復(fù)合頂板工作面開切眼支護(hù)技術(shù)研究

＊何 劍

（山西焦煤汾西礦業(yè)雙柳煤礦 山西 033300）

隨著煤礦開采深度的不斷增加，煤層的賦存條件也變得越來越復(fù)雜，尤其是復(fù)合頂板開切眼的掘進(jìn)方式和支護(hù)方式更是工作面布置中的重點、難點。如果采用一次成巷工藝，由于掘進(jìn)斷面較大，巷道支護(hù)工作量加大，頂板暴露的時間較長，給巷道支護(hù)和掘進(jìn)帶來一定的困難；如果采用二次成巷工藝，開切眼需要進(jìn)行二次擴(kuò)幫，施工周期相對較長，容易造成采掘銜接失調(diào)。

1.基本概況

(1)開切眼井上下位置關(guān)系

東五盤區(qū)5317切眼巷道地面位置位于柿溝村以東，上潘河村以西，中潘河村以北，閆凹村以南。地面標(biāo)高：668～700m，工作面標(biāo)高：240～260m，蓋山厚度：408～460m。該巷道井下沿3#煤頂板掘進(jìn)，下距5#煤15.5m。東五盤區(qū)5317調(diào)車巷巷道沿3#煤底板掘進(jìn)，下距5#煤13.5m。工作面南為53173巷（已掘），北為53171巷（未掘），西為5317工作面，東為東井北進(jìn)風(fēng)一巷（未掘）。

(2)頂?shù)装迩闆r

①頂板情況。老頂：細(xì)粒砂巖，平均厚度6.13m，淺灰色，厚層狀，以石英為主，含云母。含粉砂巖包體。以均勻?qū)永頌橹?。普氏系?shù)f=4，自然抗壓強(qiáng)度25.5MPa；抗拉強(qiáng)度4.59MPa。屬半堅硬巖石。直接頂：砂質(zhì)泥巖，平均厚度1.85m，深灰色，薄層狀，以波狀層理為主，含豐富的不完整植物化石。普氏系數(shù)f=2.4，自然抗壓強(qiáng)度13.40～37.80MPa，平均24.34MPa；抗拉強(qiáng)度0.58～2.58MPa，平均1.38MPa。屬軟弱巖石—堅硬巖石。偽頂：炭質(zhì)泥巖，平均厚度0.30m，灰黑色，薄層狀，隨采掘脫落。普氏系數(shù)f=1.9，自然抗壓強(qiáng)度8.20～24.62MPa，平均18.67MPa；抗拉強(qiáng)度0.42～1.62MPa，平均0.97MPa。屬半堅硬巖石。

②底板情況。直接底：粉砂巖，平均厚度1.14m，深灰色，薄層狀，以波狀層理為主。普氏系數(shù)f=1.7，自然抗壓強(qiáng)度17.3MPa；抗拉強(qiáng)度2.93MPa。屬軟弱巖石。老底：細(xì)粒砂巖，平均厚度3.65m，淺灰色，薄層狀，以石英為主，含云母。以波狀層理為主，含少量的不完整植物化石。普氏系數(shù)f=2.7，自然抗壓強(qiáng)度0.59～45.70MPa，平均27.17MPa；抗拉強(qiáng)度0.46～3.62MPa，平均1.76MPa。屬軟弱巖石—半堅硬巖石。

③煤層情況。3#煤：煤層平均厚度6.35m，煤層平均傾角6°（最大10°、最小0°）；黑色，具似金屬光澤，以亮煤為主，暗煤次之，半亮型，為穩(wěn)定煤層，堅硬。

2.開切眼掘進(jìn)方式及支護(hù)參數(shù)

(1)掘進(jìn)方式

5317切眼采用連續(xù)采煤機(jī)沿煤層頂板掘進(jìn)，5317調(diào)車巷采用連續(xù)采煤機(jī)沿煤層底板掘進(jìn)，配套梭車、破碎機(jī)等設(shè)備出煤，CMM4-25煤礦液壓鉆車機(jī)（錨桿鉆車）進(jìn)行支護(hù)的機(jī)械化掘進(jìn)方式，掘、支單行，一次成巷。

(2)開切眼斷面參數(shù)及臨時支護(hù)和永久支護(hù)方式

5317切眼掘進(jìn)毛斷面21m2，毛寬5000mm，毛高4200mm，凈斷面19.68m2，凈寬4800mm，凈高4100mm，矩形斷面。

臨時支護(hù)：①采用液壓鉆車前探梁配合支護(hù)套筒進(jìn)行臨時支護(hù)護(hù)頂，支撐架托住網(wǎng)片緊托頂板；②臨時支護(hù)最小可支護(hù)高度3.4m，臨時支護(hù)最大可支護(hù)高度6.0m；③臨時支護(hù)距永久支護(hù)的距離不大于1.2m，臨時支護(hù)距迎頭的距離最小0.3m，最大3.3m；④巷道局部冒頂，原臨時支護(hù)不能護(hù)頂時，在臨時支臂上加裝加高柱：采用φ108mm管焊接或用螺絲固定的活動套管（至少3條螺絲進(jìn)行緊固上下托管），上側(cè)為活動托盤，下側(cè)為插槽組成的加高柱。插槽卡在臨時支臂上，用40T大鏈連接并用木楔背緊，或穿螺桿螺母擰緊兩端并用木楔背緊。升起錨桿鉆車臨時支臂，使加高柱托住頂板。

永久支護(hù)：巷道支護(hù)采用樹脂加長錨固錨桿組合支護(hù)，并進(jìn)行錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)方式。頂錨桿每排6根，頂錨桿間距900mm，靠近兩幫的頂錨桿距東幫300mm、距西幫200mm；幫錨桿每排8根，幫錨桿間距為1000mm，靠近頂板的巷幫錨桿距頂板200mm，起錨高度1000mm。

(3)開切眼支護(hù)材料及要求

①頂錨桿支護(hù)材料及參數(shù)要求

錨桿：采用φ22mm×2400mm左旋無縱筋高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿，桿尾螺紋為M24×3，配合調(diào)心球墊、減摩墊圈，錨桿型號為MSGLW500-22×2400。

錨固方式：錨桿支護(hù)時采用樹脂加長錨固，采用一支規(guī)格為MSK2335樹脂錨固劑和一支規(guī)格為MSZ2360樹脂錨固劑，快速在上、中速在下，鉆孔直徑為30mm，孔深控制在2300mm±5mm，錨固長度為1208mm。鋼筋托梁規(guī)格：5317切眼導(dǎo)硐側(cè)及橫川靠切眼5m范圍采用W鋼帶，寬度為280mm，W鋼帶長度4800mm，型號W280×4800/4.0 40×80；5317調(diào)車巷及聯(lián)絡(luò)橫川采用φ16mm的鋼筋焊接而成，寬度為100mm，鋼筋托梁長度4800mm，型號T4800×60/16 100×100（開口、貫通抹角處頂支護(hù)不足1根W鋼帶或鋼筋托梁，將鋼筋托梁裁剪成適合長度使用）。

托盤：采用規(guī)格為φ10mm×150mm×150mm高強(qiáng)度拱型托盤，配合M24×3螺母、托盤調(diào)心球墊和減摩墊圈。

網(wǎng)片規(guī)格及搭接：5317切眼導(dǎo)硐、聯(lián)絡(luò)橫川采用孔徑為50mm×50mm，規(guī)格為5.5m×1.2m菱形金屬網(wǎng)護(hù)頂；5317調(diào)車巷及聯(lián)絡(luò)橫川考調(diào)車巷側(cè)5m范圍采用孔徑為100mm×100mm，規(guī)格為3.0m×1.3m鋼筋網(wǎng)護(hù)頂；護(hù)網(wǎng)搭接長度不得小于100mm，必須使用不低于16#的雙股鉛絲聯(lián)接，聯(lián)接要做到雙絲三圈，聯(lián)接點呈兩排“三花”布置，點間距不大于200mm，網(wǎng)片要鋪平、鋪展緊貼巖面。

聯(lián)網(wǎng)絲規(guī)格：采用雙股16#鉛絲聯(lián)網(wǎng)。

錨桿布置方式及間排距：5317切眼導(dǎo)硐頂錨桿排距為1000mm，間距900mm，距東幫300mm，距西幫200mm，一排六根；5317調(diào)車巷、聯(lián)絡(luò)橫川頂錨桿排距為1000mm，間距為900mm，靠近幫上的一根頂錨桿距巷幫250mm。

②頂錨索支護(hù)材料及參數(shù)要求

錨索：采用φ21.8mm×7300mm的單根鋼絞線，型號為SKP21.8-1/1720-7300。

錨固方式：錨索支護(hù)采用樹脂加長錨固，采用三支錨固劑，選用一支規(guī)格為MSK2335樹脂錨固劑和兩支規(guī)格為MSZ2360樹脂錨固劑，快速在上、兩只中速在下，鉆孔直徑為30mm，孔深控制在6975mm±50mm，錨固長度為1930mm。

托盤：采用高強(qiáng)度調(diào)心金屬拱型托盤，規(guī)格為φ26mm×300mm×300mm，厚度為16mm，配合托盤調(diào)心球墊和減摩墊圈。

錨索支護(hù)參數(shù)要求：5317切眼導(dǎo)硐錨索排距為2000mm，間距1750mm，每排2根，第一排錨索距東幫750mm距西幫2500mm，第三排錨索距東幫2500mm距西幫750mm，第五排距東幫750mm距西幫2500mm，第七排錨索距東幫2500mm距西幫750mm，依次施工錨索；5313調(diào)車巷、聯(lián)絡(luò)橫川頂錨索間距為1800mm，距幫1600mm，錨索每排2根，排距2000mm。

③巷幫錨桿支護(hù)方式及參數(shù)

錨桿形式和規(guī)格：5317切眼導(dǎo)硐東幫、5317調(diào)車巷兩幫采用φ22mm×2000mm左旋無縱筋高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿，桿尾螺紋為M24×3，配合調(diào)心球墊、減摩墊圈，錨桿型號為MSGLW500-22×2000；5317切眼導(dǎo)硐西幫采用玻璃鋼錨桿，長度2000mm，型號為MGSC-20/2000F。

錨固方式：高強(qiáng)幫錨桿采用兩支錨固劑，即一支規(guī)格為MSK2335樹脂錨固劑和一支規(guī)格為MSZ2360樹脂錨固劑，快速在上、中速在下，鉆孔直徑為30mm，孔深控制在1915mm±20mm，錨固長度為1208mm；玻璃鋼錨桿采用一支錨固劑，規(guī)格為MSZ2360，鉆孔直徑為30mm，孔深控制在1895～1950mm，錨固長度690mm。

托盤：5317切眼導(dǎo)硐東幫、5317調(diào)車巷兩幫及聯(lián)絡(luò)橫川兩幫采用W型錨桿鋼護(hù)板（規(guī)格為150×150×10 Q235B）和拱型高強(qiáng)度托盤（規(guī)格為150×150×10 mm），配合M24×3螺母、托盤調(diào)心球墊和尼龍墊圈；5317切眼導(dǎo)硐西幫玻璃鋼錨桿使用配套塑料托盤、螺母；煤體破碎時加W托盤。

網(wǎng)片規(guī)格及搭接：5317切眼導(dǎo)硐東幫、5317調(diào)車巷兩幫及聯(lián)絡(luò)橫川兩幫采用孔徑為50mm×50mm，規(guī)格為4.0m×1.2m菱形金屬網(wǎng)護(hù)幫；5317切眼導(dǎo)硐西幫采用孔徑為50mm×50mm，規(guī)格為3.7m×1.2m塑料網(wǎng)護(hù)幫；護(hù)網(wǎng)搭接長度不得小于100mm，必須使用不低于16#的雙股鉛絲聯(lián)接，聯(lián)接要做到雙絲三圈，聯(lián)接點呈兩排“三花”布置，點間距不大于200mm，網(wǎng)片要鋪平、鋪展緊貼巖面。

聯(lián)網(wǎng)絲規(guī)格：采用16#的雙股鉛絲聯(lián)網(wǎng)。

錨桿布置方式及間排距：5317切眼導(dǎo)硐西幫玻璃鋼錨桿排距1000mm，間距為1000mm，靠近頂板的巷幫錨桿距頂板200mm，起錨高度1000mm；5317切眼導(dǎo)硐東幫高強(qiáng)幫錨桿排距1000mm，間距為1000mm，靠近頂板的巷幫錨桿距頂板200mm，起錨高度1000mm；5317調(diào)車巷兩幫高強(qiáng)幫錨桿排距1000mm，間距為1000mm，靠近頂板的巷幫錨桿距頂板200mm，起錨高度600mm。

④幫錨索支護(hù)材料及參數(shù)要求

錨索：采用φ21.8mm×5300mm的單根鋼絞線，型號為SKP21.8-1/1720-5300。

錨固方式：錨索支護(hù)采用樹脂加長錨固，采用三支錨固劑，選用一支規(guī)格為MSK2335樹脂錨固劑和兩支規(guī)格為MSZ2360樹脂錨固劑，快速在上、兩只中速在下，鉆孔直徑為30mm，孔深控制在4975mm±50mm，錨固長度為1930mm。

托盤：采用高強(qiáng)度調(diào)心金屬拱型托盤，規(guī)格為φ26mm×300mm×300mm，厚度為16mm，配合托盤調(diào)心球墊和減摩墊圈。

⑤交叉口支護(hù)方式及參數(shù)

由于連續(xù)采煤機(jī)機(jī)身長度較長，根據(jù)調(diào)機(jī)、拐彎需要，需在橫川交叉口處進(jìn)行抹角施工，大角為4m×4m的斜角，小角為3m×3m的斜角。

A.抹角處頂支護(hù)：錨桿、網(wǎng)片規(guī)格與正巷頂支護(hù)錨桿、網(wǎng)片規(guī)格相同；錨桿間距900mm，距巷幫不大于400mm，大于400mm須補(bǔ)打錨桿；在每一個抹角處的中部施工7.3m錨索一根。

B.抹角處幫支護(hù)：與正巷幫支護(hù)相同。

C.橫川交叉口錨索加強(qiáng)支護(hù)方案：鉆場、橫川開口或貫通前必須在開口位置頂板處進(jìn)行鎖口支護(hù)，鎖口錨索型號為SKP21.8-1/1720-7300，頂板正常時，鎖口支護(hù)形式為單體錨索，鎖口錨索沿巷道軸向支設(shè)，按照巷道設(shè)計中線確定位置，以設(shè)計巷幫輪廓線為基準(zhǔn)距幫0.3～0.8m，錨索間距不大于2m。鎖口錨索需超出開口處兩側(cè)1m（如現(xiàn)場橫川貫偏時，要及時補(bǔ)打鎖口錨索）。

當(dāng)各類硐室、交叉點、開口處存在頂板破碎、壓力大的情況時，需采用鋼筋托梁或W鋼帶補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，即鎖口支護(hù)形式為錨索+鋼筋托梁（或W鋼帶），鎖口錨索沿巷道軸向支設(shè)，按照巷道設(shè)計中線確定位置，以設(shè)計巷幫輪廓線為基準(zhǔn)距幫0.3～0.8m，一般W鋼帶在緊貼最靠頂角處的錨桿里側(cè)安裝，錨索間距不大于2m，選用鋼筋托梁（或W鋼帶）連鎖。鉆場、橫川抹角施工完畢后必須進(jìn)行鎖幫支護(hù)，鎖幫錨索型號為SKP21.8-1/1720-3300，每個抹角兩側(cè)向外0.5m，距頂板向下1.5m各施工1根，靠采面?zhèn)认飵筒贿M(jìn)行施工。

3.礦壓監(jiān)測

（1）巷道表面位移的布置方式。采用十字布點法安設(shè)表面位移測站（圖1），巷道中表面位移測站安設(shè)間距不大于50m。安裝方法：分別在頂板和底板中間（豎直方向）以及兩幫中間（水平方向）施工一個φ30mm×400mm的孔洞，將φ32mm×450mm的木樁砸入孔中，形成如圖A、B、C、D四個測點。

圖1 巷道表面位移監(jiān)測斷面布置

觀測方法：觀測時，用工程線繩分別將A、B點連接，C、D點連接，交叉處為O點，測讀AO、AB值和CO、CD值，測量精度要求達(dá)到1mm，采用皮卷尺測量監(jiān)測斷面距掘進(jìn)工作面的距離。

（2）監(jiān)測方法要求及頻次。巷道表面位移測站距掘進(jìn)工作面50m內(nèi)或50m外應(yīng)力變化明顯時每天至少觀測1次，除此之外每周至少觀測1次。

（3）效果分析。通過采用十字布點法對巷道圍巖變形情況進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測，在掘進(jìn)完成后巷道圍巖變形量呈線性緩慢增長，在掘進(jìn)7天后，頂?shù)装逡平亢蛢蓭褪湛s量分別為630mm和240mm，巷道整體支護(hù)效果好，能夠滿足巷道用途。

5317切眼采用一次成巷工藝，加快了切眼的施工進(jìn)度，縮短施工周期，減少了材料消耗、維護(hù)及人工費(fèi)用，節(jié)約了成本，能夠促進(jìn)采掘銜接的良性循環(huán)，提高礦井單產(chǎn)單進(jìn)水平。