大斷面開切眼錨網(wǎng)索支護技術(shù)實踐

喬 穎

（1.太原理工大學(xué)，山西 太原030024；2.山西高平科興牛山煤業(yè)有限公司，山西 晉城048400）

山西牛山煤礦綜采工作面大斷面開切眼均采用工字鋼棚架支護，屬于被動式支護，在切眼掘進和巷道安裝過程中經(jīng)常出現(xiàn)工字鋼棚傾斜、歪倒、變形現(xiàn)象，給現(xiàn)場管理和施工作業(yè)帶來較多問題。同時，在采用工字鋼棚支護切眼時，不僅要多次對歪斜、變形的工字鋼棚進行維護，同時在安裝支架后還需要對工字鋼進行回收，這樣需要消耗大量的時間和勞動力〔1～3〕。近年來，隨著錨桿、錨索支護技術(shù)的不斷發(fā)展，很多綜采工作面開切眼已經(jīng)采用錨網(wǎng)索支護方式，其主要優(yōu)點是可以利用錨桿、錨索的懸吊作用、組合拱作用來促使開切眼頂板形成統(tǒng)一整體，可有效提高開切眼圍巖的穩(wěn)定性和整體性，進而提高開切眼的安全性〔4～6〕。3031工作面開切眼設(shè)計跨度為9m，按照以往支護經(jīng)驗若采用原來的工字鋼棚支護可以滿足支護要求，但為了提高支護質(zhì)量、降低支護材料消耗和勞動強度、節(jié)約時間，決定借鑒其他礦井大斷面錨網(wǎng)索支護經(jīng)驗，對3031工作面開切眼實施錨網(wǎng)索支護。

1 工程概況

3031綜采工作面位于礦井西翼采區(qū)，北部為正在掘進的3032工作面回風(fēng)順槽，南部和西部為礦井邊界，東部為采區(qū)下山。該工作面所采煤層為山西組3＃煤層，煤層賦存較穩(wěn)定，煤層厚度為5.8～6.2m，平均為6.0m，煤層傾角為4.5°～8°，平均為6.5°，煤層中上部有一層厚為0.1～0.24m的炭質(zhì)泥巖夾矸，屬于穩(wěn)定可采厚煤層。工作面采用“一進兩回”式通風(fēng)方式，即運輸巷進風(fēng)，回風(fēng)巷和瓦斯排放巷回風(fēng)。3031工作面設(shè)計可采走向長度為1362m，傾斜長度為260m，埋深為365～387m；工作面圍巖條件較好，偽頂為厚0.3～0.75m的灰黑色、致密結(jié)構(gòu)較好的砂質(zhì)泥巖；直接頂為厚6.5～8.4m的灰白色、局部夾有煤屑的細(xì)粒砂巖；基本頂為厚18.7～25.4m的灰白色、含石英及長石等礦物質(zhì)的粗粒砂巖；直接底為厚1.8～3.1m的灰黑色泥巖－砂質(zhì)泥巖。工作面采用一次采全高進行回采，切眼斷面（寬×高）為9000mm×4800mm，切眼沿工作面底板掘進。

2 切眼斷面和支護參數(shù)的確定

根據(jù)其他礦井大斷面開切眼錨網(wǎng)索支護經(jīng)驗，決定將3031綜采工作面開切眼設(shè)計成正規(guī)矩形斷面，為了保障配套綜采設(shè)備的正常安裝，設(shè)計開切眼掘進方式為沿底板傾向掘進，斷面規(guī)格（寬×高）為9m×4.8m?？紤]到3031開切眼斷面過大，一次成巷施工難度較大，且現(xiàn)場管理和支護較困難，決定采用二次成巷的方式進行掘進，即首先沿采空區(qū)側(cè)掘進寬4.8m的開切眼，然后采用擴巷掘進方式，沿切眼外幫側(cè)刷巷4.2m，兩次掘進巷高度均為4.8 m，待開切眼施工完畢后即形成原設(shè)計斷面。

2.1 切眼支護參數(shù)的確定

由實驗室圍巖力學(xué)試驗結(jié)果可知，3031工作面頂板圍巖條件較好，適合采用錨網(wǎng)索支護。但考慮到工作面斷面過大，且部分地帶可能存在破碎帶、構(gòu)造帶等頂板條件較差的局部地帶，可采用工字鋼配合單體液壓支柱或者化學(xué)注漿進行加固，開切眼支護斷面見圖1。

圖1 13031綜采工作面開切眼支護示意

（1）頂板支護參數(shù)的確定：根據(jù)錨桿長度經(jīng)驗計算公式確定錨桿長度為2.48m，同時結(jié)合頂板圍巖條件最終決定選用錨桿型號為Φ20mm×2500mm的左旋無縱筋螺紋錨桿，錨桿配套托盤采用120mm×120mm×8mm的碳鋼托盤，根據(jù)大斷面開切眼支護經(jīng)驗確定錨桿間排距為800mm×800mm；根據(jù)圍巖物理特性和開切眼斷面尺寸，決定選用Φ17.8mm×9500mm型號錨索進行支護，錨固長度為1200mm，根據(jù)錨索間排距經(jīng)驗計算公式確定錨索間排距為1600mm×1600mm，錨索托盤采用150mm×150mm×10mm的碳鋼托盤；為了提高頂板支護強度，選用鋼筋焊接而成的4000mm×100mm規(guī)格的托梁和由10＃鐵絲焊接而成的網(wǎng)格為100mm×100mm金屬菱形網(wǎng)，配合頂板錨桿和錨索對頂板進行支護；錨桿采用K2335型和Z2360型錨固劑各一卷進行錨固，錨索采用一卷K2335型和兩卷Z2360型錨固劑進行錨固。

（2）兩幫支護參數(shù)的確定：借鑒其它礦井支護經(jīng)驗，決定在開切眼兩幫采用錨桿配合金屬網(wǎng)進行支護；根據(jù)錨桿長度經(jīng)驗計算公式確定所需錨桿長度為1.97m，同時結(jié)合煤體力學(xué)特征，決定選用Φ18mm×2000mm左旋無縱筋螺紋鋼錨桿對開切眼兩幫進行支護，同時選配網(wǎng)格為100 mm×100mm的由10＃鐵絲焊接成的金屬網(wǎng)進行聯(lián)合支護。錨桿錨固劑選型和用量同頂板錨桿支護相同。

（3）補強支護：若在掘進過程中遇到頂板不穩(wěn)定、破碎帶等頂板異?，F(xiàn)象時，可采用“11＃工字鋼＋單體液壓支柱＋片網(wǎng)”進行補強支護，工字鋼沿掘進方向布置，采用“一梁四柱”進行架設(shè)，同時應(yīng)確保單體液壓支柱壓力不低于90kN。若頂板破碎帶影響范圍較大，可采用馬麗散等化學(xué)加固劑對頂板進行加固，待頂板穩(wěn)定后，方可按照施工工藝進行掘進。

3 施工技術(shù)要求

1）在開切眼掘進過程中，盡量減少空頂、空幫的范圍和時間，嚴(yán)格按照“邊掘邊支”的支護原則，尤其在擴巷施工時，要首先確保一次掘巷后的支護質(zhì)量合格，否則應(yīng)改善原一次支護體系后方可繼續(xù)二次掘巷。在進行錨桿、錨索施工時，應(yīng)合理確定施工作業(yè)時間，確保頂板不出現(xiàn)冒、漏現(xiàn)象；同時，錨桿鉆具應(yīng)滿足設(shè)計鉆孔要求，鉆孔間排距應(yīng)符合設(shè)計要求，盡量保證錨桿、錨索受力均衡，從而避免因支護不當(dāng)造成的巷道頂板應(yīng)力集中現(xiàn)象。保證開切眼支護質(zhì)量的前提是錨桿、錨索錨固效果符合要求，即首先將鉆孔和錨桿、錨索的錨固段用水反復(fù)沖洗干凈；安裝錨索時采用邊推邊頂?shù)姆绞竭M行一次性連續(xù)攪拌，同時嚴(yán)禁提前捅破錨固劑，等待一定時間后，按照施工設(shè)計要求上托梁、托盤、索具等。最后，進行錨桿、錨索抗拔力試驗，符合要求方可組織驗收。

2）在開切眼施工前要組織人員進行專門培訓(xùn)，使全體工作人員熟練掌握巷道掘進和錨網(wǎng)索支護施工要求和注意事項。每班開工前，需由經(jīng)驗豐富的老工人進行敲幫問頂，并由專職驗收員對每班的工程進行確認(rèn)。生產(chǎn)科、開拓科等相關(guān)科室，負(fù)責(zé)開切眼掘進施工和支護施工的指導(dǎo)和監(jiān)督，每天組織人員對開切眼施工各工序進行巡回檢查，發(fā)現(xiàn)問題，及時分析和處理。

4 切眼支護效果分析

3031綜采工作面大斷面開切眼，其掘進和支護難度大，質(zhì)量要求高。因此，在距離上安全出口210m、130m、50m處各布置兩個測站，運用十字交叉法對巷道收斂情況進行觀測。由觀測結(jié)果可知，在距離開切眼掘進迎頭15～27m，切眼變形較明顯，隨著掘進工作的繼續(xù)，巷道收斂速度逐漸減小，直至趨于穩(wěn)定，受掘進影響范圍約為45～50 m；其中兩幫移近量約為130～145mm，頂?shù)装逡平考s為75～86mm。由此可知，整體來說開切眼變形量較小，采用錨網(wǎng)索支護方式可以有效控制開切眼變形，不會對支架的正常安裝造成影響。

5 結(jié)語

3031綜采工作面大斷面開切眼錨網(wǎng)索支護實踐表明，采用錨網(wǎng)索對開切眼支護是合理的、可行的，能夠把被動式的支護轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃有灾ёo，提高了開切眼支護效果和支護強度，達到 了預(yù)期效果，為工作面快速安裝和提前投產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。

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