鋪龍灣礦深部大斷面切眼聯(lián)合支護技術(shù)研究

薛文晗

（山西鋪龍灣煤業(yè)有限公司，山西 大同 037000）

隨著礦井采掘深度和開采強度的不斷增加，煤礦的開采已由埋藏較淺的煤層向深部圍巖應(yīng)力大的煤層開展，圍巖結(jié)構(gòu)條件越來越復(fù)雜，巷道在掘進工作過程中經(jīng)常會受到圍巖破碎、自身承載能力不足以及地應(yīng)力相對較高等方面因素的影響，使得整個礦山巷道掘進工作存在較大的困難和阻礙。隨著我國礦井開采工作不斷朝著綜合機械化以及自動化開采方向發(fā)展，綜采工作面當(dāng)中所使用的液壓支架結(jié)構(gòu)體積以及重量都在不斷增大，因此對切眼斷面有著更高的工作要求和標(biāo)準(zhǔn)，如何有效保證切眼圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，是保證煤炭安全穩(wěn)定開采工作的重要前提[1]。因此，本文以綜采工作面切眼掘進工作作為研究目標(biāo)，根據(jù)圍巖巖性結(jié)構(gòu)共同特點以及綜采工作面的具體環(huán)境條件，有效提出切眼掘進與相關(guān)支護工作方法。

1 礦井概況

鋪龍灣礦位于大同市西南部，設(shè)計生產(chǎn)能力為1.2 Mt/年，現(xiàn)主要開采5 號、8 號煤層，煤層總厚度18.78 m，煤種分貧煤、瘦煤和貧瘦煤。5110 綜采工作面現(xiàn)主要開采5 號煤層，平均厚8.55 m，是全區(qū)可采的穩(wěn)定煤層，采用綜采開采工藝技術(shù)。為有效提高開采工作面綜合自動化水平和效果，該礦井?dāng)M定在開采工作面掘進工作中使用型號為ZY10000-23-45D 的電液綜采支架結(jié)構(gòu)，該支架結(jié)構(gòu)的體積和重量相對較大。在掘進工作過程中，需要保證掘進切眼斷面面積在27.5 m2以上。切眼沿著煤層的頂板位置掘進，切眼的凈寬度和凈高度需要達到8.0 m 和3.5 m。切眼為礦井生產(chǎn)過程中首次掘進工作的大斷面切眼[2]。整體而言，本次礦山生產(chǎn)工作面切眼圍巖結(jié)構(gòu)的承載能力相對較低，如果一次性開挖斷面寬度超過8.0 m，很容易使切眼位置產(chǎn)生頂板下沉，以及出現(xiàn)切眼的頂板冒落情況。

2 大斷面切眼支護工作分析

2.1 切眼維護結(jié)構(gòu)

通過對本次礦井開采工作面的整體環(huán)境情況進行分析發(fā)現(xiàn)，該綜采工作面煤層頂板巖層結(jié)構(gòu)構(gòu)成相對比較復(fù)雜，切眼位置存在厚度范圍在0～0.5 m 的碳質(zhì)泥巖結(jié)構(gòu)，頂板位置存在厚度為8.3 m 的泥巖和粉砂巖層結(jié)構(gòu)。切眼頂板的硬度相對較小，在掘進工作過程中，不穩(wěn)定性的復(fù)合頂板采用隨時掘進、隨時垮塌的形式。當(dāng)出現(xiàn)頂板不及時垮落的情況時，由于受到鉆孔施工等因素的影響也會產(chǎn)生暴露問題。鑒于切眼圍巖結(jié)構(gòu)的整體性，通過使用分次掘進工作方法，在具體工作當(dāng)中先掘進小斷面位置遷移，同時當(dāng)切眼和回采順槽完全貫通之后，再通過刷擴的方式將切眼的寬度提升到8.0 m。

2.2 錨網(wǎng)索支護設(shè)計

切眼部分的設(shè)計寬度和高度分別為8.0 m和3.5 m，同時切眼位置的掘進分為兩次。在初期掘進工作過程中，切眼的實際寬度設(shè)定為5.5 m，高度大小為3.5 m，等到切眼完全貫通之后，再進行刷擴到預(yù)先設(shè)定的高度，同時將切眼的寬度大小擴大到標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計寬度。切眼頂板位置以700 mm、800 mm 的間排距設(shè)置，采用玻璃鋼錨桿結(jié)構(gòu)，錨桿的長度為1 600 mm，因為切眼頂板的完整性和基礎(chǔ)承載能力相對較差，同時成型效果較低，為了方便后續(xù)的噴漿和注漿工作，在頂板支護工作當(dāng)中使用鋼絲網(wǎng)有效替代鋼帶支護頂板結(jié)構(gòu)，頂板支護結(jié)構(gòu)采用規(guī)格為Φ22 mm×6 500 mm的錨索，并且以1 000 mm、1 600 mm 的間排距展開錨桿間隔施工，如下頁圖1 所示。

圖1 巷道支護結(jié)構(gòu)圖（mm）

2.3 噴漿和注漿施工

切眼掘進工作完成之后需要對表層的圍巖結(jié)構(gòu)進行噴漿處理[3]，噴漿厚度大小為50 mm，二次噴漿工作需要在注漿工作完成之后進行。在滯后切眼掘進迎頭位置10～30 m 的距離條件下，需要使用中空注漿錨索的方式來進行注漿與加固施工，注漿錨索以1 000 mm、1 600 mm 的間排距進行控制，同時對已經(jīng)施工完成之后的錨桿進行間隔布置。注漿錨索的加固距離為900 mm，在注漿工作過程中所使用的注漿設(shè)備型號為ZBYSB50/18-7.5，注漿材料選用的是MZY-80，這種注漿材料的滲透性能相對較強，同時材料凝結(jié)效果更好、材料強度更高，因此在噴漿加固工作當(dāng)中應(yīng)用效果非常明顯。

注漿工作過程中，將綜采料的水料質(zhì)量比控制為1∶3，同時將注漿工作壓力控制在10 MPa 以上，等第一次注漿工作結(jié)束之后，再展開后續(xù)的二次噴漿工作。二次注漿厚度為100 mm，噴射漿液中的水泥材料選用普通硅酸鹽水泥，在噴射漿液過程中需要向其中加入一定量的速凝劑，噴射的水泥漿液的初凝和終凝時間大小分別為3 min 與10 min。

2.4 切眼頂板補強支護施工

因為該切眼位置的頂板巖層結(jié)構(gòu)強度相對較低，同時周圍的圍巖破碎程度較高，在經(jīng)過切眼掘進和后續(xù)的刷擴工作后，很容易使頂板位置產(chǎn)生外露面積過大問題，進而造成頂?shù)装逡约暗V山巷道圍巖變形量過大。為了有效控制大斷面切眼結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的變形問題，在對切眼進行刷擴之后再切眼，在兩幫位置設(shè)置出一排通過單體與工字鋼，采取一梁三柱的結(jié)構(gòu)構(gòu)成形式，對頂板和巷道外邊緣位置的變形問題進行有效控制，同時在切眼當(dāng)中增加兩排一梁三柱架棚結(jié)構(gòu)，這樣可以有效防止頂板圍巖結(jié)構(gòu)出現(xiàn)進一步破碎和下沉。

2.5 大斷面切眼圍巖支護效果

在切眼掘進以及后續(xù)的刷擴工作當(dāng)中，在切眼的中間位置相隔50 m 的距離分別布置1 個測量點位，并且對切眼周圍的圍巖結(jié)構(gòu)變形總量進行監(jiān)測和分析。通過監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，切眼在掘進支護工作結(jié)束后的7 d范圍內(nèi)，圍巖結(jié)構(gòu)的變形量有了明顯的提升；在10 d之后，圍巖結(jié)構(gòu)的變形情況基本趨于穩(wěn)定，雖部分區(qū)段的切眼表層噴射的混凝土層產(chǎn)生比較嚴重的開裂情況，但是圍巖結(jié)構(gòu)的變形量始終處于較小的狀態(tài)；在監(jiān)測到35 d 后，切眼頂板位置的礦山巷道的變形量基本處于穩(wěn)定，最終頂部底板和礦山巷道邊部的變形量大小分別為120 mm 和90 mm，同時切眼的圍巖結(jié)構(gòu)變形量大小控制在合理的范圍之內(nèi)。因此，在本文研究工作過程中所提出的大斷面切眼圍巖支護結(jié)構(gòu)技術(shù)可以有效滿足綜采設(shè)備的安裝，以及后續(xù)礦山開采工作的相關(guān)要求和標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)論

1）該切眼的埋深超過630 m，切眼位置的圍巖結(jié)構(gòu)主要以強度較低的泥巖結(jié)構(gòu)為主，同時切眼的斷面相對較大，圍巖結(jié)構(gòu)破碎程度較高，圍巖結(jié)構(gòu)強度較低，造成切眼圍巖穩(wěn)定性差，控制工作存在一定的工作難度。根據(jù)現(xiàn)有的切眼支護施工技術(shù)方法，再結(jié)合工程類比法，確認針對切眼部分使用錨網(wǎng)索噴射和注漿支護工作體系，對圍巖結(jié)構(gòu)支護方案進行深入闡述。

2）對切眼圍巖進行維護時，先掘進小段面切眼，可以有效降低圍巖結(jié)構(gòu)的控制工作難度，同時通過后期刷擴工作來達到預(yù)先設(shè)定的寬度和要求。

3）通過使用錨網(wǎng)索噴+注漿支護工作方案，圍巖結(jié)構(gòu)的自身承載能力及穩(wěn)定性效果得到了全面提高，切眼刷擴工作結(jié)束后，通過使用單體和工字鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)成的架棚可以全面提高巷道頂板位置的支撐強度，因此可以有效降低大段面切眼圍巖結(jié)構(gòu)的變形量大小。