：5317切眼导硐、联络横川采用孔径为50mm×50mm，规格为5.5m×1.2m菱形金属网护顶；5317调车巷及联络横川考调车巷侧5m范围采用孔径为100mm×100mm，规格为3.0m×1.3m钢筋网护顶；护网搭接长度不得小于100mm，必须使用不低于16#的双股铅丝联接，联接要做到双丝三圈，联接点呈两排“三花”布置，点间距不大于200mm，网片要铺平、铺展紧贴岩面。

联网丝规格：采用双股16#铅丝联网。

锚杆布置方式及间排距：5317切眼导硐顶锚杆排距为1000mm，间距900mm，距东帮300mm，距西帮200mm，一排六根；5317调车巷、联络横川顶锚杆排距为1000mm，间距为900mm，靠近帮上的一根顶锚杆距巷帮250mm。

②顶锚索支护材料及参数要求

锚索：采用φ21.8mm×7300mm的单根钢绞线，型号为SKP21.8-1/1720-7300。

锚固方式：锚索支护采用树脂加长锚固，采用三支锚固剂，选用一支规格为MSK2335树脂锚固剂和两支规格为MSZ2360树脂锚固剂，快速在上、两只中速在下，钻孔直径为30mm，孔深控制在6975mm±50mm，锚固长度为1930mm。

托盘：采用高强度调心金属拱型托盘，规格为φ26mm×300mm×300mm，厚度为16mm，配合托盘调心球垫和减摩垫圈。

锚索支护参数要求：5317切眼导硐锚索排距为2000mm，间距1750mm，每排2根，第一排锚索距东帮750mm距西帮2500mm，第三排锚索距东帮2500mm距西帮750mm，第五排距东帮750mm距西帮2500mm，第七排锚索距东帮2500mm距西帮750mm，依次施工锚索；5313调车巷、联络横川顶锚索间距为1800mm，距帮1600mm，锚索每排2根，排距2000mm。

③巷帮锚杆支护方式及参数

锚杆形式和规格：5317切眼导硐东帮、5317调车巷两帮采用φ22mm×2000mm左旋无纵筋高强度螺纹钢锚杆，杆尾螺纹为M24×3，配合调心球垫、减摩垫圈，锚杆型号为MSGLW500-22×2000；5317切眼导硐西帮采用玻璃钢锚杆，长度2000mm，型号为MGSC-20/2000F。

锚固方式：高强帮锚杆采用两支锚固剂，即一支规格为MSK2335树脂锚固剂和一支规格为MSZ2360树脂锚固剂，快速在上、中速在下，钻孔直径为30mm，孔深控制在1915mm±20mm，锚固长度为1208mm；玻璃钢锚杆采用一支锚固剂，规格为MSZ2360，钻孔直径为30mm，孔深控制在1895～1950mm，锚固长度690mm。

托盘：5317切眼导硐东帮、5317调车巷两帮及联络横川两帮采用W型锚杆钢护板（规格为150×150×10 Q235B）和拱型高强度托盘（规格为150×150×10 mm），配合M24×3螺母、托盘调心球垫和尼龙垫圈；5317切眼导硐西帮玻璃钢锚杆使用配套塑料托盘、螺母；煤体破碎时加W托盘。

网片规格及搭接：5317切眼导硐东帮、5317调车巷两帮及联络横川两帮采用孔径为50mm×50mm，规格为4.0m×1.2m菱形金属网护帮；5317切眼导硐西帮采用孔径为50mm×50mm，规格为3.7m×1.2m塑料网护帮；护网搭接长度不得小于100mm，必须使用不低于16#的双股铅丝联接，联接要做到双丝三圈，联接点呈两排“三花”布置，点间距不大于200mm，网片要铺平、铺展紧贴岩面。

联网丝规格：采用16#的双股铅丝联网。

锚杆布置方式及间排距：5317切眼导硐西帮玻璃钢锚杆排距1000mm，间距为1000mm，靠近顶板的巷帮锚杆距顶板200mm，起锚高度1000mm；5317切眼导硐东帮高强帮锚杆排距1000mm，间距为1000mm，靠近顶板的巷帮锚杆距顶板200mm，起锚高度1000mm；5317调车巷两帮高强帮锚杆排距1000mm，间距为1000mm，靠近顶板的巷帮锚杆距顶板200mm，起锚高度600mm。

④帮锚索支护材料及参数要求

锚索：采用φ21.8mm×5300mm的单根钢绞线，型号为SKP21.8-1/1720-5300。

锚固方式：锚索支护采用树脂加长锚固，采用三支锚固剂，选用一支规格为MSK2335树脂锚固剂和两支规格为MSZ2360树脂锚固剂，快速在上、两只中速在下，钻孔直径为30mm，孔深控制在4975mm±50mm，锚固长度为1930mm。

托盘：采用高强度调心金属拱型托盘，规格为φ26mm×300mm×300mm，厚度为16mm，配合托盘调心球垫和减摩垫圈。

⑤交叉口支护方式及参数

由于连续采煤机机身长度较长，根据调机、拐弯需要，需在横川交叉口处进行抹角施工，大角为4m×4m的斜角，小角为3m×3m的斜角。

A.抹角处顶支护：锚杆、网片规格与正巷顶支护锚杆、网片规格相同；锚杆间距900mm，距巷帮不大于400mm，大于400mm须补打锚杆；在每一个抹角处的中部施工7.3m锚索一根。

B.抹角处帮支护：与正巷帮支护相同。

C.横川交叉口锚索加强支护方案：钻场、横川开口或贯通前必须在开口位置顶板处进行锁口支护，锁口锚索型号为SKP21.8-1/1720-7300，顶板正常时，锁口支护形式为单体锚索，锁口锚索沿巷道轴向支设，按照巷道设计中线确定位置，以设计巷帮轮廓线为基准距帮0.3～0.8m，锚索间距不大于2m。锁口锚索需超出开口处两侧1m（如现场横川贯偏时，要及时补打锁口锚索）。

当各类硐室、交叉点、开口处存在顶板破碎、压力大的情况时，需采用钢筋托梁或W钢带补强支护，即锁口支护形式为锚索+钢筋托梁（或W钢带），锁口锚索沿巷道轴向支设，按照巷道设计中线确定位置，以设计巷帮轮廓线为基准距帮0.3～0.8m，一般W钢带在紧贴最靠顶角处的锚杆里侧安装，锚索间距不大于2m，选用钢筋托梁（或W钢带）连锁。钻场、横川抹角施工完毕后必须进行锁帮支护，锁帮锚索型号为SKP21.8-1/1720-3300，每个抹角两侧向外0.5m，距顶板向下1.5m各施工1根，靠采面侧巷帮不进行施工。

3.矿压监测

（1）巷道表面位移的布置方式。采用十字布点法安设表面位移测站（图1），巷道中表面位移测站安设间距不大于50m。安装方法：分别在顶板和底板中间（竖直方向）以及两帮中间（水平方向）施工一个φ30mm×400mm的孔洞，将φ32mm×450mm的木桩砸入孔中，形成如图A、B、C、D四个测点。

图1 巷道表面位移监测断面布置

观测方法：观测时，用工程线绳分别将A、B点连接，C、D点连接，交叉处为O点，测读AO、AB值和CO、CD值，测量精度要求达到1mm，采用皮卷尺测量监测断面距掘进工作面的距离。

（2）监测方法要求及频次。巷道表面位移测站距掘进工作面50m内或50m外应力变化明显时每天至少观测1次，除此之外每周至少观测1次。

（3）效果分析。通过采用十字布点法对巷道围岩变形情况进行数据监测，在掘进完成后巷道围岩变形量呈线性缓慢增长，在掘进7天后，顶底板移近量和两帮收缩量分别为630mm和240mm，巷道整体支护效果好，能够满足巷道用途。

5317切眼采用一次成巷工艺，加快了切眼的施工进度，缩短施工周期，减少了材料消耗、维护及人工费用，节约了成本，能够促进采掘衔接的良性循环，提高矿井单产单进水平。