軟弱厚煤層大斷面切眼圍巖支護(hù)技術(shù)研究

付晶晶

（山西焦煤汾西礦業(yè)集團(tuán)基建處， 山西 介休 032000）

引言

綜放開采是厚煤層主要開采方式，同時(shí)綜放開采對(duì)軟弱煤層有較強(qiáng)的適應(yīng)性，但是由于采面回采巷道位于煤層中，也增加了巷道圍巖控制難度[1]。特別是隨著礦井綜合開采技術(shù)的不斷提升，綜放設(shè)備功率、體積及質(zhì)量等均大幅提升，對(duì)切眼斷面要求不斷增加，大斷面切眼圍巖支護(hù)成為綜放開采時(shí)需要重點(diǎn)解決的問題[2-3]。為此，眾多學(xué)者對(duì)大斷面切眼巷道圍巖支護(hù)展開研究，其中張春光等[4]針對(duì)巷道交叉位置斷面大、支護(hù)難度高等問題，在綜合分析巷道斷面積及煤巖強(qiáng)度對(duì)圍巖支護(hù)影響的基礎(chǔ)上，提出綜合使用“錨網(wǎng)噴+U 型架棚+錨索”對(duì)圍巖進(jìn)行控制，達(dá)到有效控制大斷面巷道圍巖變形目的；任志峰、郭建霖等[5-6]針對(duì)深部開采軟巖巷道煤巖強(qiáng)度低、變形量大等問題，綜合使用注漿+錨網(wǎng)索+架棚支護(hù)方式對(duì)圍巖進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)了高地應(yīng)力軟巖巷道圍巖有效控制。本文在以往研究成果基礎(chǔ)上，以山西某礦31107 綜放工作面切眼支護(hù)為工程背景，對(duì)軟弱厚煤層大斷面切眼圍巖支護(hù)技術(shù)展開分析，以期為其他礦井類似情況下大斷面切眼圍巖支護(hù)提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

1 工程概況

山西某礦開采2 號(hào)、5 號(hào)、9 號(hào)及11 號(hào)等煤層，現(xiàn)階段礦井生產(chǎn)主要集中在9 號(hào)及11 號(hào)煤層。31107 綜放工作面開采11 號(hào)煤層，煤厚6.0 m、傾角5°，賦存為穩(wěn)定，采放比1∶0.67。11 號(hào)煤層頂?shù)装鍘r性以泥巖、砂質(zhì)泥巖為主，具體見表1。

表1 11 號(hào)煤層頂?shù)装鍘r性

31107 綜放工作面采用MG750/1760-WD 采煤機(jī)割煤、ZF16000/23/43 綜放支架管理頂板，設(shè)計(jì)的切斷斷面寬度達(dá)到9.6 m、凈高達(dá)到3.6 m。31107 綜放工作面回采的11 號(hào)煤層為典型的松軟煤層，現(xiàn)階段礦井針對(duì)此類煤層巷道支護(hù)多采用被動(dòng)支護(hù)方式，即通過工字鋼、單體支柱對(duì)圍巖進(jìn)行控制，但是此類支護(hù)方式存在巷道圍巖變形嚴(yán)重問題，甚至某些位置出現(xiàn)棚腿斷裂現(xiàn)象，需要耗費(fèi)大量的人力及物力對(duì)巷道進(jìn)行修整。為提高切眼圍巖穩(wěn)定性控制能力，提出采用分次掘進(jìn)方法掘進(jìn)切眼，并綜合使用“錨網(wǎng)梁+錨索梁+桁架錨索”及單體支柱對(duì)切眼圍巖進(jìn)行控制。

2 大斷面切眼圍巖支護(hù)技術(shù)

31107 綜放工作面大斷面切眼采用分次掘進(jìn)方法，即先掘進(jìn)采面?zhèn)龋淮尉蜻M(jìn)寬度為4.6 m，后刷擴(kuò)5.0 m，從而將采面切眼斷面刷擴(kuò)至設(shè)計(jì)寬度。對(duì)于31107 綜放工作面大斷面切眼如何有效控制切眼中部頂板上覆不穩(wěn)定煤體及巖層是實(shí)現(xiàn)切眼圍巖支護(hù)的關(guān)鍵。為此，在以往研究成果基礎(chǔ)上結(jié)合工程類比法，提出采用錨網(wǎng)梁對(duì)切眼頂板上覆不穩(wěn)定煤體進(jìn)行支護(hù)[7]；采用長錨索+槽鋼構(gòu)成錨索梁，將切眼表層不穩(wěn)定性煤巖層懸吊在上覆堅(jiān)硬細(xì)砂巖層上；通過桁架錨索給切眼頂板巖層施加一定量壓應(yīng)力，抵抗切眼上覆巖層垂向應(yīng)力。具體大斷面切眼支護(hù)設(shè)計(jì)如下頁圖1 所示。

圖1 大斷面切眼支護(hù)斷面（單位：mm）

2.1 切眼頂板支護(hù)設(shè)計(jì)

切眼頂板主要通過高強(qiáng)錨桿（Φ22mm×3000mm）、槽鋼錨索（Φ21.6 mm×8 300 mm）、桁架錨索（Φ21.6 mm×8 500 mm）、12 號(hào)槽鋼、金屬網(wǎng)等構(gòu)成的“錨網(wǎng)梁”結(jié)構(gòu)支護(hù)。高強(qiáng)錨桿按照700 mm×700 mm 間排距布置，兩側(cè)錨桿均有15°外插角；槽鋼錨索間排距1 400 mm×1 400 mm，3 根槽鋼錨索固定1 根12 號(hào)槽鋼；桁架錨索采用專用連接器連接，間排距均為2 100 mm，桁架錨索均有30°外插角，預(yù)先施加120 kN 預(yù)緊力。切眼頂板護(hù)表采用梯形梁（Φ14 mm 圓鋼制作加工）、網(wǎng)孔100 mm×100 mm 鋼筋網(wǎng)（Φ6.5 mm鋼筋編制）。

在一次成巷側(cè)及二次成巷側(cè)中間分別布置一排單體支柱對(duì)頂板進(jìn)行支護(hù)，單體支柱間距均設(shè)置為1 000 mm。

2.2 巷幫及底板支護(hù)參數(shù)

在采面幫采用玻璃鋼錨（規(guī)格為Φ20 mm×2 400 mm）支護(hù)，共布置6 根錨桿，上下2 根錨桿均有30°外插角；在采空區(qū)幫采用螺紋鋼錨桿（規(guī)格設(shè)為Φ22 mm×2 600 mm）；巷幫均布置鋼筋梯子梁，巷幫錨桿間排距均為700 mm。

一次成巷及二次成巷后均在后巷位置安裝專人進(jìn)行清底，并對(duì)底板澆筑厚度400 mm、強(qiáng)度C25 混凝土，其不僅可用于底板支護(hù)，而且可為綜放設(shè)備安裝創(chuàng)造良好條件。

3 切眼支護(hù)效果分析

待對(duì)大斷面切眼支護(hù)完成后，對(duì)切眼頂板離層情況及錨索受力情況進(jìn)行監(jiān)測，具體監(jiān)測結(jié)果如圖2 所示。從圖2 監(jiān)測結(jié)果看出，31107 綜放工作面大斷面切眼在“錨網(wǎng)梁+錨索梁+桁架錨索”及單體支柱支護(hù)下，頂板巖層離層量較小，最大離層量僅為15 mm（監(jiān)測結(jié)束時(shí)即監(jiān)測10 d 時(shí)觀測讀數(shù)為He=1 378 mm、監(jiān)測開始時(shí)即監(jiān)測0 d 時(shí)觀測讀數(shù)為Hs=1 363 mm，頂板離層量為He-Hs=15 mm）；同時(shí)切眼頂板錨索受力呈逐漸增加后穩(wěn)定趨勢(shì)。切頂頂板及巷幫表層變形量最大分別為32 mm、15 mm，表明在31107 綜放工作面大斷面采取的圍巖支護(hù)技術(shù)取得較好應(yīng)用成果。

圖2 大斷面切眼圍巖支護(hù)效果

4 結(jié)論

1）31107 綜放工作面切眼斷面大，煤層軟弱加之煤層直接頂含有軟巖夾層，從而導(dǎo)致切眼支護(hù)難度較大；切眼圍巖控制中面臨的主要難點(diǎn)為頂板巖層控制。為此，提出綜合使用“錨網(wǎng)梁+錨索梁+桁架錨索”及單體支柱方式對(duì)切眼圍巖進(jìn)行控制。

2）依據(jù)切眼實(shí)際情況，對(duì)切眼圍巖支護(hù)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并進(jìn)行現(xiàn)場工程應(yīng)用。結(jié)果表明，對(duì)切眼進(jìn)行支護(hù)后，切眼頂板巖層離層量最大值僅為15 mm、頂板支護(hù)錨索起到較好的懸吊作用，切眼頂板及巷幫最大變形量分別控制在32 mm、15 mm 以內(nèi)，切眼圍巖變形量整體較好，可滿足后續(xù)綜放設(shè)備布置需要。