榆樹坡煤業(yè)5106 工作面特大斷面切眼錨網(wǎng)索支護(hù)技術(shù)應(yīng)用

程德中

（山西寧武榆樹坡煤業(yè)有限公司，山西 寧武 036700）

煤炭作為儲(chǔ)量豐富、成本低廉的工業(yè)原料，支撐著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，隨著煤炭開采強(qiáng)度不斷提高，賦存條件優(yōu)越的煤炭資源逐漸開采殆盡，資料顯示，我國(guó)煤炭資源中厚煤層占比約45%，因此，厚煤層煤炭資源的開采逐漸得到關(guān)注。厚煤層開采常采用綜放開采工藝，具有噸煤成本低、煤炭采出率高等優(yōu)點(diǎn)，綜放開采一般采用的機(jī)械設(shè)備尺寸較大，這就要求斷面尺寸更大的切眼巷道。但大斷面切眼跨度大，通常巷道圍巖控制困難，尤其當(dāng)頂板遇到泥質(zhì)膠結(jié)軟弱巖層時(shí)，切眼圍巖控制難度進(jìn)一步加大。榆樹坡煤業(yè)5106 工作面切眼采用矩形巷道，巷道掘進(jìn)寬度9.6 m，掘進(jìn)高度3.9 m，屬于特大斷面切眼，且工作面切眼頂板巖性主要為砂質(zhì)泥巖，其承載能力較低、自穩(wěn)性差，圍巖控制難度較大。

1 概 況

榆樹坡煤業(yè)5106 工作面位于5 號(hào)煤一采區(qū)，工作面標(biāo)高為900—1 011 m，埋藏深度為346～447 m，工作面東部為DF27 逆斷層，西部為北同蒲鐵路保護(hù)煤柱，北部為5 號(hào)煤皮帶大巷。工作面上覆存在2 號(hào)煤1202 采空區(qū)及舊回風(fēng)巷、1204 采空區(qū)、1208 采空區(qū)和1210 采空區(qū)，四鄰無(wú)其它采空區(qū)存在。5106 工作面煤層厚度14.5～16.9 m，平均15.5 m，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，含夾矸4 層，為全區(qū)穩(wěn)定可采的巨厚煤層。5106 工作面?zhèn)雾敒樯百|(zhì)泥巖，厚0.3 m；直接頂板為細(xì)砂巖，厚0.8 m；老頂為砂質(zhì)泥巖，厚15.46 m；直接底板為粉砂巖，厚1 m；老底為砂質(zhì)泥巖，厚1.9 m，詳見表1。5 號(hào)煤與5上煤相距16.56 m、5 號(hào)煤與5 下煤相距2.92 m。榆樹坡煤業(yè)5106 工作面采用綜放開采工藝，工作面采高4.0 m，采放比為1：2.88，根據(jù)工作面采掘設(shè)備安裝、通風(fēng)安全等要求，榆樹坡煤業(yè)5106 工作面切眼設(shè)計(jì)采用矩形巷道，巷道掘進(jìn)寬度9.6 m，掘進(jìn)高度3.9 m，屬于特大斷面切眼。5106 工作面采掘工程平面如圖1 所示。

表1 5106 工作面煤層頂?shù)装鍘r性特征Table 1 Coal seam roof and floor lithology characteristics of No.5106 Face

圖1 5106 工作面采掘工程平面示意Fig.1 Mining engineering plane diagram of No.5106 Face

2 特大斷面切眼錨網(wǎng)索支護(hù)技術(shù)

榆樹坡煤業(yè)5106 工作面切眼掘進(jìn)寬度9.6 m，掘進(jìn)高度3.9 m，屬特大斷面巷道，工作面存在超過15m 的砂質(zhì)泥巖，承載能力較低、自穩(wěn)性差，圍巖控制難度較大。由于5106 工作面切眼跨度較大，因此采用一次掘巷、二次擴(kuò)巷的成巷工藝，初次掘巷寬度5.5 m，二次擴(kuò)巷寬度4.1 m。為保證榆樹坡煤業(yè)5106 工作面切眼的穩(wěn)定，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)地質(zhì)條件，研究特大斷面切眼錨網(wǎng)索支護(hù)技術(shù)，具體支護(hù)技術(shù)參數(shù)如圖2 所示。

圖2 切眼支護(hù)示意Fig.2 Incision support diagram

（1） 5106 工作面切眼頂板采用全錨索+金屬網(wǎng)支護(hù)，錨索規(guī)格為φ21.8 mm×9 200 mm，初次掘巷頂板布置7 根錨索，采用5.5 m 的7 眼W 鋼帶連接，錨索間排距為850 mm×1 000 mm，擴(kuò)至全斷面后；內(nèi)錯(cuò)500 mm 布置5 根錨索，采用4.3 m 的5 眼W 鋼帶連接，錨索間排距為1 000 mm×1 000 mm，每根錨索配1 塊300 mm×270 mm×14 mm 的拱形托板，配1 根MSCKa/b23/1200 mm 錨固劑，錨索設(shè)計(jì)張拉預(yù)緊力40 MPa。頂板采用高預(yù)緊力全錨索主動(dòng)支護(hù)，長(zhǎng)度9 200 mm 的錨索可將淺部軟弱砂泥巖錨固至深部巖層，使淺、深部圍巖形成統(tǒng)一承載結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮深部巖層的承載性能，形成良好的控頂效果。

（2） 5106 工作面切眼采幫及煤柱幫采用錨桿+金屬網(wǎng)支護(hù)，錨桿采用φ22 mm×2 400 mm 的螺紋鋼錨桿，幫部距頂板400 mm 處打注第一根幫錨桿（即W 鋼帶護(hù)板豎向布置），自上往下共打注4 根幫錨桿（全部上W 鋼護(hù)板），幫錨桿間排距1 000 mm×1 000 mm，每根錨桿配1 塊150 mm×150 mm×10 mm 錨桿托板，以及1 塊450 mm×280 mm×4 mm 的W 鋼帶護(hù)板，配1 根MSCKa23/800 mm 錨固劑，錨桿預(yù)緊扭矩設(shè)計(jì)300 N·m。兩幫均采用高預(yù)應(yīng)力錨桿主動(dòng)支護(hù)，強(qiáng)化幫部軟弱煤體力學(xué)性質(zhì)，使支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖體形成統(tǒng)一承載結(jié)構(gòu)，形成良好的固幫效果。

（3） 頂、幫金屬網(wǎng)均采用14 號(hào)鐵絲聯(lián)結(jié)成菱形網(wǎng)片，菱形網(wǎng)規(guī)格為1 300 mm×7 000 mm、1 300 mm×3 000 mm，且每10 cm 聯(lián)結(jié)一道，每道雙股絲繞匝3 圈，網(wǎng)與網(wǎng)搭接長(zhǎng)度100 mm，形成良好的護(hù)表效果。

3 圍巖控制效果

將上述特大斷面切眼錨網(wǎng)索支護(hù)技術(shù)應(yīng)用于榆樹坡煤業(yè)5106 工作面切眼，同時(shí)監(jiān)測(cè)切眼的變形情況。切眼巷道移近量如圖3 所示，移近速度如圖4 所示。5106 工作面切眼變形呈分階段特征，首階段為快速變形階段，發(fā)生在切眼初掘1.5 個(gè)月內(nèi)，該變形階段切眼圍巖移近速度較快，頂?shù)装逡平考s91 mm，兩幫移近量約100 mm，頂?shù)装遄畲笠平俣?.74 mm/d，兩幫最大移近速度5.72 mm/d；第二階段為緩慢變形階段，發(fā)生在切眼掘出1.5～3個(gè)月內(nèi)，該變形階段切眼圍巖移近速度有所減緩，頂?shù)装逡平考s141 mm，兩幫移近量約178 mm，頂?shù)装遄畲笠平俣?.87 mm/d，兩幫最大移近速度2.31 mm/d，圍巖變形速度降低近一半；最后一個(gè)階段為穩(wěn)定變形階段，發(fā)生在切眼掘出3 個(gè)月后，該變形階段切眼圍巖移近速度很小，切眼圍巖趨于穩(wěn)定。

圖3 切眼巷道移近曲線Fig.3 Roadway approaching curve of cut hole

圖4 切眼巷道移近速度曲線Fig.4 Roadway approaching velocity curve of cut hole

穩(wěn)定后，頂?shù)装逡平考s146 mm，兩幫移近量約185 mm，整體看，榆樹坡煤業(yè)5106 工作面切眼變形均在可控范圍內(nèi)，同時(shí)未發(fā)現(xiàn)冒頂、片幫等大變形現(xiàn)象，表明此次特大斷面切眼錨網(wǎng)索支護(hù)技術(shù)的合理性和可靠性。

4 結(jié) 語(yǔ)

榆樹坡煤業(yè)5106 工作面特大斷面切眼跨度較大，圍巖控制難度大，為此研究特大斷面切眼錨網(wǎng)索支護(hù)技術(shù)，采用高預(yù)緊力全錨索主動(dòng)支護(hù)進(jìn)行控頂，采用高預(yù)應(yīng)力錨桿主動(dòng)支護(hù)進(jìn)行固幫，同時(shí)配套金屬網(wǎng)進(jìn)行護(hù)表。該支護(hù)方案在榆樹坡煤業(yè)5106 工作面切眼進(jìn)行了應(yīng)用，切眼掘進(jìn)過程中頂?shù)装遄畲笠平俣?.74 mm/d，兩幫最大移近速度5.72 mm/d，切眼圍巖穩(wěn)定后，頂?shù)装逡平考s146 mm，兩幫移近量約185 mm，變形均在可控范圍內(nèi)，表明該特大斷面切眼錨網(wǎng)索支護(hù)方案實(shí)現(xiàn)了榆樹坡煤業(yè)5106 工作面切眼的穩(wěn)定控制，保障了煤礦安全生產(chǎn)。