礦井工作面大斷面切眼分次掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)應(yīng)用

文/徐大強(qiáng)

工作面切眼施工一直是煤礦井巷施工中的重點(diǎn)管理對(duì)象，由于開拓的深度、地質(zhì)的不確定及機(jī)械化程度因素的影響，在實(shí)際施工中存在支護(hù)難度較大、頂板動(dòng)態(tài)管理復(fù)雜等問題，選擇合適的施工工藝和支護(hù)參數(shù)，能夠?qū)Π踩焖偻瓿汕醒凼┕ぬ峁┯辛Φ闹?，也?duì)工作面后期綜采設(shè)備的安裝夯實(shí)安全基礎(chǔ)。

中煤第五建設(shè)有限公司白楊溝煤礦為技術(shù)改造礦井。為優(yōu)化工作面設(shè)計(jì)，在B4-03工作面密閉啟封后，礦井技術(shù)人員對(duì)原有巷道進(jìn)行了現(xiàn)場勘查、測量，并結(jié)合礦原有技術(shù)資料，組織設(shè)計(jì)院、公司相關(guān)專家進(jìn)行方案研討，最終確定B4-03工作面設(shè)計(jì)方案：對(duì)原有巷道進(jìn)行修復(fù)和掘進(jìn)新切眼，形成“兩進(jìn)一回”回采工作面。新切眼設(shè)計(jì)凈寬8.3m，結(jié)合運(yùn)輸順槽掘進(jìn)情況和地質(zhì)資料分析，切眼施工分兩次進(jìn)行，制訂了詳細(xì)的切眼掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)施工方案，優(yōu)化了支護(hù)參數(shù)，切眼成型后效果良好，巷道頂、幫的變形得到有效控制，實(shí)現(xiàn)了安全生產(chǎn)，為下一步綜采設(shè)備的安裝提供了有力保障。

一、工程概述

白楊溝煤礦井田構(gòu)造形態(tài)總體為北東傾向的單斜構(gòu)造，傾向10°～30°，傾角一般在16°～20°。礦井主采煤層為B1、B2、B3、B4煤層，煤層的傾角為10°～17°，煤層厚度為2.0～12.65m，礦井鑒定為低瓦斯礦井，四個(gè)煤層均屬于Ⅱ級(jí)自燃煤層，煤塵具有爆炸危險(xiǎn)性，水文地質(zhì)條件中等，無沖擊地壓危害。井下采煤工藝采用傾向長壁后退式采煤方法，綜采放頂煤，采用全部垮落法管理頂板。

B4-03工作面切眼西側(cè)為F1斷層保護(hù)煤柱，南側(cè)為實(shí)體煤，北側(cè)為井田邊界保護(hù)煤柱和原采面，東側(cè)為F2斷層保護(hù)煤柱。B4-03工作面切眼布置在B4煤層中，巷道沿煤層底板掘進(jìn)，設(shè)計(jì)為矩形斷面，總長120.5m， 凈寬8.3m，凈高3m。切眼采用2次掘進(jìn)成巷的施工方案，一次掘進(jìn)和二次掘進(jìn)的寬度分別為4.3m和4m。掘進(jìn)巷道頂板為煤層，厚度平均約9m，煤層上方為泥質(zhì)粉砂巖、粗砂巖，局部見有泥質(zhì)粉砂巖偽頂，切眼掘進(jìn)過程中需貫通原有運(yùn)輸順槽（已探明），施工中做好地質(zhì)預(yù)測預(yù)報(bào)和鉆探施工。

二、切眼掘進(jìn)支護(hù)方案及應(yīng)用

B4-03工作面切眼采用錨網(wǎng)索+單體鉸接頂梁聯(lián)合支護(hù)方式進(jìn)行支護(hù)。巷道兩次掘進(jìn)施工中使用的錨網(wǎng)（索）支護(hù)參數(shù)，借鑒鄰近礦井類似煤層巷道掘進(jìn)支護(hù)方案，并經(jīng)過生產(chǎn)技術(shù)人員反復(fù)計(jì)算論證，間排距及錨固長度均滿足設(shè)計(jì)要求和施工需要。

1.頂板支護(hù)參數(shù)

切眼一次和二次掘進(jìn)過程中頂板錨桿采用?20×2000mm等強(qiáng)錨桿，間排距為1000×1000mm，采用1支CK2335型樹脂錨固劑和1支K2360型樹脂錨固劑進(jìn)行錨固，托盤采用150×150×12mm/Q235的錨桿專用金屬托盤。敷設(shè)的網(wǎng)片為鋼筋網(wǎng)，采用?6.5mm圓鋼加工而成，網(wǎng)孔規(guī)格為100×100mm，網(wǎng)片規(guī)格為1000×2600mm，屈服強(qiáng)度為235MPa，網(wǎng)邊搭接用14#鉛絲隔孔相連，網(wǎng)與網(wǎng)搭接長度為100mm，長邊沿巷道軸線擺放。

錨索采用?17.8mm×12000mm的鋼絞線（現(xiàn)場施工過程中根據(jù)煤層厚度、走向?qū)﹀^索長度進(jìn)行調(diào)整，但必須確保深入穩(wěn)定巖層2m），間排距2000×4000mm，錨索矩形布置在相鄰兩排錨桿中間，每排打設(shè)2根，錨索托盤采用250×250×16mm/Q235的托盤，采用1支CK2335型樹脂錨固劑和2支K2360型樹脂錨固劑進(jìn)行錨固（現(xiàn)場頂板若揭露圍巖條件差則縮小至2000×3000mm，根據(jù)煤層變化情況合理調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)，確保支護(hù)安全到位）。頂板錨桿扭矩力不低于120N·m，錨固力不低于105KN，錨索預(yù)緊力不得低于150KN。

B4-03工作面切眼進(jìn)行二次掘進(jìn)施工時(shí)，使用單體液壓支柱+鉸接頂梁進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)，頂梁正懸鉸接，一梁一柱，沿巷道（凈寬8.3m）中心線進(jìn)行布置，間排距為3.6×1m。單體液壓支柱型號(hào)為DW35-200/100型，單重約82Kg，額定工作阻力為200KN，最小支撐高度為2.7m，最大支撐高度為3.5m，油缸工作行程為0.8m，施工過程中嚴(yán)格按照單體液壓支柱使用規(guī)范及安全技術(shù)措施進(jìn)行操作。

2.幫部支護(hù)

切眼一次和二次掘進(jìn)過程中幫部非回采側(cè)錨桿采用?20×2000mm等強(qiáng)錨桿，間排距為1000×1000mm，托盤采用150×150×12mm/Q235的錨桿專用金屬托盤，網(wǎng)片為?6.5mm圓鋼加工成的鋼筋網(wǎng)?；夭蓚?cè)錨桿采用?20×1800mm玻璃鋼錨桿，間排距1000×1000mm，錨桿托盤規(guī)格為?120×10mm，網(wǎng)片采用煤礦井下用雙向拉伸塑料網(wǎng)，此塑料網(wǎng)以聚丙烯為主要原材料，經(jīng)過阻燃、抗靜電技術(shù)處理后，采用雙向拉伸方法形成的整體結(jié)構(gòu)，符合現(xiàn)場施工安全需要。幫部錨桿扭矩力不小于100N·m，錨固力不小于105KN。

3.支護(hù)技術(shù)要求

（1）嚴(yán)格控制打眼深度，眼過深時(shí)，錨桿（索）體頭部不能完全搗碎或接觸到藥卷，降低錨固力，過淺則不能把錨桿（索）安裝到位，無法安裝托盤，造成托盤松動(dòng)，嚴(yán)重影響錨桿（索）的支護(hù)效果。錨桿、錨索間排距誤差為±100mm，錨桿眼深度1950mm，錨索眼深度根據(jù)煤層厚度進(jìn)行合理調(diào)整。錨桿托盤安裝后要垂直巷壁，與巷道法線夾角不大于5°（特殊角度嚴(yán)格控制在設(shè)計(jì)范圍，誤差內(nèi)允許偏差≤15°）。錨索托盤安裝后垂直巷壁，與巷道法線夾角不大于10°。托盤安裝部位及周圍50mm范圍煤壁表面必須清除浮煤并且找平、找實(shí)，托盤與金屬網(wǎng)、巷壁緊貼面積要大于70%。錨桿外端的托盤必須緊貼巷壁，螺絲緊固不得松動(dòng)，托盤安裝后錨桿露出螺母長度為10～50mm，錨索露出鎖具長度為150～250mm。

（2）聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)片拉直，鋪設(shè)平整，緊貼圍巖，接茬必須采用14#鉛絲雙絲三扣，隔孔相連，巖石較為破碎時(shí)，孔孔相連，聯(lián)網(wǎng)后鉛絲尾巴向下。

（3）安裝的頂板和幫部錨桿預(yù)緊力要做到100%檢查，施工區(qū)隊(duì)各班必須配置經(jīng)過鑒定完好的指針式力矩扳手，每班檢測完后及時(shí)填寫錨桿預(yù)緊力檢測數(shù)據(jù)原始記錄臺(tái)賬。錨桿拉拔力采用LDZ300型錨桿拉力計(jì)檢測，錨索預(yù)緊力采用MQ15-180/60型漲拉千斤頂進(jìn)行檢測，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求時(shí)必須補(bǔ)打，錨索要做好二次緊固工作。巷道每施工20～30m，錨桿在300根以下，取樣檢查應(yīng)不少于1組；錨桿在300根以上，每增加300根，相應(yīng)多取樣1組，每組隨機(jī)抽樣不得少于3根（頂板1根、兩幫各1根）進(jìn)行檢測。同時(shí)，抽查一組錨索，每組不少于3根。抽檢錨桿、錨索時(shí)只做非破壞性的拉拔試驗(yàn)，對(duì)于施工過程中由于各種原因造成的失效錨桿（索）必須在其附近重新補(bǔ)打，補(bǔ)打錨桿（索）支護(hù)質(zhì)量要符合設(shè)計(jì)要求。

三、巷道支護(hù)效果分析

為了檢查切眼二次掘進(jìn)支護(hù)的效果，采用頂板離層指示儀測量頂板錨固范圍內(nèi)位移量，巷道掘進(jìn)過程中每隔20m在巷道正中間安裝一個(gè)頂板離層儀，深基點(diǎn)為8200mm，淺基點(diǎn)為2000mm，嚴(yán)格按照操作說明書將深、淺部基點(diǎn)錨固器安裝到位，安裝結(jié)束記錄好初始讀數(shù)，前7天每天觀測一次，直接讀取數(shù)據(jù)，7天后每周觀測一次，觀測顏色并記錄好位移量。

B4-03工作面切眼采用錨網(wǎng)索+單體鉸接頂梁聯(lián)合支護(hù)方式，從巷道掘進(jìn)結(jié)束至工作面開始安裝間隔時(shí)間約1個(gè)月，在此期間對(duì)頂板離層儀實(shí)時(shí)觀測，未出現(xiàn)明顯位移變化，最大位移量僅為10mm。后期的安裝過程中拆除單體液壓支柱后頂板也未出現(xiàn)明顯下沉，更無冒頂事故發(fā)生，巷道兩幫未出現(xiàn)位移，安裝結(jié)束后頂板位移量最大值為20mm。由此推斷，大斷面切眼2次掘進(jìn)成巷支護(hù)方案可行，為下一個(gè)采面大斷面切眼的施工提供了可靠的理論依據(jù)。

四、結(jié)論

白楊溝煤礦B4-03工作面切眼施工支護(hù)實(shí)踐證明，錨網(wǎng)索+單體鉸接頂梁聯(lián)合支護(hù)是大斷面切眼控制頂板比較有效的支護(hù)方式，這種兩次掘進(jìn)支護(hù)方案能夠很好地控制頂板，確保施工過程安全，也能保證回采工作面液壓支架安裝的安全性。煤礦施工技術(shù)人員要結(jié)合現(xiàn)場情況，進(jìn)行科學(xué)研究，不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)，根據(jù)地質(zhì)條件、機(jī)械化程度制訂有針對(duì)性的施工方案，實(shí)現(xiàn)對(duì)巷道支護(hù)的可控性，為安全生產(chǎn)保駕護(hù)航。