榆树坡煤业5106 工作面特大断面切眼锚网索支护技术应用

程德中

（山西宁武榆树坡煤业有限公司，山西 宁武 036700）

煤炭作为储量丰富、成本低廉的工业原料，支撑着我国经济的快速发展，随着煤炭开采强度不断提高，赋存条件优越的煤炭资源逐渐开采殆尽，资料显示，我国煤炭资源中厚煤层占比约45%，因此，厚煤层煤炭资源的开采逐渐得到关注。厚煤层开采常采用综放开采工艺，具有吨煤成本低、煤炭采出率高等优点，综放开采一般采用的机械设备尺寸较大，这就要求断面尺寸更大的切眼巷道。但大断面切眼跨度大，通常巷道围岩控制困难，尤其当顶板遇到泥质胶结软弱岩层时，切眼围岩控制难度进一步加大。榆树坡煤业5106 工作面切眼采用矩形巷道，巷道掘进宽度9.6 m，掘进高度3.9 m，属于特大断面切眼，且工作面切眼顶板岩性主要为砂质泥岩，其承载能力较低、自稳性差，围岩控制难度较大。

1 概 况

榆树坡煤业5106 工作面位于5 号煤一采区，工作面标高为900—1 011 m，埋藏深度为346～447 m，工作面东部为DF27 逆断层，西部为北同蒲铁路保护煤柱，北部为5 号煤皮带大巷。工作面上覆存在2 号煤1202 采空区及旧回风巷、1204 采空区、1208 采空区和1210 采空区，四邻无其它采空区存在。5106 工作面煤层厚度14.5～16.9 m，平均15.5 m，结构简单，含夹矸4 层，为全区稳定可采的巨厚煤层。5106 工作面伪顶为砂质泥岩，厚0.3 m；直接顶板为细砂岩，厚0.8 m；老顶为砂质泥岩，厚15.46 m；直接底板为粉砂岩，厚1 m；老底为砂质泥岩，厚1.9 m，详见表1。5 号煤与5上煤相距16.56 m、5 号煤与5 下煤相距2.92 m。榆树坡煤业5106 工作面采用综放开采工艺，工作面采高4.0 m，采放比为1：2.88，根据工作面采掘设备安装、通风安全等要求，榆树坡煤业5106 工作面切眼设计采用矩形巷道，巷道掘进宽度9.6 m，掘进高度3.9 m，属于特大断面切眼。5106 工作面采掘工程平面如图1 所示。

表1 5106 工作面煤层顶底板岩性特征Table 1 Coal seam roof and floor lithology characteristics of No.5106 Face

图1 5106 工作面采掘工程平面示意Fig.1 Mining engineering plane diagram of No.5106 Face

2 特大断面切眼锚网索支护技术

榆树坡煤业5106 工作面切眼掘进宽度9.6 m，掘进高度3.9 m，属特大断面巷道，工作面存在超过15m 的砂质泥岩，承载能力较低、自稳性差，围岩控制难度较大。由于5106 工作面切眼跨度较大，因此采用一次掘巷、二次扩巷的成巷工艺，初次掘巷宽度5.5 m，二次扩巷宽度4.1 m。为保证榆树坡煤业5106 工作面切眼的稳定，根据实际生产地质条件，研究特大断面切眼锚网索支护技术，具体支护技术参数如图2 所示。

图2 切眼支护示意Fig.2 Incision support diagram

（1） 5106 工作面切眼顶板采用全锚索+金属网支护，锚索规格为φ21.8 mm×9 200 mm，初次掘巷顶板布置7 根锚索，采用5.5 m 的7 眼W 钢带连接，锚索间排距为850 mm×1 000 mm，扩至全断面后；内错500 mm 布置5 根锚索，采用4.3 m 的5 眼W 钢带连接，锚索间排距为1 000 mm×1 000 mm，每根锚索配1 块300 mm×270 mm×14 mm 的拱形托板，配1 根MSCKa/b23/1200 mm 锚固剂，锚索设计张拉预紧力40 MPa。顶板采用高预紧力全锚索主动支护，长度9 200 mm 的锚索可将浅部软弱砂泥岩锚固至深部岩层，使浅、深部围岩形成统一承载结构，充分发挥深部岩层的承载性能，形成良好的控顶效果。

（2） 5106 工作面切眼采帮及煤柱帮采用锚杆+金属网支护，锚杆采用φ22 mm×2 400 mm 的螺纹钢锚杆，帮部距顶板400 mm 处打注第一根帮锚杆（即W 钢带护板竖向布置），自上往下共打注4 根帮锚杆（全部上W 钢护板），帮锚杆间排距1 000 mm×1 000 mm，每根锚杆配1 块150 mm×150 mm×10 mm 锚杆托板，以及1 块450 mm×280 mm×4 mm 的W 钢带护板，配1 根MSCKa23/800 mm 锚固剂，锚杆预紧扭矩设计300 N·m。两帮均采用高预应力锚杆主动支护，强化帮部软弱煤体力学性质，使支护结构与围岩体形成统一承载结构，形成良好的固帮效果。

（3） 顶、帮金属网均采用14 号铁丝联结成菱形网片，菱形网规格为1 300 mm×7 000 mm、1 300 mm×3 000 mm，且每10 cm 联结一道，每道双股丝绕匝3 圈，网与网搭接长度100 mm，形成良好的护表效果。

3 围岩控制效果

将上述特大断面切眼锚网索支护技术应用于榆树坡煤业5106 工作面切眼，同时监测切眼的变形情况。切眼巷道移近量如图3 所示，移近速度如图4 所示。5106 工作面切眼变形呈分阶段特征，首阶段为快速变形阶段，发生在切眼初掘1.5 个月内，该变形阶段切眼围岩移近速度较快，顶底板移近量约91 mm，两帮移近量约100 mm，顶底板最大移近速度3.74 mm/d，两帮最大移近速度5.72 mm/d；第二阶段为缓慢变形阶段，发生在切眼掘出1.5～3个月内，该变形阶段切眼围岩移近速度有所减缓，顶底板移近量约141 mm，两帮移近量约178 mm，顶底板最大移近速度1.87 mm/d，两帮最大移近速度2.31 mm/d，围岩变形速度降低近一半；最后一个阶段为稳定变形阶段，发生在切眼掘出3 个月后，该变形阶段切眼围岩移近速度很小，切眼围岩趋于稳定。

图3 切眼巷道移近曲线Fig.3 Roadway approaching curve of cut hole

图4 切眼巷道移近速度曲线Fig.4 Roadway approaching velocity curve of cut hole

稳定后，顶底板移近量约146 mm，两帮移近量约185 mm，整体看，榆树坡煤业5106 工作面切眼变形均在可控范围内，同时未发现冒顶、片帮等大变形现象，表明此次特大断面切眼锚网索支护技术的合理性和可靠性。

4 结 语

榆树坡煤业5106 工作面特大断面切眼跨度较大，围岩控制难度大，为此研究特大断面切眼锚网索支护技术，采用高预紧力全锚索主动支护进行控顶，采用高预应力锚杆主动支护进行固帮，同时配套金属网进行护表。该支护方案在榆树坡煤业5106 工作面切眼进行了应用，切眼掘进过程中顶底板最大移近速度3.74 mm/d，两帮最大移近速度5.72 mm/d，切眼围岩稳定后，顶底板移近量约146 mm，两帮移近量约185 mm，变形均在可控范围内，表明该特大断面切眼锚网索支护方案实现了榆树坡煤业5106 工作面切眼的稳定控制，保障了煤矿安全生产。