鎮(zhèn)城底礦綜采面大斷面切眼聯(lián)合支護(hù)技術(shù)應(yīng)用

郭建東

（山西西山煤電股份有限公司鎮(zhèn)城底礦，山西 古交 030203）

長期以來，煤炭一直在我國能源結(jié)構(gòu)中占主體地位，煤炭的安全高效開采直接關(guān)系到國民經(jīng)濟(jì)的快速穩(wěn)定發(fā)展[1-2]。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，煤礦采掘技術(shù)和設(shè)備也在不斷的發(fā)展創(chuàng)新，在采煤工作面中，大部分礦井均形成了以綜采、綜放為主的機(jī)械化采煤工藝，對(duì)于中厚煤層開采，綜采具有成本低、回采效率高等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于大中小礦井。 由于目前采用的采煤機(jī)、液壓支架以及刮板機(jī)等設(shè)備具有體積大的特點(diǎn)，工作面布置需要更大斷面的切眼，而大斷面切眼其跨度和高度較大，導(dǎo)致其施工及維護(hù)相對(duì)困難[3-6]。 鎮(zhèn)城底礦22212 工作面采用綜采一次采全高采煤工藝，工作面切眼設(shè)計(jì)掘進(jìn)寬度8.2 m，掘進(jìn)高度3.4 m，切眼跨度和高度均較大，切眼掘進(jìn)和維護(hù)較困難，為此需開發(fā)適用于鎮(zhèn)城底礦22212 工作面的切眼支護(hù)技術(shù)。

1 工程概況

鎮(zhèn)城底礦22212 工作面位于+760 水平南二采區(qū)，開采煤層為2-3#煤，北為+760 m 水平東一皮帶、軌道、回風(fēng)大巷及+760 東軌道大巷，東為22602 工作面（已采），南為礦界，其余為未采區(qū)，開采區(qū)域地面標(biāo)高+1 108～+1 239 m，工作面標(biāo)高+748.6～+812.8 m。 工作面開采煤層平均厚度3.4 m，平均傾角8°。 工作面煤層整體呈一復(fù)式背斜構(gòu)造，煤層賦存穩(wěn)定，煤層頂板局部賦存?zhèn)雾斈鄮r，直接頂為03#煤、細(xì)砂巖、1#煤、細(xì)砂巖，基本頂為K4中砂巖；直接底為細(xì)砂巖，基本底為K3砂巖，具體巖性特征見表1 所示。 根據(jù)22212 工作面開采設(shè)備選型結(jié)果和尺寸要求，設(shè)計(jì)切眼掘進(jìn)寬度8.2 m，掘進(jìn)高度3.4 m，工作面切眼跨度和高度均較大，切眼掘進(jìn)和維護(hù)相對(duì)困難。

表1 工作面頂?shù)装鍘r性特征

2 大斷面切眼聯(lián)合支護(hù)技術(shù)

鎮(zhèn)城底礦22212 工作面切眼寬度8.2 m，高度3.4 m，斷面尺寸較大，一次成巷困難，因此，采用一次掘巷和二次擴(kuò)巷技術(shù)實(shí)現(xiàn)大斷面切眼地掘進(jìn)和支護(hù)，具體掘巷及支護(hù)技術(shù)如下：

3.1 一次掘巷及支護(hù)技術(shù)

一次掘巷寬度5.0 m，掘巷高度3.4 m，采用“高強(qiáng)度錨桿+ 桁架錨索+ 單體錨索+ 槽鋼”聯(lián)合支護(hù)技術(shù)，一次掘巷切眼支護(hù)斷面如圖1 所示，具體支護(hù)技術(shù)與參數(shù)如下：

圖1 一次掘巷切眼支護(hù)斷面

（1）頂板采用規(guī)格φ22 mm×L2 500 mm 的左旋螺紋鋼高強(qiáng)錨桿，間排距設(shè)計(jì)為800 mm×800 mm。

（2）頂板采用桁架錨索、單體錨索+槽鋼交替布置進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，桁架錨索采用規(guī)格φ21.6 mm×L10 500 mm 的鋼絞線和專用錨索桁架，跨度2300 mm，排距1 600 mm，單體錨索采用規(guī)格φ18.9 mm×L9 500 mm 的鋼絞線，單體錨索每排設(shè)計(jì)兩根，間排距2 400 mm×1 600 mm，采用14#槽鋼連接。

（3）實(shí)煤體幫采用規(guī)格φ22 mm×L2 500 mm的左旋螺紋鋼高強(qiáng)錨桿，間排距設(shè)計(jì)為800 mm×800 mm，擴(kuò)巷幫采用規(guī)格φ20 mm×L2 000 mm的玻璃鋼錨桿，間排距設(shè)計(jì)為800 mm×800 mm。

（4）頂板和實(shí)煤體幫錨桿采用直徑φ12 mm圓鋼焊接而成的鋼筋梯子梁成排連接，頂板和實(shí)煤體幫錨桿均配套規(guī)格120 mm×120 mm×10 mm的高強(qiáng)度拱形托盤，擴(kuò)巷幫配套規(guī)格120 mm×120 mm×10 mm 的塑料托盤，每根錨桿配套1 支Z2360 和1 支CK2335 的樹脂錨固劑，頂板和實(shí)煤體幫錨桿預(yù)緊扭矩不低于300 N·m，擴(kuò)巷幫玻璃鋼錨桿預(yù)緊扭矩不低于100 N·m。

（5）桁架錨索配套專用的桁架和鎖具，單體錨索配套規(guī)格300 mm×300 mm×16 mm 的高強(qiáng)度拱形托盤，每根錨索配套3 支Z2360 和1 支CK2335的樹脂錨固劑，錨索張拉預(yù)緊力不低于45 MPa。

3.2 二次擴(kuò)巷及支護(hù)技術(shù)

二次擴(kuò)巷寬度3.2 m，擴(kuò)巷高度3.4 m，同樣采用“高強(qiáng)度錨桿+ 桁架錨索+ 單體錨索+ 槽鋼聯(lián)合支護(hù)技術(shù)”，頂板規(guī)格φ22 mm×L2 500 mm的左旋螺紋鋼高強(qiáng)錨桿，回采幫采用規(guī)格φ20 mm×L2 000 mm 的玻璃鋼錨桿，間排距均設(shè)計(jì)為800 mm×800 mm，錨桿配套材料參照一次掘巷；二次擴(kuò)巷時(shí)，頂板采用桁架錨索、單體錨索+ 槽鋼交替布置進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，其布置方式與一次掘巷相互，即頂板加強(qiáng)支護(hù)采用桁架錨索配套單體錨索+ 槽鋼支護(hù)，整體排距800 mm，具體參數(shù)參照一次掘巷，二次擴(kuò)巷切眼支護(hù)斷面如圖2 所示。

圖2 二次擴(kuò)巷切眼支護(hù)斷面

3 圍巖控制效果分析

鎮(zhèn)城底礦22212 工作面切眼掘進(jìn)應(yīng)用聯(lián)合支護(hù)技術(shù)，同時(shí)對(duì)切眼圍巖變形情況進(jìn)行監(jiān)測，具體監(jiān)測結(jié)果如圖3 所示。22212 工作面切眼圍巖變形主要發(fā)生在切眼成巷54 d 內(nèi)，該時(shí)間范圍內(nèi)，切眼頂板累計(jì)下沉251 mm，底板巖層累計(jì)底鼓222 mm，實(shí)煤體幫累計(jì)移近201 mm，回采幫累計(jì)移近149 mm。 由于切眼跨度較大，導(dǎo)致切眼頂板和底板巖層變形量較大，而實(shí)煤體幫采用規(guī)格φ22 mm×L2 500 mm 的左旋螺紋鋼高強(qiáng)錨桿支護(hù)，擴(kuò)巷幫采用規(guī)格φ20 mm×L2 000 mm 的玻璃鋼錨桿支護(hù)，高強(qiáng)度、高預(yù)緊力支護(hù)使實(shí)煤體幫變形量相對(duì)回采幫變形較小。 切眼成巷78 d 后，圍巖變形趨于穩(wěn)定，頂板累計(jì)下沉271 mm，底板巖層累計(jì)底鼓244 mm，實(shí)煤體幫累計(jì)移近224 mm，回采幫累計(jì)移近164 mm，整體變形仍在允許范圍內(nèi)，表明大斷面切眼聯(lián)合支護(hù)技術(shù)的合理性和優(yōu)越性。

圖3 切眼圍巖變形曲線

4 結(jié)語

鎮(zhèn)城底礦22212 綜采工作面切眼布置要求較大的斷面尺寸，其跨度和高度均較大，掘進(jìn)和維護(hù)相對(duì)困難。 為此，開發(fā)了以錨桿+桁架錨索+單體錨索+ 槽鋼為核心的大斷面切眼聯(lián)合支護(hù)技術(shù)，其中，頂板采用高強(qiáng)度錨桿配合單體錨索、槽鋼、桁架錨索支護(hù)，實(shí)煤體幫采用高強(qiáng)度錨桿支護(hù)，回采幫采用玻璃鋼錨桿支護(hù)。 鎮(zhèn)城底礦22212 工作面切眼應(yīng)用錨桿、桁架錨索、單體錨索、槽鋼聯(lián)合支護(hù)技術(shù)后，圍巖變形監(jiān)測情況表明，頂?shù)装鍘r層變形量相對(duì)較大，而實(shí)煤體幫變形量相對(duì)回采幫變形較小，整體來看，大斷面切眼聯(lián)合支護(hù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了鎮(zhèn)城底礦22212 工作面切眼的穩(wěn)定控制。