大斷面切眼一次成巷掘進(jìn)聯(lián)合支護(hù)技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐

引言

隨著我國(guó)煤礦開(kāi)采技術(shù)不斷發(fā)展，綜采技術(shù)因其先進(jìn)、安全、高效特性而應(yīng)用越來(lái)越多，綜采架型較大，從而采用綜采技術(shù)的工作面要求切眼斷面較大，傳統(tǒng)錨桿支護(hù)或單一架棚支護(hù)已滿足不了安全生產(chǎn)需要。馬坊煤礦原綜采切眼采用錨桿+工字鋼架棚的方式對(duì)巷道進(jìn)行支護(hù)，工字鋼重量較大，運(yùn)輸、架設(shè)及回撤工字鋼架棚時(shí)，作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度高且安全系數(shù)較低，后根據(jù)我礦7煤實(shí)際地質(zhì)情況，提出并成功實(shí)施了在大斷面切眼一次成巷掘進(jìn)施工中采用錨桿+錨索+單體柱梁（單體液壓支柱配金屬鉸接頂梁）的聯(lián)合支護(hù)方式。該支護(hù)方式不緊能較好的控制巷道圍巖變形，而且有效降低了作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度、大大提高了安全系數(shù)，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和安全效益?，F(xiàn)以已完成的馬坊煤礦7701綜采面切眼為例加以說(shuō)明。

一、礦井概況

馬坊煤礦1976年由聊城地區(qū)行署籌建，名稱(chēng)為聊城地區(qū)煤礦，設(shè)計(jì)年生產(chǎn)能力9萬(wàn)噸，1979年11月投產(chǎn)。1990年4月實(shí)施礦井技術(shù)改造，2004年2月16日其隸屬關(guān)系劃至臨沂礦務(wù)局，2005年度礦井再次實(shí)施技術(shù)改造，礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力達(dá)到30.0萬(wàn)噸/年（臨局生字[2006]7號(hào)），2006年核定生產(chǎn)能力為21.0萬(wàn)噸/年（魯煤規(guī)發(fā)[2007]31號(hào)），可采煤層為5、6、7、8、9、10-1和10-2層煤，共7層，開(kāi)采標(biāo)高范圍+20m～-130m；截止2014年12月31日，礦井保有資源儲(chǔ)量200.2萬(wàn)噸，其中儲(chǔ)量為22.9萬(wàn)噸，基礎(chǔ)儲(chǔ)量為30.6萬(wàn)噸，資源量為169.6萬(wàn)噸。

二、開(kāi)拓方式和采區(qū)布置

礦井開(kāi)拓方式采用斜井開(kāi)拓，現(xiàn)有一對(duì)主、副斜井，一個(gè)回風(fēng)立井，采煤方法為走向（傾向）長(zhǎng)臂區(qū)內(nèi)后退式，采用全部垮落法管理頂板?，F(xiàn)有一個(gè)+10m生產(chǎn)水平，一個(gè)生產(chǎn)采區(qū)七采區(qū)，采煤工作面為傾向布置。

三、含煤地層

馬坊煤礦的含煤地層為中石炭統(tǒng)本溪組及上石炭統(tǒng)太原組，總厚度在220m左右，可采煤層全部位于太原組。

太原組屬海陸交互相沉積，相旋回結(jié)構(gòu)清晰、規(guī)律性明顯，易于劃分對(duì)比，據(jù)巖性組合及含煤性一般以四灰底板為界，分為上、下兩段。

上段：含薄層生物灰?guī)r4層（一、二、三、四灰），層位穩(wěn)定，多數(shù)鉆孔均可見(jiàn)到，三灰與四灰相距2～8m，平均5m左右，其間距小，不含煤層，兩層灰?guī)r之間一般為深灰色細(xì)粉砂巖或泥巖沉積，四灰較一、二、三灰厚度均大，一般厚3～7m，平均4.8m，且?guī)r性純凈，含一定數(shù)量的蜓化石，厚度大，質(zhì)地純凈，含蜓化石是其特征。

下段：厚度不足20m，集中了井田近70%的可采煤層，即8、9、10-2三個(gè)可采煤層，8煤層的直接頂板為四灰，且含一穩(wěn)定的灰質(zhì)細(xì)砂巖夾石，是8煤層的顯著特點(diǎn)。8、9煤層相距5～8m，9煤層頂板一般為粉砂巖，個(gè)別情況下也為泥灰?guī)r。

太原組主要的層理類(lèi)型有水平層理、砂泥巖互層層理、單向交錯(cuò)層理、雙向交錯(cuò)層理、脈狀波狀復(fù)合層理及透鏡狀層理?？梢?jiàn)生物潛穴、生物擾動(dòng)構(gòu)造。

四、煤層頂?shù)装逄卣?/p>

5煤層：頂板為深灰色粉砂巖，厚度3.0m左右，節(jié)理裂隙比較發(fā)育；底板為灰色粉砂巖或砂質(zhì)泥巖，厚度1.10～4.45m，平均2.65m，溫水易風(fēng)化膨脹。

6煤層：直接頂板為石灰?guī)r（二灰），厚度0.91～2.17m，平均1.20m，局部發(fā)育0.20～0.40m的粉砂巖偽頂，底板多為中、細(xì)砂巖或細(xì)、粉砂巖互層，裂隙不發(fā)育。

7煤層：直接頂板為深灰色粉砂巖，厚度 1.00左右，裂隙發(fā)育程度中等，屬2類(lèi)中等穩(wěn)定型頂板；老頂為細(xì)砂巖，具水平層理，厚度 3.0m左右。直接底板多為泥質(zhì)膠結(jié)粉砂巖，粘土巖偽底較發(fā)育，厚度0.3m左右。易吸水膨脹，影響支護(hù)質(zhì)量。

8煤層：直接頂板為石灰?guī)r（四灰），厚度1.47～7.07m，平均4.50m，裂隙較發(fā)育，屬2類(lèi)中等穩(wěn)定型頂板；底板為粉砂巖，平均厚度6～8m。

9煤層：頂板為黃色泥灰?guī)r，平均厚在3.0m左右，發(fā)育不穩(wěn)定，屬2類(lèi)中等穩(wěn)定型頂板；底板粉砂巖或粉砂質(zhì)泥巖。

10-1煤層：直接頂板為粉砂巖或粉砂質(zhì)泥巖，其巖性和厚度變化較小，屬2類(lèi)中等穩(wěn)定型頂板，底板為粉砂巖或粉砂質(zhì)泥巖，平均厚度在0.90m左右。

10-2煤層：直接頂板即為10-1煤層之底板，平均厚度0.90m左右，屬2類(lèi)中等穩(wěn)定型頂板，底板為灰色粘土巖，厚度3～6m，平均4.6m。

五、工作面基本情況

7701綜采面位于馬坊煤礦七采區(qū)西部，下部為馬坊煤礦與查莊礦邊界保護(hù)煤柱，上部為7煤集中運(yùn)輸巷，左側(cè)為F5-1斷層保護(hù)煤柱，右側(cè)為F西-1斷層保護(hù)煤柱，切眼長(zhǎng)度為70m，切眼施工寬度為5.0m，高度2.0m，7煤厚0.57～2.15m，均厚1.75m。

六、支護(hù)設(shè)計(jì)

1.支護(hù)方式選取

大斷面巷道采用傳統(tǒng)錨桿和架棚支護(hù)，雖然承載能力較強(qiáng)，但施工困難，勞動(dòng)強(qiáng)度大，且成本較高，施工進(jìn)度較慢。采用錨桿+錨索+單體柱梁的聯(lián)合支護(hù)方式，錨桿+錨索支護(hù)既能夠發(fā)揮主動(dòng)支護(hù)作用，有效提高和改善圍巖力學(xué)性能，提高圍巖自身的承載能力和穩(wěn)定性，單體柱梁支護(hù)又能夠?qū)ο锏理敯逶黾痈邚?qiáng)度的支撐力。錨桿+錨索支護(hù)和單體柱梁支護(hù)聯(lián)合與巷道圍巖形成一個(gè)整體剛性梁結(jié)構(gòu)，將壓力傳遞出去，進(jìn)而保證巷道穩(wěn)定不出現(xiàn)變形。

2.支護(hù)原理

錨桿+錨索支護(hù)是改變巷道圍巖內(nèi)部作用力，由巷道圍巖被動(dòng)受力改變?yōu)殄^桿+錨索支護(hù)體與巷道圍巖相互作用、共同承載圍巖作用力，是提高圍巖內(nèi)部承載能力的一種主動(dòng)支護(hù)，單體柱梁支護(hù)是從外部對(duì)巷道圍巖施加一個(gè)較高強(qiáng)度的支撐力，二者聯(lián)合與巷道圍巖形成一個(gè)整體共同承載受力，提高支護(hù)強(qiáng)度和巷道穩(wěn)定性，具體如下：

①錨桿：與圍巖形成組合拱，通過(guò)錨入的錨桿將周?chē)鷩鷰r錨固，提高圍巖強(qiáng)度，錨桿和圍巖形成具有一定承載力和可塑性的組合拱結(jié)構(gòu)體，有效防止圍巖巖體松動(dòng)和變形；

②錨索：通過(guò)錨入錨索的錨固和托盤(pán)有機(jī)結(jié)合，形成懸吊支撐力，把托盤(pán)周?chē)鷩鷰r受力傳遞到圍巖巖體深部穩(wěn)定巖層，有效改善圍巖受力狀況、減小圍巖淺部受力；③單體柱梁：?jiǎn)误w柱梁增加巷道頂板支撐強(qiáng)度，減小錨桿+錨索與圍巖形成的組合拱跨度，保證圍巖自身穩(wěn)定性，降低錨桿、錨索承載作用力。

3.支護(hù)方案

整個(gè)切眼全斷面一次成巷，施工過(guò)程中通過(guò)吊掛3組前探梁作為臨時(shí)支護(hù)，施工出要求斷面后安設(shè)頂部錨桿及錨索，再支護(hù)單體柱梁拖后錨桿一個(gè)排距（防止爆破崩壞支柱），形成錨桿+錨索+單體柱梁的聯(lián)合支護(hù)方式。

4.支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)

以7701綜采面切眼支護(hù)為例，根據(jù)安裝支架及工作面回采工藝需要，切眼設(shè)計(jì)斷面寬×高：5.0×2.0m，支護(hù)參數(shù)如下：

①切眼頂板采用6根螺紋鋼樹(shù)脂錨桿，規(guī)格為Φ18×2100mm，錨桿間排距為900×1000mm，配合鋼帶、金屬網(wǎng)形成錨網(wǎng)支護(hù)；②頂部采用2根預(yù)應(yīng)力鋼絞線錨索，規(guī)格為Φ15.24×4000mm，間排距為1700×3000mm，錨索支護(hù)作為錨桿支護(hù)的補(bǔ)充支護(hù)；③為減小切眼組合拱跨度，在切眼中靠上幫加支2排單體液壓支柱配金屬鉸接頂梁作為加強(qiáng)支護(hù)。

七、支護(hù)效果分析及經(jīng)驗(yàn)

1.支護(hù)效果分析

通過(guò)對(duì)切眼布置觀測(cè)點(diǎn)，定期收集觀測(cè)數(shù)據(jù)分析，單體支柱受力穩(wěn)定，巷道頂板變形量較小且逐漸趨于穩(wěn)定；頂板離層值較小在允許范圍內(nèi)，說(shuō)明錨桿+錨索+單體柱梁的聯(lián)合支護(hù)設(shè)計(jì)完全滿足安全生產(chǎn)要求。

2. 獲取經(jīng)驗(yàn)

在7701綜采切眼大斷面一次成巷掘進(jìn)施工過(guò)程中，采用錨桿+錨索+單體柱梁的聯(lián)合支護(hù)設(shè)計(jì)方案，巷道頂板變形量較小且逐漸趨于穩(wěn)定，有效的控制了大斷面綜采切眼的巷道圍巖變形，后期綜采設(shè)備安裝期間沒(méi)有進(jìn)行任何巷道維修工程，達(dá)到了安全生產(chǎn)的目的。

八、結(jié)束語(yǔ)

馬坊煤礦7701綜采面切眼采用聯(lián)合支護(hù)方案的支護(hù)效果良好，降低了作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度，確保了綜采設(shè)備順利安裝，滿足安全生產(chǎn)使用要求，節(jié)省了材料及返工維修。通過(guò)本次成功實(shí)踐證明大斷面切眼一次成巷掘進(jìn)采用聯(lián)合支護(hù)方式，較大程度提高了巷道圍巖承載能力和穩(wěn)定性，技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠，值得類(lèi)似礦井借鑒應(yīng)用。