2038綜放工作面斷面切眼支護(hù)應(yīng)用研究

韓吉祥

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)長(zhǎng)平公司，山西 晉城 048006）

長(zhǎng)平公司2038綜放工作面北部、東部、南部為二盤區(qū)井田邊界，西部為2307綜放工作面（已回采）。巷道標(biāo)高為+716～ +739 mm，蓋山厚度在198～274 m。結(jié)合2308工作面地質(zhì)情況、煤層賦存情況、頂?shù)装逄卣饕约吧a(chǎn)銜接要求，對(duì)2308工作面切眼采用大斷面一次成巷工藝[1-5]快速掘進(jìn)。

1 工程概況

2038綜放工作面煤層為3#煤層，煤層厚度為5.14 m，普氏硬度為2.7～3.2，煤層傾角最大值為7°，最小值為0°，平均值為2°，具備大斷面一次成巷的地質(zhì)條件。2308切眼設(shè)計(jì)長(zhǎng)度135 m，從23082巷827.716 m處東幫（F點(diǎn)）開口，按照方位角90°00′00″施工135 m，中線以地質(zhì)測(cè)量部所下中線單為準(zhǔn)（巷道沿底掘進(jìn)，無腰線）。

2308切眼巷道凈斷面設(shè)計(jì)為3-3正常斷面和加寬4-4斷面，其斷面形狀為矩形，錨桿排距1.0 m。3-3斷面掘進(jìn)斷面面積23.78 m2（寬×高=8.2 m×2.9 m），4-4斷面掘進(jìn)斷面面積為26.68 m2（寬×高=9.2 m×2.9 m），3-3斷面凈斷面面積為22.4 m2（凈寬×高=8.0 m×2.8 m），4-4斷面凈斷面面積為25.2 m2（凈寬×高=9.0 m×2.8 m）。2308綜放工作面切眼布置示意圖如圖1。

圖1 2308綜放工作面切眼布置示意圖

2 切眼支護(hù)設(shè)計(jì)

2.1 巷道斷面永久支護(hù)設(shè)計(jì)

2308放頂煤工作面切眼巷道頂板支護(hù)采用高強(qiáng)度錨桿、錨索、菱形網(wǎng)、鋼筋托梁聯(lián)合支護(hù)。錨桿角度均垂直巷道頂板，靠近兩幫的頂角錨桿分別向外傾斜不大于10°；錨固方式為樹脂加長(zhǎng)錨固，采用先放一支MSK2335型錨固劑、再放一支MSZ2360型錨固劑錨固；鉆孔直徑30 mm，孔深為2290～2310 mm，錨固長(zhǎng)度1208 mm；設(shè)計(jì)預(yù)緊力矩為400 N·m，設(shè)計(jì)錨固力為190 kN；采用菱形網(wǎng)護(hù)頂，頂上菱形網(wǎng)呈兩排“三花”布置，鏈接點(diǎn)間距不大于200 mm。錨索采用高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，尾部采用配套的高強(qiáng)度鎖具；錨索“4-4”布置，利用8#（10#）鐵絲纏繞鎖具下部的錨索不少于3圈，且兩端與頂網(wǎng)連接起防墜作用。

2308放頂煤工作面切眼兩幫支護(hù)采用高強(qiáng)度錨桿、玻纖樹脂錨桿、W鋼護(hù)板、塑料網(wǎng)混合支護(hù)。錨桿角度均垂直巷幫施工，頂、底角幫錨桿傾斜角度不大于10°。錨固方式采用樹脂加長(zhǎng)錨固，南幫高強(qiáng)度錨桿采用兩支錨固劑，先放一支MSK2335型錨固劑、再放一支MSZ2360型錨固劑，北幫高強(qiáng)度玻纖樹脂錨桿采用一支MSZ2360型錨固劑。鉆孔直徑30 mm，孔深為2290～2310 mm之間，錨固長(zhǎng)度1208 mm。高強(qiáng)度錨桿設(shè)計(jì)預(yù)緊力矩400 N·m，設(shè)計(jì)錨固力190 kN。高強(qiáng)度玻纖樹脂錨桿設(shè)計(jì)預(yù)緊力矩56 N·m，設(shè)計(jì)錨固力80 kN。2308放頂煤工作面切眼永久支護(hù)布置及參數(shù)如圖2。

圖2 2308工作面切眼正常段支護(hù)布置及參數(shù)（mm）

2.2 巷道頂板加強(qiáng)支護(hù)設(shè)計(jì)

頂板加強(qiáng)支護(hù)采用型號(hào)為SKP22-1/1720×8300錨索、長(zhǎng)1.6 m的兩眼工字鋼或者長(zhǎng)2.6 m的三眼工字鋼，錨索托盤采用300 mm×300 mm×16 mm高強(qiáng)度矩形可調(diào)心托板及配套鎖具，力學(xué)性能與錨索索體一致。工字鋼規(guī)格及眼數(shù)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

根據(jù)巷道頂板情況選擇合適的方式進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，工字鋼錨索補(bǔ)強(qiáng)可滯后工作面迎頭10 m進(jìn)行，補(bǔ)強(qiáng)錨索設(shè)計(jì)預(yù)緊力為350 kN。巷道在進(jìn)出構(gòu)造、硐室開口、巷道開口、巷道貫通處5 m范圍及構(gòu)造區(qū)內(nèi)必須進(jìn)行頂板加強(qiáng)支護(hù)。

2.3 巷道臨時(shí)支護(hù)設(shè)計(jì)

臨時(shí)支護(hù)采用前探梁臨時(shí)支護(hù)、機(jī)載式臨時(shí)支護(hù)、CMM2-15液壓錨桿鉆車臨時(shí)支護(hù)。前探梁臨時(shí)支護(hù)工藝流程：永久支護(hù)完成后→前移前探梁吊環(huán)→將前探梁穿入吊環(huán)中→破煤→敲幫問頂、找掉活碳（矸）→確認(rèn)安全后→把已聯(lián)好的網(wǎng)抬到工作面→將網(wǎng)頂起，前移前探梁將網(wǎng)挑住→調(diào)整好排間距使網(wǎng)接頂→聯(lián)網(wǎng)人員站在永久支護(hù)下聯(lián)網(wǎng)，并及時(shí)進(jìn)行永久支護(hù)。機(jī)載式臨時(shí)支護(hù)工藝流程：退機(jī)→降下截割臂→閉鎖截割頭、停機(jī)→敲幫問頂找掉活碳→安全檢查→把網(wǎng)抬到工作面放置在機(jī)載式臨時(shí)支護(hù)上→開啟機(jī)組→啟動(dòng)臨時(shí)支護(hù)將網(wǎng)挑住→調(diào)整好排間距使網(wǎng)接頂→閉鎖掘進(jìn)機(jī)、機(jī)載式臨時(shí)支護(hù)及315開關(guān)→聯(lián)網(wǎng)人員站在永久支護(hù)下聯(lián)網(wǎng)，并及時(shí)進(jìn)行永久支護(hù)。錨桿鉆車臨時(shí)支護(hù)工藝流程：一次割一排，退機(jī)、降下截割臂、閉鎖截割頭、停機(jī)→敲幫問頂找掉活碳（煤）→安全檢查→開鉆車至工作面→把金屬網(wǎng)抬到工作面放置在錨桿鉆車臨時(shí)支護(hù)上→開啟鉆車并操作臨時(shí)支護(hù)將網(wǎng)挑住→調(diào)整好排間距使網(wǎng)接頂→閉鎖錨桿鉆車臨時(shí)支護(hù)→聯(lián)網(wǎng)人員站在永久支護(hù)下聯(lián)網(wǎng)，并及時(shí)進(jìn)行永久支護(hù)。錨桿鉆車臨時(shí)支護(hù)平面、剖面示意圖，機(jī)載臨時(shí)支護(hù)平面、剖面示意圖，前探梁臨時(shí)支護(hù)平面、剖面示意圖如圖3。

圖3 2308工作面巷道臨時(shí)支護(hù)布置圖（mm）

3 施工關(guān)鍵技術(shù)及分析

2308切眼采用一次成巷方式進(jìn)行掘進(jìn)，設(shè)計(jì)使用一臺(tái)EBZ150沿煤層底板掘進(jìn)，正常段初次割煤掘進(jìn)寬度為4.5 m，高度為2.9 m，截割完成后進(jìn)行支護(hù)。同時(shí)，機(jī)組再次刷大掘進(jìn)寬度為3.7 m，高度為2.9 m，達(dá)到切眼寬度。加寬段初次割煤掘進(jìn)寬度為5.5 m，高度為2.9 m，截割完成后進(jìn)行支護(hù)。同時(shí)，機(jī)組再次割煤掘進(jìn)寬度為3.7 m，高度為2.9 m，全部實(shí)現(xiàn)免去人工出煤工作面，提高了生產(chǎn)效率。

割煤進(jìn)刀方式采用巷道斷面中間頂端進(jìn)刀，截割方式采用縱軸式連續(xù)擺動(dòng)截割。根據(jù)斷面的大小，巷道在截割過程中采用截割頭由巷道中部頂端進(jìn)刀，最大進(jìn)刀深度0.75 m，然后以0.6～0.8 m的截深在巷道斷面內(nèi)橫向擺動(dòng)截割，每橫向截割一次，降低0.4～0.7 m，按照截割曲線示意圖以先中間后兩邊的順序連續(xù)擺動(dòng)截割完成每個(gè)循環(huán)進(jìn)度后，修邊成形達(dá)到設(shè)計(jì)要求。一次割兩排時(shí)，必須先割完一排后再按原先的截割工藝流程截割下一排，這樣既防止受到二次擾動(dòng)的影響，又保證切眼支護(hù)的穩(wěn)定性。

切眼在掘進(jìn)過程中，對(duì)巷道進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)礦壓觀測(cè)，巷道錨桿支護(hù)監(jiān)測(cè)分為綜合監(jiān)測(cè)和日常監(jiān)測(cè)兩種方式。綜合監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容為巷道表面和深部位移、頂板離層、錨桿（錨索）受力狀況，日常監(jiān)測(cè)主要內(nèi)容為頂板離層觀測(cè)。觀測(cè)頻率要求：煤巷、半煤巖巷距掘進(jìn)工作面50 m內(nèi)每天觀測(cè)一次，其他每周觀測(cè)一次。采煤工作面順槽巷和周邊巷道距綜采工作面100 m內(nèi)每班觀測(cè)一次，其他至少每周觀測(cè)一次。錨桿受力情況填寫測(cè)站中錨桿測(cè)力計(jì)中最大的值，沒有錨桿的填無。測(cè)力讀數(shù)明顯增大時(shí)，視情況增加觀測(cè)頻次。

圍巖表面位移監(jiān)測(cè)包括頂?shù)装逑鄬?duì)移近量、頂板下沉量、底鼓量、兩幫相對(duì)移近量和巷幫位移量。設(shè)計(jì)要求一般采用十字布點(diǎn)法安設(shè)測(cè)站，每個(gè)測(cè)站應(yīng)安設(shè)兩個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，監(jiān)測(cè)斷面間距應(yīng)不大于2 m，測(cè)點(diǎn)應(yīng)安設(shè)牢固，巷道頂板圍巖深部位移觀測(cè)范圍不小于巷道跨度的1.5倍。

測(cè)量方法為在C、D之間拉緊測(cè)繩，A、B之間拉緊鋼卷尺，測(cè)讀AO、AB值；在A、B之間拉緊測(cè)繩，C、D之間拉緊鋼卷尺，測(cè)讀CO、CD值。測(cè)量精度要求達(dá)到1 mm，并估計(jì)出0.5 mm。采用卷尺測(cè)量監(jiān)測(cè)斷面距掘進(jìn)工作面迎頭的距離。煤礦巷道開口、交岔、貫通、應(yīng)力集中、大跨度硐室以及地質(zhì)構(gòu)造影響等區(qū)域必須增設(shè)表面位移監(jiān)測(cè)站，每天觀測(cè)1次，若有動(dòng)壓影響需加大觀測(cè)頻率，直至巷道穩(wěn)定后可恢復(fù)正常觀測(cè)周期。圍巖表面位移測(cè)點(diǎn)布置圖如圖4。

圖4 圍巖表面位移測(cè)點(diǎn)布置示意圖

4 結(jié)語

2038綜放工作面切眼采用兩次掘進(jìn)一次成巷施工工藝，與傳統(tǒng)掘進(jìn)成巷工藝相比，減少了兩次幫部支護(hù)，節(jié)約施工費(fèi)用約20萬元，縮短施工工期約12 d。根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)可知，切眼頂板最大下沉量15 mm，兩幫最大移近量31 mm，現(xiàn)場(chǎng)錨桿、錨索受力均衡。觀測(cè)結(jié)果表明，通過采用高強(qiáng)度錨桿、錨索、菱形網(wǎng)、鋼筋托梁聯(lián)合支護(hù)方式能夠有效控制巷道圍巖變形。