綜采面切眼大斷面施工技術(shù)分析

呂 文

(山西省煤炭建設(shè)監(jiān)理有限公司，山西 太原 030012)

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，對于能源的需求量也不斷增加。煤炭作為我國主要的傳統(tǒng)能源形式，其開采規(guī)模也相應(yīng)得到擴(kuò)大，與此同時，煤炭開采過程中各種復(fù)雜情況也隨之出現(xiàn)。近年來，隨著礦井綜合開采無論是技術(shù)還是設(shè)備等方面的進(jìn)步，促使綜采能力和效率均得到有效提高。為了適應(yīng)具體的綜采需要，開采設(shè)備的外形尺寸也得到一定擴(kuò)展，這就要求綜采面的切眼斷面隨之增大。綜采面切眼大斷面的增大會引起一系列變化，具體包括礦井內(nèi)部巷道的跨度進(jìn)一步變大，這也就對礦井內(nèi)的支護(hù)技術(shù)提出了更高要求。綜采面切眼大斷面的支護(hù)技術(shù)和建設(shè)如果不達(dá)標(biāo)，將嚴(yán)重影響到礦井整體的穩(wěn)定性，進(jìn)而威脅到工作人員的生命安全。基于此，要結(jié)合礦井實際情況做好綜采面切眼大斷面的施工技術(shù)以及支護(hù)技術(shù)，確保礦井內(nèi)部穩(wěn)定性和工作人員生命安全[1-2]。

以西北某省份一大型國有煤業(yè)企業(yè)的綜采面切眼大斷面施工情況為具體案例，分析在具體開采過程中相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用及其效果。該煤業(yè)企業(yè)擁有兩個生產(chǎn)礦井，分別是1號煤礦和2號煤礦。兩個礦井在生產(chǎn)環(huán)境、生產(chǎn)產(chǎn)量、生產(chǎn)工藝等方面均存在一定差異。其中，1號煤礦目前的生產(chǎn)能力達(dá)到500萬t/d，其特點是內(nèi)部含有大量瓦斯，屬于高瓦斯礦井。2號煤礦是整個企業(yè)最主要的采煤層，經(jīng)過實地勘察發(fā)現(xiàn)，2號煤礦的采煤層為中度到厚度煤層，這說明2號煤礦內(nèi)含有大量優(yōu)質(zhì)煤炭資源。進(jìn)一步的勘察結(jié)果顯示，2號煤礦的頂部以各種巖石為主，具體來講，主要包括各種沙質(zhì)泥巖和泥巖。這些巖石的厚度存在一定差異，但是均在4 m～6 m。巖石層中含有一定水分，基于巖石性質(zhì)這些頂層容易發(fā)生風(fēng)化破碎。在具體的開采過程中，首先一般需要按照預(yù)定路線進(jìn)行巷道掘進(jìn)，在實施巷道掘進(jìn)時，這些頂層巖石容易發(fā)生脫落，因此存在一定的生產(chǎn)安全隱患。頂層巖石之上為粉砂巖、細(xì)砂巖以及泥巖，而且這些巖石存在互相浸潤的情況，其厚度達(dá)到10 m～20 m。煤礦內(nèi)部直接底板主要是各種泥巖、沙質(zhì)泥、碳質(zhì)泥等，多呈現(xiàn)為灰色以及灰黑色，其厚度不均，一般在2 m～6 m。這些巖石自身性質(zhì)比較松軟，尤其是當(dāng)水分浸潤以后，很容易發(fā)生嚴(yán)重膨脹變形，最終出現(xiàn)底臌現(xiàn)象，一般情況下底臌高度在0.2 m～0.8 m。另一方面，當(dāng)這些巖石遇到水分侵蝕以后還會出現(xiàn)強(qiáng)度改變，其整體抗壓效果和能力將出現(xiàn)大幅下降，最終變?yōu)?0 kg/cm2。其自身普氏硬度下降至0.2。水分浸潤以后這些巖石的性質(zhì)出現(xiàn)較大變化，主要集中體現(xiàn)在巖石的硬度以及其穩(wěn)定性、抗壓能力等，經(jīng)過水泡，這些巖石變?yōu)闃O容易發(fā)生變形的穩(wěn)定性較差的底板。礦井內(nèi)部的老底主要成分是細(xì)砂巖和粉砂巖，外部呈現(xiàn)為灰白色和灰綠色，這種巖石自身強(qiáng)度較高，難以出現(xiàn)風(fēng)化破碎等情況，具有較高的抗壓能力，同時其自身硬度也必將較大，能夠達(dá)到普氏硬度2.8～4.2，說明這些巖石具有良好穩(wěn)定性和強(qiáng)度、硬度，能夠作為中等穩(wěn)定底板。

1 工作面概況及切眼掘進(jìn)工藝

1.1 工作面切眼概況

本文以該煤業(yè)企業(yè)2號煤礦1024工作面作為研究對象。1024工作面位于2號煤礦主巷道西側(cè)，該工作面在具體操作施工過程中為對應(yīng)盤區(qū)的首采面。工作面的進(jìn)風(fēng)順槽長度為2 270 m，回風(fēng)順槽長度也是2 270 m。該工作面寬度為4.5 m，整體呈現(xiàn)為一個矩形的斷面。進(jìn)一步考察結(jié)果顯示，該矩形斷面高度在2.8 m；其中切眼長度達(dá)到240 m，寬度為6 m，高度為2.7 m，同樣呈現(xiàn)為矩形。

1.2 工作面切眼掘進(jìn)工藝

在具體的掘進(jìn)過程中，由于受到各方面限制因素的影響，導(dǎo)致其切眼寬度無法一次性完成；為了順利完成切眼的掘進(jìn)，決定采用先導(dǎo)硐進(jìn)行施工，具體寬度為4 m，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步對其進(jìn)行拓展，最終得到6 m的寬度。在導(dǎo)硐施工期間，采用掘進(jìn)機(jī)沿著煤層頂?shù)装暹M(jìn)行掘進(jìn)，在這個過程中產(chǎn)生的煤炭也進(jìn)行對應(yīng)的裝運(yùn)。為了取得良好的掘進(jìn)效果，決定采用橫向復(fù)式切割，在具體操作過程中，首先將切割頭進(jìn)行調(diào)動，當(dāng)其達(dá)到巷道內(nèi)時開始掘進(jìn)，從巷道的下部開始，首先得到一個橫槽，在此基礎(chǔ)上從下往上進(jìn)行截面切割。為了達(dá)到預(yù)期寬度和效果，將其進(jìn)刀深度控制在0.8 m。完成導(dǎo)硐施工以后再進(jìn)行二次拓寬作業(yè)，最終達(dá)到6 m寬度的效果。

2 支護(hù)形式、支護(hù)機(jī)理及支護(hù)效果

2.1 支護(hù)形式

結(jié)合工作面的具體情況以及支護(hù)要求，針對切眼的支護(hù)決定采用錨網(wǎng)加上錨索梁的形式，這有助于實現(xiàn)聯(lián)合支護(hù)。頂板、副幫部位的支護(hù)材料選擇鋼材錨桿，要嚴(yán)格控制支護(hù)材料的品質(zhì)和性能，確保其達(dá)到相關(guān)使用要求和標(biāo)準(zhǔn)；在本次支護(hù)操作中，具體選用的錨桿為20 mm×2 100 mm規(guī)格。在具體布置過程中，按照工作面具體情況實施菱形支護(hù)；針對主幫的支部材料選擇玻璃鋼錨桿，具體規(guī)格與鋼錨桿相同，同時對其實施“三-三”的矩形布置。頂板支護(hù)選擇錨索梁，為了確保其達(dá)到對應(yīng)支撐力度和強(qiáng)度要求，決定采用一梁三索以及一梁四索兩組方式，同時將其進(jìn)行交錯排列；一梁三索具體梁長度為3 m，排距為1.6 m，一梁四索錨索梁長度為4.2 m，排距為1.6 m。本次支護(hù)中選擇的鋼絞線都按照對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)采購。

第一次導(dǎo)硐過程中，當(dāng)機(jī)器掘進(jìn)切眼寬度達(dá)到4 m時，針對頂錨桿實施對應(yīng)的“五-五”菱形布置，同時針對主副幫錨桿按照“三-三”的規(guī)則進(jìn)行矩形布置；具體規(guī)格方面，錨索梁長度為3 m，排距控制在1.6 m。在第一次導(dǎo)硐完成的基礎(chǔ)上實施第二次刷幫掘進(jìn)，為了適應(yīng)對應(yīng)的施工以及確保其整體穩(wěn)定性，其中主幫幫錨桿采用“三-三”的矩形布置，而錨索梁則根據(jù)實際需要選擇對應(yīng)的支護(hù)方式，具體來講，為了確保整體穩(wěn)定性決定采用一梁三索、一梁四索交錯排列的方式，其中,一梁三索錨索梁與已支護(hù)錨索梁兩根并在一起支護(hù)，具體規(guī)格方面，梁的長度控制在3 m，排距控制在1.6 m，一梁四索錨索梁長度控制為4.2 m，排距控制在1.6 m。

2.2 支護(hù)機(jī)理

本次案例中的煤層巷道斷面多表現(xiàn)為矩形，矩形在受力情況下很容易產(chǎn)生對應(yīng)的拉力；而煤炭自身的強(qiáng)度和韌性都比較差，在受力情況下很容易發(fā)生斷裂，尤其是在面臨跨度較大的情況下，這就給綜采面的切眼大斷面支護(hù)帶來一定困難。針對這種情況，采用差異錨桿以及對應(yīng)的錨索支護(hù)有助于將壓力實現(xiàn)有效分散，進(jìn)而降低局部承受的壓力。本次研究中針對切眼采用錨桿、錨索以及網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)合支護(hù)，針對副幫錨桿選用鋼錨桿，主幫則使用對應(yīng)的玻璃鋼錨桿，對應(yīng)的錨索則選用鋼絞線。

錨桿、網(wǎng)、錨索梁將巷道頂部上側(cè)組成一個承載梁，這種組合有助于將頂部的壓力進(jìn)行分散，減少局部所受壓力，實現(xiàn)良好的穩(wěn)定性。具體來講，錨索深入上部穩(wěn)定巖層給予承載梁較大的預(yù)應(yīng)力，這就給整體支護(hù)提供了一個有力的支持，在此基礎(chǔ)上每根錨索周圍形成的壓縮區(qū)域彼此重疊，促使對應(yīng)部位所受壓力得到降低，另一方面在復(fù)合頂板中形成一個厚度更大的均勻連續(xù)壓縮帶，這個層面會相互擠壓，在這個過程中層面摩擦得到有效增大，這個過程促使復(fù)合頂板形成拱梁，這種結(jié)構(gòu)能實現(xiàn)良好的支護(hù)作用，進(jìn)而有效地提高頂板的整體性、穩(wěn)定性、加強(qiáng)頂板的自承能力，減少了變形與位移。

3 結(jié)語

在大斷面切眼的掘進(jìn)工藝過程中，使用錨桿、錨索梁聯(lián)合支護(hù)，能夠有效控制圍巖變形，提高巷道支護(hù)質(zhì)量，為切眼安裝和安全生產(chǎn)提供了強(qiáng)有力的保障。