淺埋深薄基巖煤層特大斷面巷道支護(hù)技術(shù)研究與實(shí)踐

一、應(yīng)用背景

內(nèi)蒙古雙欣礦業(yè)有限公司裝備的大采高綜采設(shè)備，根據(jù)設(shè)備安裝要求，切眼斷面需達(dá)到寬×高=9500mm×4300mm，大斷面一次成巷最關(guān)鍵是頂板控制技術(shù)。根據(jù)以往工作面切眼施工及設(shè)備安裝經(jīng)驗(yàn)，對工作面切眼施工及安裝準(zhǔn)備做進(jìn)一步設(shè)計(jì)調(diào)整，以保證巷道施工及工作面安裝順利進(jìn)行。

二、煤層及頂?shù)装迩闆r

2-2上煤層厚度5.07-9.88m，平均厚6.05m，煤層傾角0°30′～2°，平均為1°，開采深度為50—148m，平均為80m左右。直接頂為2-1下煤層、2-1中煤層、砂質(zhì)泥巖，厚2.70m；直接底為砂質(zhì)泥巖，厚1.57m；老底為2-2中煤層、細(xì)粒砂巖，厚8.09m。

三、切眼施工工藝

巷道掘進(jìn)時(shí)采用EBZ-200型綜掘機(jī)施工，9500mm寬的切眼不可能一次掘夠?qū)挾?。采用先?dǎo)硐施工5500mm寬， 導(dǎo)硐掘進(jìn)到位后先支設(shè)兩排單體液壓支柱進(jìn)行輔助支護(hù)再進(jìn)行二次開寬4000mm的方式。切眼鋪設(shè)200mm混凝土，混凝土強(qiáng)度等級為C30：先鋪面后導(dǎo)硐斷面底板，切眼刷大斷面后再鋪剩余部分。

1、切眼導(dǎo)硐為矩形斷面，頂部采用錨梁網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)，單體柱輔助控制頂板， 左幫采用錨網(wǎng)帶聯(lián)合支護(hù)，右?guī)筒贿M(jìn)行支護(hù)。

（1）臨時(shí)支護(hù)。采用吊掛前探梁作為臨時(shí)支護(hù)，前探梁采用4條，中間兩條長5.5m、Ф88.9×4mm鋼管，兩側(cè)兩條長6.5m、Ф88.9×4mm鋼管。（2）永久支護(hù)。①頂部支護(hù)：采用錨梁網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)，單體柱輔助控制頂板。錨桿采用φ18×2200mm的螺紋鋼樹脂錨桿，錨桿間距850mm，排距1000mm，每組6條，錨網(wǎng)采用φ4×5200×1100mm的金屬網(wǎng)搭接使用，網(wǎng)格100×100mm，搭接長度為100mm，要求緊貼巖面。鋼帶規(guī)格長×寬×厚=5000×60×3mm，孔眼間距為850mm；錨索采用三二布置法，即第一次施工時(shí)先支設(shè)導(dǎo)硐斷面（5.5m）門口位置先布置三條，配合T型錨梁，錨梁長度4.5m，從幫部向巷中750mm位置打注第一條錨索，間距2m；然后排距2m布置兩條錨索，配合T型錨梁，錨梁長度2.5m，如此間隔布置；使用相配套的2.5m或4.5m長的T型錨梁。工作面使用懸浮式單體液壓支柱，型號為DWX42-200/100或DWX45-200/110兩種，支柱工作范圍分別是2700-4200和2900-4500mm。距面后巷道4.5m支設(shè)一排，兩排支柱排距1m，液壓支柱間距0.7m，柱鞋為300×300×200mm，C30強(qiáng)度的混凝土制作，柱帽為150×150×500mm的方木。②兩幫支護(hù)：左幫采用錨網(wǎng)帶聯(lián)合支護(hù)，右?guī)筒贿M(jìn)行支護(hù)。左幫采用φ16mm的螺紋鋼樹脂錨桿，長度1800mm，錨桿排距1400mm。每排錨桿為1根，幫部錨桿打設(shè)從巷道頂板向下1050mm處。采用φ4m金屬網(wǎng)，規(guī)格為2000×1300mm（或2700×1300mm），網(wǎng)格100×100mm，金屬網(wǎng)橫向使用。幫部鋼帶規(guī)格為1700×60×3mm，幫部鋼帶橫向使用。導(dǎo)硐施工時(shí)右?guī)筒贿M(jìn)行支護(hù)。若幫部局部出現(xiàn)溜幫時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況補(bǔ)打錨網(wǎng)進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。

2.開寬斷面及支護(hù)設(shè)計(jì)

切眼開寬為矩形斷面，頂部采用錨梁網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)，右?guī)筒捎缅^桿支護(hù)。

（1）臨時(shí)支護(hù)。采用吊掛前探梁作為臨時(shí)支護(hù)，前探梁采用4條，中間兩條長5.5m、Ф88.9×4mm鋼管，兩側(cè)兩條長6.5m、Ф88.9×4mm鋼管（2）永久支護(hù)。①頂部支護(hù)：采用錨梁網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)。錨桿采用φ18×2200mm的螺紋鋼樹脂錨桿，錨桿間距850mm，排距1000mm，每組5條，錨網(wǎng)采用φ4×5200×1100mm的金屬網(wǎng)搭接使用。鋼帶規(guī)格長×寬×厚=5000×60×3mm，孔眼間距為850mm；錨索采用三二布置法，按照間距2m補(bǔ)打上后兩條或三條錨索，五條錨索在同一條直線上；使用相配套的2.5m或4.5m長的T型錨梁。錨索采用φ17.8×8300mm，錨索跟迎頭打注，夠排距及時(shí)打注。右?guī)筒捎忙?6mm的玻璃鋼錨桿，長度1800mm，錨桿排距1400mm。每排錨桿為1根，幫部錨桿打設(shè)從巷道頂板向下1050mm處，采用150×150×8mm的錨桿托盤。若幫部局部出現(xiàn)溜幫時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況補(bǔ)打錨網(wǎng)進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。

四、加強(qiáng)支護(hù)設(shè)計(jì)

輔助運(yùn)輸順槽與調(diào)車硐室門口處布置一條9m長工字鋼做頂梁，頂梁采用兩條9m長11#工字鋼對焊；切眼機(jī)窩內(nèi)布置兩條工字鋼做頂梁，工字鋼采用兩條9m長11#工字鋼對焊，切眼機(jī)窩以外沿切眼中心線對稱布置四條頂梁，頂梁采用9m長11#工字鋼，第一行距面后4.5m，第二行距面后5.2m；切眼與輔助運(yùn)輸順槽門口處布置兩條9m長工字鋼做頂梁，頂梁采用兩條9m長工字鋼對焊，頂梁頂部背6條串梁，串梁間距1400mm。所有工字鋼頂梁采用三條φ17.8×8300mm的錨索固定于頂板，頂梁端頭各布置一條單體液壓支柱，頂梁與頂板之間采用木楔或背板舉頂靠牢。切眼與膠帶運(yùn)輸順槽門口處布置兩條9m長工字鋼做頂梁，頂梁近222206膠帶順槽一端采用一條φ17.8×8300mm的錨索固定于頂板，另一端支設(shè)單體液壓支柱固定，頂梁沿切眼掘進(jìn)方向布置。

五、支護(hù)機(jī)理

導(dǎo)硐施工完畢后及時(shí)支設(shè)單體支柱進(jìn)行輔助支護(hù)，擴(kuò)幫后雙排支柱可以對上覆頂板進(jìn)行有效支護(hù)，及時(shí)安裝上錨桿并打注錨索進(jìn)行懸吊、擠壓加固，保持了頂板的完整性及相對穩(wěn)定性。錨索支護(hù)彌補(bǔ)了錨桿長度的不足，預(yù)應(yīng)力大，承載能力強(qiáng)。其實(shí)質(zhì)就是把錨索深入到深部穩(wěn)定巖石中，對被加固的巖體預(yù)先施加壓應(yīng)力，限制巖體的松動變形，從而保持圍巖穩(wěn)定。當(dāng)錨桿支護(hù)形成的壓縮圈厚度小于松動圈厚度時(shí)，錨桿支護(hù)的懸吊作用減弱，頂板會離層脫落。再采用預(yù)應(yīng)力錨索補(bǔ)強(qiáng)加固，錨索長度大、預(yù)應(yīng)力高、快速承載能力強(qiáng)，形成壓縮圈厚度大，在較大預(yù)應(yīng)力的作用下，把上部穩(wěn)定巖層和下部組成的巖層梁再組合在一起，每根錨索周圍形成的壓縮區(qū)域彼此重疊，在復(fù)合頂板中形成一個(gè)厚度更大的均勻連續(xù)壓縮帶，各巖層面互相擠壓，層面摩擦大大增加，使復(fù)合頂板形成拱梁，從而有效的提高了頂板的整體性、穩(wěn)定性，加強(qiáng)了頂板的自承能力。