厚煤層大斷面切眼支護(hù)及監(jiān)控技術(shù)

韓景輝

（大同煤礦集團(tuán)宏泰礦山工程建設(shè)有限責(zé)任公司，山西 大同 037003）

大同塔山煤礦現(xiàn)開采石炭系太原組 3～5號(hào)煤層，煤層節(jié)理裂隙發(fā)育，受掘進(jìn)的擾動(dòng)，煤體呈現(xiàn)層狀碎裂甚至散體結(jié)構(gòu)，加上地應(yīng)力較大，支護(hù)非常困難，特別是切眼施工，跨度大的切眼施工，極易發(fā)生頂板離層和冒頂。因此優(yōu)化巷道設(shè)計(jì)對(duì)塔山礦的生產(chǎn)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。在厚煤層中掘進(jìn)大斷面巷道，解決巷道變形大、整體穩(wěn)定性差的問(wèn)題顯得尤為重要。

1 工程概況

8112工作面位于塔山礦一盤區(qū)西部，東鄰8111回采工作面，南與1070回風(fēng)巷為界，聯(lián)通1070皮帶巷、輔運(yùn)巷。西部為三盤區(qū)大巷，北至口泉鐵路保護(hù)煤柱。上覆為山4號(hào)層8105采空區(qū)，與3～5號(hào)層層間距為18～53m，平均35m。切眼巷道斷面全寬9100mm，全高3700mm。地坪厚度200mm，頂板、古塘幫噴漿厚度120mm，混凝土強(qiáng)度C20。

8112工作面頭部為一單斜構(gòu)造，尾部形成一個(gè)兩邊高中間低的向斜區(qū)域。煤層傾角1～2°，平均2°，煤層走向西南～北東，傾向北西，局部?jī)A向東南。傾角1°。煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，3～5號(hào)煤層分叉為3-1、3-2～5號(hào)層，3-1號(hào)煤層厚度為0.40～1.56m，平均0.94m，與3-2～5號(hào)煤層間距在2.20～5.95m之間，平均3.57m。3-2～5號(hào)層利用厚度為9.60～12.82m，平均11.86m。煤層中含4～12層夾矸，平均9層，厚度為3.06m，巖性為灰黑色炭質(zhì)泥巖、泥巖、灰褐色高齡巖?；卷攷r性為灰白色礫巖、粗砂巖。直接頂巖性自下而上為灰黑色、深灰色，砂質(zhì)泥巖（泥巖下部局部夾有粉砂巖）。

2 施工方法

2.1 巷道施工方法

采用掘進(jìn)機(jī)組沿煤層底板掘進(jìn)，掘進(jìn)時(shí)以斷面5000×3700mm（全寬×全高）掘進(jìn)古塘側(cè)。掘進(jìn)時(shí)采用機(jī)組割煤、出矸，皮帶運(yùn)輸煤矸。

2.2 巷道開口

巷道采用掘進(jìn)機(jī)割煤開口，5112巷掘進(jìn)到8112切巷南幫后向前掘進(jìn)9.1m至掘出交岔點(diǎn)，8112切巷使用掘進(jìn)機(jī)于5112巷左幫開口，交岔點(diǎn)處施工4排組組合錨索，每排3組，組合錨索間距1600mm，排距1800mm；5112巷自切巷南幫往外5.4m范圍內(nèi)施工8組組合錨索，組合錨索排距1800mm、間距2000mm。必須支護(hù)到位，初噴緊跟至工作面。

2.3 交岔點(diǎn)施工

5112順槽掘進(jìn)至切巷開刀幫后，為方便機(jī)組進(jìn)出，切巷轉(zhuǎn)角處施工2×2m搬角。交岔點(diǎn)處使用組合錨索加強(qiáng)支護(hù)。搬角處如空頂過(guò)大，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際另行增加組合錨索加強(qiáng)支護(hù)。因后期施工調(diào)向硐室需要，交岔點(diǎn)處5112巷前掘方向右?guī)褪褂莽?2×2000mm玻璃鋼錨桿支護(hù)。

3 支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)

3.1 掘進(jìn)支護(hù)形式

掘進(jìn)時(shí)頂錨桿規(guī)格為Ф22×2500mm左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿，配合使用規(guī)格為4800×280×3.75mm的W鋼帶、150×150×10mm高強(qiáng)球型托盤，每排6根，排間距900×900mm，頂板鋪100×100mm網(wǎng)格金屬網(wǎng)。古塘幫支護(hù)使用規(guī)格為Ф22×2000mm的左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿，配合使用450×280×4.75mm鋼護(hù)板、150×150×10mm高強(qiáng)球型托盤，鋪100×100mm網(wǎng)格金屬網(wǎng)，每排4根。待擴(kuò)幫側(cè)支護(hù)使用規(guī)格為Ф22×2000mm的玻璃鋼錨桿、Ф200×15mm托板，鋪單層塑料網(wǎng)，排間距900×900mm。錨索材質(zhì)為強(qiáng)度不低于1860MPa鋼絞線，錨索規(guī)格Ф21.8×8300mm，排間距1800×1600mm，每排3根，配合使用3600×330×6mm JW鋼帶及配套托盤。組合錨索排間距3600×2200mm，每排2組，每組組合錨索使用規(guī)格為Ф21.8×10300mm鋼絞線1根，Ф21.8×8300mm、Ф21.8×6300mm鋼絞線各2根成對(duì)角線布置。

巷道頂板、古塘側(cè)噴漿，噴漿厚度120mm，鋪底厚度200mm。巷道鋪底完成后，沿切巷方向（斷面5.0×3.7m）支設(shè)1排單體支柱和1排木垛，單體支柱柱距1600mm，單體支柱支設(shè)于待擴(kuò)幫側(cè)，距切巷中心線1200mm。木垛從里往外支設(shè)，成“井”字形搭設(shè)，木垛規(guī)格2×1.6m，垛距10m，木垛中心線靠待擴(kuò)幫側(cè)距切巷中心線200mm。

單體液壓支柱初承力必須達(dá)到11.5MPa（90kN）,柱帽為金屬柱帽；梁及單體支柱要用鉛絲與頂網(wǎng)固定牢固，防止單體支柱泄液傷人；單體支柱缺液及時(shí)補(bǔ)充，損壞單體支柱及時(shí)更換，單體支柱之間使用抱箍、扁鐵聯(lián)接。

3.2 擴(kuò)幫側(cè)支護(hù)形式

擴(kuò)幫時(shí)以斷面4100×3700mm（寬×高）擴(kuò)刷采煤幫，頂錨桿規(guī)格為Ф22×2500mm左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿，配合使用規(guī)格為2800×280×3.75mm的W鋼帶、150×150×10mm高強(qiáng)球型托盤，每排5根，排間距900×900mm，頂板鋪100×100mm網(wǎng)格金屬網(wǎng)。采煤幫支護(hù)使用規(guī)格為Ф22×2000mm的玻璃鋼錨桿、Ф200×15mm托板，鋪單層塑料網(wǎng)，排間距900×900mm。

4 礦壓監(jiān)測(cè)

4.1 監(jiān)測(cè)方法

使用YHW300型圍巖位移測(cè)定儀（頂板離層儀）觀測(cè)巷道頂板離層情況。在8112巷每隔50m安裝一臺(tái)YHW300型圍巖位移測(cè)定儀（頂板離層儀），安裝在巷道中部，硐室、大斷面等特殊情況，應(yīng)選擇在斷面中部安裝離層儀。離層儀鉆孔孔深不得小于8m，安裝離層儀時(shí)，先安裝深基點(diǎn)至孔底，后安裝淺基點(diǎn)至孔深2.7m位置。交岔點(diǎn)、特殊地質(zhì)構(gòu)造等區(qū)域再增設(shè)頂板離層儀。派專人定期對(duì)離層儀進(jìn)行讀數(shù)并記錄。統(tǒng)計(jì)的下沉量見圖1。

圖1 頂板下沉曲線

4.2 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

數(shù)據(jù)顯示，巷道在開挖時(shí)頂板開始下沉，初期下沉量較大，逐步減緩，經(jīng)過(guò)幾天下沉加速期后，頂板下沉趨于穩(wěn)定。巷道下沉趨于穩(wěn)定約需要13d左右，下沉最大位移量為22.3mm。因此針對(duì)此巷道設(shè)計(jì)的錨網(wǎng)索的支護(hù)方法對(duì)巷道變形的控制非常有效。

5 結(jié)論

錨網(wǎng)索的支護(hù)方法可以有效地控制圍巖的變形，且施工簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)效果好。厚煤層大斷面開切眼的圍巖變形量和破裂范圍都很大，應(yīng)及時(shí)對(duì)巷道施加支護(hù)，特別是硐室、巷道連接位置跨度更大，及時(shí)支護(hù)可以改善圍巖的應(yīng)力狀態(tài)，提高圍巖自身的承載能力和殘余強(qiáng)度。