綜放大斷面切眼錨網(wǎng)索支護(hù)技術(shù)

胡立年

（晉城煤炭規(guī)劃設(shè)計(jì)院，山西 晉城 048026）

綜放大斷面切眼的跨度大，斷面多為矩形，兩幫及頂板為煤體，煤體層理發(fā)育，分層之間黏聚力小，巷道圍巖強(qiáng)度較低，圍巖變形量和破裂范圍很大；因此頂板支護(hù)困難，易引發(fā)頂板彎曲下沉、冒漏頂及煤壁偏幫等現(xiàn)象，影響工作面的安全生產(chǎn)。針對(duì)某礦306 綜放工作面大斷面切眼支護(hù)難題，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地質(zhì)生產(chǎn)條件，提出采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)切眼有效控制。

1 工程概況

該礦306 工作面開采的3 號(hào)煤層位于山西組下部，煤層傾角0～5°，平均埋深135.5 m，煤層厚度3.38～8.15 m，平均厚度6.13 m，機(jī)采高度2.2 m，放煤高度3.93 m。煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，含0～2 層矸石，煤層穩(wěn)定可采。3 號(hào)煤層直接頂為砂質(zhì)泥巖，平均厚度1.45 m，含云母及炭質(zhì)含植物化石；老頂為深灰色砂質(zhì)泥巖和灰色細(xì)砂巖互層，平均厚度5.13 m。直接底為砂質(zhì)泥巖，平均厚度0.62 m，含少數(shù)黃鐵礦；基本底為細(xì)砂巖，平均厚度2.93 m。306放頂煤工作面位于礦井井田中部，為3 號(hào)煤運(yùn)輸大巷、回風(fēng)大巷煤柱回收工作面。工作面長(zhǎng)度89.4 m，推進(jìn)長(zhǎng)度650 m，可采面積58 110 m2。根據(jù)工作面支架安裝和生產(chǎn)要求，306 放頂煤工作面切眼斷面設(shè)計(jì)為矩形，開掘斷面7.0×2.6 m。開切眼支護(hù)設(shè)計(jì)方案的選擇關(guān)系到開切眼能否正常施工，也關(guān)系到工作面設(shè)備能否安全安裝，是工作面安全順利開采的關(guān)鍵。

2 錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)機(jī)理

錨桿支護(hù)是一種安全、主動(dòng)的支護(hù)方式[1]。施加在巷道圍巖內(nèi)的預(yù)應(yīng)力錨桿，使圍巖由兩向應(yīng)力狀態(tài)變?yōu)槿驊?yīng)力狀態(tài)，并在圍巖內(nèi)部形成穩(wěn)定的支護(hù)結(jié)構(gòu)。錨桿支護(hù)阻力隨著巷道圍巖變形和應(yīng)力調(diào)整而增大。錨桿在巖體內(nèi)部形成的壓力拱結(jié)構(gòu)具有一定強(qiáng)度承受地壓。因此錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)可大幅度降低圍巖變形，使巷道圍巖處于穩(wěn)定狀態(tài)。

錨桿加固雖然不能有效地提高圍巖極限強(qiáng)度，但可大幅提高圍巖破壞后的殘余強(qiáng)度。當(dāng)錨桿與其錨固范圍內(nèi)巖體構(gòu)成的錨固體在圍巖集中應(yīng)力作用下發(fā)生破壞時(shí)，錨固體的承載能力降低，在圍巖內(nèi)集中應(yīng)力向深部轉(zhuǎn)移過程中，錨固體通過錨桿的約束作用使因塑性破壞易于松動(dòng)的巖石構(gòu)成錨固平衡拱，此錨固平衡拱具有一定的承載能力和適應(yīng)自身變形的特性。

頂板布置錨索可增強(qiáng)錨桿的支護(hù)效果。錨索支護(hù)一方面起到懸吊作用，一方面也起組合加固作用，組合加固與懸吊作用的結(jié)果可使巷道上位巖層中的應(yīng)力向煤幫更深處轉(zhuǎn)移，從而降低了巷道兩幫與底板中的應(yīng)力[2]。錨索的承載能力高，平均預(yù)緊力可達(dá)150 kN，一般錨固在上位深部穩(wěn)定的巖層中，將下位與上位巖層組合成一體。當(dāng)錨索及時(shí)施工時(shí)，錨索可充分利用圍巖自身的承載能力，起到的組合作用明顯，預(yù)緊力大，各巖層間的摩擦力及巖層的抗彎強(qiáng)度可大幅提高。但是，錨索只起到懸吊作用，頂板巖層中可能發(fā)生離層。

3 切眼支護(hù)方式及支護(hù)效果分析

3.1 切眼支護(hù)方式（見圖1）

根據(jù)大斷面錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)機(jī)理，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地質(zhì)生產(chǎn)條件，306 放頂煤工作面切眼采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)技術(shù)；為避免頂板大面積懸露，采用兩次成巷工藝，即切眼導(dǎo)硐和切眼開幫擴(kuò)寬。

圖1 大斷面切眼支護(hù)方案圖

1）306 切眼導(dǎo)硐支護(hù)方式：306 放頂煤工作面切眼導(dǎo)硐斷面為矩形，巷道寬4 500 mm，高2 600 mm。頂錨桿規(guī)格為φ18 mm 螺紋鋼錨桿，長(zhǎng)度2 000 mm，錨桿間排距700 mm×800 mm。幫錨桿規(guī)格為φ18 螺紋鋼錨桿，長(zhǎng)度2 000 mm，錨桿間排距900 mm×800 mm。頂錨桿每排6 根，采用一卷S2370 樹脂藥卷錨固。頂板采用金屬網(wǎng)，兩幫采用塑料網(wǎng)，網(wǎng)片大小2 500 mm×1 000 mm，網(wǎng)格為50 mm×50 mm。錨索直徑為φ17.8 mm，中間兩根錨索長(zhǎng)度7 000 mm，邊錨索長(zhǎng)度5 300 mm，錨索間排距1 400 mm×1 600 mm，每排3 根，錨索外露長(zhǎng)度在10～50 mm 范圍。錨索采用樹脂藥卷端頭錨固，每孔采用一卷S2370 和Z2360 錨固。托盤規(guī)格300 mm×300 mm×10 mm（長(zhǎng)×寬×厚）。錨索安裝預(yù)緊力150 kN。

2）306 切眼開幫擴(kuò)寬支護(hù)方式：切眼擴(kuò)寬后巷道寬7 000 mm，高2 600 mm。切眼開寬后頂部采用錨桿+金屬網(wǎng)+錨索聯(lián)合支護(hù)，錨桿間排距為700 mm×800 mm。幫部開幫后重新打φ18 玻璃鋼錨桿，長(zhǎng)度2 000 mm，錨桿間排距900 mm×800 mm。邊錨索長(zhǎng)度5 300 mm，中部錨索長(zhǎng)度7 000 mm，錨索間排距1 400 mm×1 600 mm，每排兩根。具體切眼支護(hù)方案，見圖1。

3.2 支護(hù)效果分析

為了掌握306 工作面切眼巷道圍巖的活動(dòng)規(guī)律及支護(hù)效果，在306 工作面切眼設(shè)置6 個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，對(duì)巷道表面位移監(jiān)測(cè)。通過42 d 的觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示，頂板累計(jì)下沉量最大180 mm，兩幫累計(jì)變形量120 mm，底板底鼓累計(jì)量50 mm。變形主要發(fā)生在巷道開掘20 d 內(nèi)，以后趨于穩(wěn)定。可見，采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)方式，對(duì)頂板控制能力明顯加強(qiáng)，切眼變形得到有效控制。

4 結(jié)論

綜放大斷面切眼跨度大，頂煤層理發(fā)育，強(qiáng)度低，分層之間黏聚力小，巷道圍巖強(qiáng)度較低，圍巖變形量和破裂范圍很大，屬目前支護(hù)較困難的巷道類型之一。錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)具有快速、主動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，大幅度降了低圍巖的變形量，使巷道處于穩(wěn)定狀態(tài)。現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)結(jié)果表明，采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)技術(shù)，頂板及幫部的移近速度和總移近量都在安全范圍之內(nèi)，圍巖保持較好的完整性，保證了工作面的安全生產(chǎn)。

[1] 李秀華.“三軟”層中炮采改為輕放開采的切眼支護(hù)實(shí)踐[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2003,31(11)∶46-47.

[2] 李偉,白光超,王玉和.錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)在大斷面托頂煤切眼中的應(yīng)用[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2010,38(2)∶22-24.