大斷面切眼頂板分區(qū)控制技術(shù)

張 瑞

(大同煤礦集團(tuán)馬道頭煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西大同037100)

1 工程地質(zhì)概況

礦井批準(zhǔn)開采3-15#煤層，生產(chǎn)規(guī)模為150×104t/a。井田面積為8.426km2，

目前正在掘進(jìn)六采區(qū)大斷面工作面切眼，根據(jù)礦井提供的地質(zhì)資料顯示大斷面切眼巷道左側(cè)曾經(jīng)受過臨近工作面的采動(dòng)影響，切眼頂?shù)装鍘r性軟弱，在巷道掘進(jìn)過程中不會(huì)遇到很大的地質(zhì)構(gòu)造帶，在大斷面工作面切眼掘進(jìn)過程中會(huì)遇到，K10-8砂巖含水層。該巷道掘進(jìn)后受到上覆巖層礦山壓力影響，K10-8砂巖含水層富水區(qū)將通過有效裂隙滲入工作面，正常涌水量預(yù)計(jì)2m3/h，最大涌水量預(yù)計(jì)為5m3/h[1]。

六采區(qū)工作面切眼斷面為矩形，巷道毛寬7m，毛高2.7m，巷道斷面積18.9m2屬于大斷面巷道，工作面沿3#煤層頂板掘進(jìn)，大斷面工作面切眼頂板巖性多為泥巖，巖性軟弱。原采用錨桿錨索聯(lián)合支護(hù)。由于工作面斷面大且左側(cè)受臨近工作面采動(dòng)影響，給巷道掘進(jìn)帶來困難，工人施工進(jìn)度緩慢，在掘進(jìn)初期巷道頂板和兩幫變形嚴(yán)重，威脅礦井安全生產(chǎn)。

2 大斷面切眼圍巖變形破壞情況分析

礦井大斷面切眼在掘進(jìn)后20d內(nèi)，頂板出現(xiàn)明顯下沉，巷道圍巖變形破壞嚴(yán)重，威脅礦井安全生產(chǎn)。根據(jù)井下對(duì)現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)地考察和跟現(xiàn)場工作技術(shù)人員溝通，現(xiàn)對(duì)大斷面切眼圍巖變形破壞情況分析如下：

（1）大斷面切眼頂板破壞情況：在大斷面切眼掘進(jìn)后20d內(nèi)，頂板出現(xiàn)明顯下沉，由于巷道斷面過大，有些地方下沉量最大可達(dá)到600mm，威脅礦井安全生產(chǎn)帶來隱患。巷道頂板部分錨桿已經(jīng)出現(xiàn)托盤被擠壓變形情況。

（2）大斷面切眼兩幫破壞情況；在大斷面切眼掘進(jìn)后20d內(nèi)，兩幫變形相對(duì)頂板變形量要小也達(dá)到500mm，大斷面切眼左幫變形量明顯大于右?guī)?，根?jù)現(xiàn)場工人反映由于左邊受過采動(dòng)影響，所以變形比較明顯，應(yīng)該加強(qiáng)支護(hù)。

3 大斷面切眼頂板分區(qū)支護(hù)參數(shù)

大斷面開切眼采用矩形巷道布置，巷道毛寬7000mm，毛高2700mm，巷道斷面積18.9m2。如圖1所示。

大斷面開切眼一切眼和二切眼頂板共打8根錨桿，其中掘進(jìn)時(shí)一切眼頂板錨桿間排距為900mm，在大斷面切眼中線采用單體液壓支柱加強(qiáng)支護(hù)。掘進(jìn)時(shí)二切眼頂板錨桿間排距為950mm；在掘進(jìn)過程中一切眼和二切眼兩幫高相同，斷面左幫和右?guī)透鞔?根錨桿，掘進(jìn)時(shí)一切眼和二切眼兩幫錨桿排距和間距相同為1000mm。具體的支護(hù)參數(shù)如下所述。

3.1 一切眼頂板和兩幫支護(hù)參數(shù)

（1）頂板錨桿：大斷面開切眼在掘進(jìn)一切眼過程中使用規(guī)格為?20mm×2000mm的左旋螺紋鋼高強(qiáng)錨桿，匹配型號(hào)為120mm×120mm×10mm高強(qiáng)螺母與高強(qiáng)拱形托盤。錨桿機(jī)打鉆孔時(shí)?28mm。放置樹脂藥卷K2335與Z2360各1支。巷道頂部錨桿間用梯子梁和金屬網(wǎng)進(jìn)行輔助支護(hù)，頂板梯子梁使用?14mm的鋼筋加工而成，長度為4000mm。搭配金屬網(wǎng)防止矸石墜落，金屬網(wǎng)規(guī)格為4000mm×1100mm的菱形網(wǎng)。金屬網(wǎng)之間用鐵絲進(jìn)行連接。切眼頂板錨桿預(yù)緊力矩要大于300N·m。頂板錨桿設(shè)計(jì)錨固力大于100kN[2]。

（2）頂板錨索：采用?17.8mm，長7.3m的1×7股的高強(qiáng)錨索，一切眼錨索間距為1500mm，與錨桿交錯(cuò)布置，錨索一排布置2根，排距2.0m。放置樹脂藥卷1支K2335與2支Z2360進(jìn)行錨固。切眼斷面錨索托盤規(guī)格為300mm×300mm×12mm的高強(qiáng)球型托盤，錨索施工時(shí)預(yù)緊力應(yīng)不小于200kN。當(dāng)遇到破碎地段時(shí)候，兩根錨索之間應(yīng)用鋼槽連接為整體，才能更好發(fā)揮錨索作用。

（3）兩幫錨桿：為了方便采煤機(jī)割煤錨桿規(guī)格內(nèi)側(cè)型號(hào)為?20mm×2000mm玻璃鋼高強(qiáng)錨桿，配套托盤和螺母。配150mm×150mm×10mm高強(qiáng)拱形托盤和高強(qiáng)螺母。鉆孔直徑不大于28mm，放置樹脂藥卷K2335與Z2360各1支。螺紋鋼錨桿預(yù)緊力矩不低于300N·m，玻璃鋼錨桿預(yù)緊力矩不小于60N·m。錨桿錨固力要大于80kN[3]。

3.2 二切眼頂板和兩幫支護(hù)參數(shù)

（1）頂板錨桿：大斷面開切眼在掘進(jìn)二切眼過程中使用規(guī)格為?20mm×2000mm的左旋螺紋鋼高強(qiáng)錨桿，匹配型號(hào)為120mm×120mm×10mm高強(qiáng)螺母與高強(qiáng)拱形托盤。錨桿機(jī)打鉆孔時(shí)?28mm。放置樹脂藥卷K2335與Z2360各1支。巷道頂部錨桿間用梯子梁和金屬網(wǎng)進(jìn)行輔助支護(hù)，頂板梯子梁使用?14mm～?16mm的鋼筋加工而成，長度為3100mm。搭配金屬網(wǎng)防止矸石墜落，金屬網(wǎng)規(guī)格為3100mm×1100mm的菱形網(wǎng)。金屬網(wǎng)之間用鐵絲進(jìn)行連接。二切眼頂板錨桿預(yù)緊力矩要大于300N·m，且不能大于500N·m。

（2）頂板錨索：采用?17.8mm，長7.3m的1×7股的高強(qiáng)錨索，錨索的有效長度為7.1m左右，錨索間距1500mm，與錨桿交錯(cuò)布置，錨索一排布置1根，距離巷道中部1500mm，與錨桿交錯(cuò)布置，排距2000mm，放置樹脂藥卷1支K2335與2支Z2360進(jìn)行錨固。二切眼頂板錨索托盤匹配300mm×300mm×12mm的高強(qiáng)球型托盤，錨索施工時(shí)預(yù)緊力應(yīng)不小于200kN。錨索張拉后要對(duì)錨桿進(jìn)行二次緊固[4]。

（3）外幫錨桿形式和規(guī)格：為了割煤方便使用高強(qiáng)玻璃鋼錨桿，規(guī)格為?20mm×2000mm；錨桿托盤采用尺寸不小于150mm×150mm的配套托盤；加長樹脂錨固，鉆孔直徑不大于28mm[5]，錨固劑規(guī)格為K2335和Z2360各一卷。

圖1 大斷面切眼分區(qū)控制錨桿、錨索布置（單位：mm）

4 監(jiān)測結(jié)果及分析

為了檢驗(yàn)大斷面切眼支護(hù)效果，在大斷面切眼往里50m布置測站。巷道表面位移觀測結(jié)果如圖2所示，在支護(hù)監(jiān)測前期巷道頂?shù)装搴蛢蓭鸵平砍手饾u增長趨勢，頂?shù)装遄冃瘟孔畲罂蛇_(dá)到160mm，兩幫變形量最大可達(dá)165mm，圍巖變形量都在一個(gè)月左右趨于穩(wěn)定。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果可知：對(duì)大斷面切眼頂板采用分區(qū)控制技術(shù)，即通過單體支護(hù)作為臨時(shí)支護(hù)，和巷內(nèi)錨桿錨索聯(lián)合支護(hù)效果明顯。巷道頂板和兩幫圍巖變形量小，大斷面切眼頂板得到了有效控制。保證了礦井大斷面切眼掘進(jìn)支護(hù)安全，為類似條件礦井提供了技術(shù)參考。

圖2 巷道表面位移觀測結(jié)果