大斷面切眼支護(hù)技術(shù)研究與實(shí)踐

馬衛(wèi)波 張景文

（1.潞安集團(tuán)古城煤礦，山西 長治 046100；2.中煤五公司第一工程處，江蘇 徐州 221006）

古城煤礦主采3#煤層，煤層厚度平均6.5m，綜采工作面采煤方式為走向長壁綜采放頂煤采煤法。S1303工作面開切眼沿煤層底板掘進(jìn)，傾斜長度為302.8m，巷道斷面寬為9000mm，高為3800mm，屬于大斷面巷道，頂板管理難度較大，尤其施工至開口48m位置時(shí)，巷道揭露DF20的正斷層，落差為3～4m，導(dǎo)致迎頭頂煤冒落高度1.5m，煤體極其破碎，繼續(xù)掘進(jìn)可能存在冒頂危險(xiǎn)。

據(jù)地測(cè)部門預(yù)計(jì)，巷道前方還存在多個(gè)斷層構(gòu)造。為滿足礦井接替要求，保證開切眼能夠保質(zhì)保量地如期完成施工，針對(duì)此類條件，開展厚煤層大斷面支護(hù)技術(shù)研究很有必要。

1 開切眼的施工工藝

由于切眼斷面大，留頂煤施工較困難，為優(yōu)化施工工藝，提高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化管理，擬采用兩次成巷的施工工藝。一次切掘進(jìn)斷面5300×3800mm，二次切掘進(jìn)斷面3700×3800mm。

開切眼采用錨網(wǎng)索支護(hù)，一次切掘過后采用“單體柱+π型鋼棚”對(duì)其頂板進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，為二次切頂板提供較好的頂板條件，對(duì)二次掘進(jìn)破碎頂煤進(jìn)行超前預(yù)注漿，確保二次掘進(jìn)安全。

2 開切眼的支護(hù)技術(shù)參數(shù)

2.1 開切眼支護(hù)參數(shù)

一次掘進(jìn)頂板與采空區(qū)幫部采用型號(hào)為HRB500的Φ22×2400mm的高強(qiáng)螺紋錨桿錨固，工作面幫采用Φ22×2400mm的玻璃鋼錨桿支護(hù)，等間距布置方式，頂板間排距為800×800mm，每排布置7根；幫部錨桿間排距為800×800mm，兩幫各布置5根，幫部頂角錨桿距頂板300mm布置。錨索材料為Φ21.8mm×8300mm的鋼絞線，間排距為1600×800mm，按照3-3布置。待一次掘進(jìn)工作面推過后，超前二次掘進(jìn)工作面50m處，開始架設(shè)一梁兩柱π型梁棚支護(hù)，梁長4500mm，棚距800mm，架設(shè)在頂板錨桿排距中間，單體柱要求穿鞋帶帽，鞋板規(guī)格為250×250×60mm，采用枕木背實(shí)棚梁與頂板之間的空隙，確保棚梁接頂?shù)轿?。二次掘進(jìn)刷擴(kuò)時(shí)，直接截割掉一次掘進(jìn)工作面幫的玻璃鋼錨桿，頂板間排距為800×800mm，每排布置5根；工作面幫玻璃鋼錨桿間排距為800×800mm，兩幫各布置5根，錨索間排距為1200×800mm，按照3-3布置（見圖1）。

圖1 開切眼斷面支護(hù)圖

2.2 二次掘進(jìn)破碎頂煤超前預(yù)注漿處理

二次掘進(jìn)開始刷擴(kuò)至距開口48m時(shí)，迎頭揭露DF20正斷層，工作面頂煤特別破碎，錨桿、錨索錨固端不穩(wěn)定，不能起到應(yīng)有的錨固效果，無法繼續(xù)刷擴(kuò)，需在一次掘進(jìn)巷道內(nèi)進(jìn)行超前預(yù)注漿。

2.2.1 注漿加固材料的性能特征

FSS加固材料應(yīng)速度塊、初凝時(shí)間短、可注性好、黏度低，能很好地滲入到煤巖體細(xì)小的裂隙中，極易與煤巖體很好地黏合并快速凝固，使得松軟破碎的煤巖體形成新的網(wǎng)絡(luò)狀骨架結(jié)構(gòu)，成為連續(xù)完整的固結(jié)體。力學(xué)試驗(yàn)表明：標(biāo)準(zhǔn)砂固結(jié)體抗壓強(qiáng)度為39MPa，粘結(jié)強(qiáng)度為12.7MPa，抗拉強(qiáng)度能夠達(dá)到24MPa。

2.2.2 預(yù)注漿方案

在二次掘進(jìn)開始前，在一次掘進(jìn)工作面幫布置一排注漿鉆孔，參數(shù)如下：

（1）鉆孔布置：鉆孔直徑為42mm，角度為上仰角45°，間距為3m，開孔位置在二次刷擴(kuò)頂板下方1000mm處，總共布置鉆孔80個(gè)。由于圍巖破碎程度高，注漿孔成孔效果差，注漿過程中采用鉆桿作為注漿管。注漿孔布置剖面與側(cè)視圖如圖2所示。

順著注漿孔方向預(yù)埋注漿管。注漿管采用直徑為20mm鋼管制成，注漿管長2.5m，距注漿管外1.35m、1.6m、1.85m、2.1m、2.35m位置處分別打直徑6mm的圓孔，即為漿液出漿孔。注漿管結(jié)構(gòu)示意圖見圖3。在注漿孔開口處使用封孔材料封閉鉆孔防止漏漿。

圖2 注漿孔布置平面、剖面圖

圖3 注漿管結(jié)構(gòu)示意圖（單位：mm）

（2）注漿順序與壓力控制：采用高壓膠管配合雙液注漿泵對(duì)松散煤巖體進(jìn)行預(yù)注漿加固。為保證注漿效果，減少串漿，采用間隔跳孔注漿方式，相鄰的間隔注漿孔的漿液擴(kuò)散形成類似“止?jié){墻”的具有止?jié){效果的整體煤體，保證深部鉆孔的注漿效果。注漿壓力值應(yīng)控制在2～4MPa 范圍內(nèi)，若注漿過程中發(fā)現(xiàn)注漿泵壓力表度數(shù)明顯上升時(shí)立刻停止注漿。

等待注漿后的煤巖體穩(wěn)定一段時(shí)間后，開始施工二次掘進(jìn)工作面，嚴(yán)格控制二次掘進(jìn)工作面的最大空頂距。注漿材料FSS將破碎的松散煤巖體重新膠結(jié)為具有自身承載能力的錨固體，有效保證二次掘進(jìn)時(shí)頂板的長期穩(wěn)定。

3 結(jié)論

針對(duì)大斷面開切眼留頂煤施工過程中頂板管理較困難，提出了采用“錨網(wǎng)索+π型梁棚”的方法來控制頂煤，保證兩次施工的安全。

開切眼二次切巷道采用巷幫預(yù)注漿加固后，F(xiàn)SS注漿材料能夠很好地滲入到頂板煤巖體中，重新將破碎松散煤巖體膠結(jié)為具備自身承載的錨固體，頂板變形得到有效控制，能夠滿足巷道的穩(wěn)定性要求。