霍寶干河煤礦2-105工作面大斷面切眼圍巖控制技術(shù)

楊 沛

(山西霍寶干河煤礦有限公司，山西 臨汾 041600)

隨著煤礦大型綜采設(shè)備的應(yīng)用，工作面切眼寬度很多已達(dá)到7 m以上，大跨度切眼對于支護(hù)方法和支護(hù)效果的要求也越來越高[1]。傳統(tǒng)支護(hù)方式無法滿足綜采工作面開切眼斷面大、跨度大等支護(hù)問題[2-3]。為解決大斷面掘進(jìn)巷道支護(hù)困難問題，本文以霍寶干河煤礦2-105工作面切眼為研究背景，對工作面大斷面切眼圍巖控制技術(shù)進(jìn)行探討。

1 工程概況

霍寶干河煤礦目前開采2號煤層，煤層厚度3.32～8.80 m，平均4.2 m。煤層位于太原組下部，頂板多為K2灰?guī)r和砂質(zhì)泥巖，泥巖多為偽頂。砂質(zhì)泥巖抗壓強(qiáng)度4.2～18.4 MPa，平均11.3 MPa，抗拉強(qiáng)度0.22～0.39 MPa，平均0.31 MPa。底板為砂質(zhì)泥巖，局部為粗砂巖，砂質(zhì)泥巖抗壓強(qiáng)度6.4～8.7 MPa，平均7.5 MPa。

2-105工作面位于井下一采區(qū)的左翼，西北側(cè)為F13斷層，西南側(cè)為一采區(qū)三條大巷，東北側(cè)為小河村保安煤柱邊界，東南側(cè)為下張端斷層。工作面布置如圖1所示。工作面采用傾斜長壁一次采全高綜合機(jī)械化采煤法，回采巷道沿煤層走向布置，推進(jìn)長度為817 m。切眼為矩形巷道，巷道凈寬7 000 mm，凈高2 700 mm，沿煤層傾向布置，長度為205 m，沿2號煤層頂板施工。

圖1 2-105工作面空間位置

2 工作面切眼圍巖變形破壞情況

2-105工作面大斷面切眼掘進(jìn)30 d內(nèi)，巷道頂板出現(xiàn)下沉，兩幫收斂變形，通過井下現(xiàn)場對切眼巷道已掘段(0～100 m)進(jìn)行實地考察、觀測，其巷道圍巖變形破壞情況如下：

1) 頂板破壞情況。由于切眼巷道凈面積為18.9 m2，為大斷面巷道，在切眼巷道52 m處最大頂板下沉量達(dá)580 mm，嚴(yán)重威脅了礦井安全生產(chǎn)，切眼頂板個別錨索失效；32 m處局部錨桿被拉斷，頂板局部有明顯的網(wǎng)兜現(xiàn)象。

2) 兩幫破壞情況。在切眼掘進(jìn)30 d內(nèi)，兩幫變形量稍小于頂板下沉量，最大兩幫變形量位于切眼巷道65 m處，達(dá)520 mm，其中右?guī)妥冃瘟繛?50 mm，左幫變形量為270 mm，兩幫變形問題亟待解決。

3 工作面切眼頂板分區(qū)支護(hù)控制方案

針對2-105工作面大斷面切眼掘進(jìn)期間圍巖變形嚴(yán)重的問題，決定采用錨網(wǎng)索+單體液壓支柱補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)方案。具體支護(hù)參數(shù)如下：

切眼凈寬×凈高=7 m×2.7 m，巷道掘進(jìn)采用二次成巷，一次掘進(jìn)寬度4 000 mm(一次掘進(jìn)時將2根錨索都支護(hù)上)，二次掘進(jìn)寬度為3 000 mm。由于采用二次成巷，在一次掘進(jìn)和二次掘進(jìn)的內(nèi)幫側(cè)，需采用可切割玻璃鋼錨桿。巷道頂板支護(hù)的施工工藝為掘進(jìn)—打掉危巖出煤—臨時支護(hù)—鉆頂板支護(hù)錨桿孔、清孔—安裝樹脂藥卷和錨桿—用錨桿機(jī)攪拌藥卷至規(guī)定時間—停止攪拌并等待60 s左右—上螺母—安裝其它頂板錨桿。

1) 頂板支護(hù)。頂板布置8根錨桿，規(guī)格為D20 mm×2 000 mm的高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿，一切眼錨桿間距900 mm，二切眼錨桿間距950 mm，排距為1 000 mm，在切眼中線采用單體液壓支柱加強(qiáng)支護(hù)；采用高強(qiáng)錨桿螺母M24，配合高強(qiáng)度萬向球和1010尼龍墊圈，采用高強(qiáng)度拱形托盤，尺寸為150 mm×150 mm×10 mm，拱形不低于36 mm；采用1支MSCK2335和1支MSK2360樹脂藥卷錨固，錨固長度為1.2 m；錨桿預(yù)緊力矩為300 N·m，錨固力為130 kN。錨索采用D17.8 mm、長7.3 m的1×7股的高強(qiáng)錨索，間距為1 500 mm，與錨桿交錯布置，錨索一排布置3根，排距2.0 m；采用1支MSCK2335和2支MSK2360樹脂藥卷錨固，錨固長度為1.5 m；錨索托盤為300 mm×300 mm×16 mm的高強(qiáng)度托盤，配套高強(qiáng)度萬向球、鎖具，錨索預(yù)緊力應(yīng)≥200 kN；鋼筋托梁采用D16 mm的圓鋼焊接而成；采用成品10號鍍鋅經(jīng)緯網(wǎng)護(hù)頂，用16號鉛絲聯(lián)接，雙絲雙扣，綁扎間距不大于100 mm。

2) 巷幫支護(hù)。幫錨桿規(guī)格為D20 mm×2 000 mm玻璃鋼錨桿，每幫3根，間排距1 000 mm×1 000 mm，采用塑料托盤及配套木托板，托板尺寸為300 mm×150 mm×50 mm，采用1支MSCK2335和1支MSK2360樹脂錨固藥卷錨固，錨固長度為1 200 mm，采用3 100 mm×1 200 mm的塑料網(wǎng)護(hù)幫，用16號鉛絲聯(lián)接，雙絲雙扣，綁扎間距不大于100 mm。

分區(qū)支護(hù)錨桿、錨索布置如圖2所示。

圖2 2-105工作面大斷面切眼頂板、巷幫分區(qū)支護(hù)錨桿、錨索布置(mm)

4 效果分析

為了檢驗2-105工作面大斷面切眼頂板、巷幫分區(qū)支護(hù)效果，在工作面切眼120 m處布置1個測站，間隔60 m布置另1個測站，觀測2-105工作面大斷面切眼頂?shù)装逡平亢蛢蓭鸵平?，每? d觀測一次，觀測周期為32 d。切眼圍巖隨時間位移量、變形速率如圖3、圖4所示。

圖3 測站圍巖隨時間位移量

圖4 圍巖隨時間變形速率

由圖3、圖4可知，2-105工作面大斷面切眼圍巖變形速率在前10 d變化較大，在掘進(jìn)第10 d時頂?shù)缀蛢蓭蛧鷰r變形量最大，頂?shù)装逡平亢蛢蓭鸵平糠謩e為165 mm和125 mm；在掘進(jìn)10 d后變形速率開始趨于穩(wěn)定，直至為零，最終頂?shù)装逡平糠€(wěn)定在165 mm左右，兩幫移近量穩(wěn)定在125 mm左右。說明切眼圍巖變形量得到有效控制，支護(hù)效果良好。