綜放工作面大斷面切眼施工工藝技術(shù)應(yīng)用

白 宙，畢俊剛，白志兵

（1.西山煤電集團設(shè)計院，山西 太原 030053；2.山西西山晉興能源有限責(zé)任公司斜溝煤礦，山西 興縣 035300）

斜溝煤礦建井初期，為滿足生產(chǎn)銜接和盡快見效的實際需要，礦井采用了工作面“跳采”的方式進行回采作業(yè)。隨著礦井持續(xù)的開采活動，就出現(xiàn)了為數(shù)眾多的“孤島”工作面。為確保孤島工作面在回采過程中頂板安全，相應(yīng)支架選型也選用大阻力液壓支架，根據(jù)支架參數(shù)，工作面切眼的跨度也隨之增大，給切眼施工帶來一定難題。為此，必須對大斷面切眼的施工工藝以及支護技術(shù)進行研究。

1 工作面情況

23105 綜放工作面位于斜溝煤礦的21 采區(qū)，所開采的13 號煤層平均厚度14.5 m，其東部和西部分別與已回采的23107 工作面和23103 工作面采空區(qū)相鄰，所留設(shè)的實體煤煤柱寬度均為20 m，其北部為未開采的實體煤。其上方有8 號煤層開采結(jié)束后的18107 工作面、18105 工作面、18117 工作面和18103 工作面的采空區(qū)。23105 工作面的走向、傾斜長度分別為2 572.3 m、253.15 m。

為滿足孤島工作面液壓支架安裝，綜放工作面切眼參數(shù)調(diào)整為掘?qū)?.3 m，掘高3.8 m，跨度較大，易造成巷道漏頂。此外，盡管與23105 工作面相鄰的23103 工作面和23107 工作面已結(jié)束回采作業(yè)較長時間，但23105 工作面兩條順槽的掘進又會對已恢復(fù)相對穩(wěn)定狀態(tài)的圍巖產(chǎn)生二次擾動作用，使得順槽頂板圍巖與采空區(qū)相鄰的部位應(yīng)力會重新分布，容易導(dǎo)致巷道的礦壓顯現(xiàn)；特別是煤柱上會賦存高的支承壓力，使得巷道出現(xiàn)不同程度的頂板破碎、裂隙、幫部片幫，幫錨桿破斷等現(xiàn)象，維護難度加大。因此，如何控制圍巖大幅度變形以及最大發(fā)揮上覆煤層組合梁支護理論技術(shù)研究是很有必要的。

2 大斷面切眼成巷后壓力與變形特征分析

在對特厚煤層大斷面切眼進行施工工藝及支護技術(shù)研究之前，必須結(jié)合地質(zhì)條件、原施工工藝及支護方案、現(xiàn)場作業(yè)情況等各類問題進行綜合分析研究，經(jīng)初步分析主要存在以下幾個方面的問題：

1）錨桿托盤強度不足。目前現(xiàn)場頂板支護多采用Φ22 mm 的高強錨桿，其自身的屈服、破斷強度分別為190 kN、265 kN，然而錨桿所配套的蝶形托盤，規(guī)格為100 mm×100 mm×8 mm，其承載能力僅為100～150 kN，比錨桿自身的破斷強度要低，因此未能充分發(fā)揮高強錨桿的支護作用。

2）巷幫塑料網(wǎng)護幫效果不好。塑料網(wǎng)通常由焊接或一次成型制作而成，然而其在安設(shè)幫錨桿后不能很好地貼合巷幫，因此幫錨桿未能對巷幫煤壁起到良好的支護作用。此外，由于掘進期間二次擾動影響，巷道兩幫的煤體會更加破碎，因此在其它工作面就出現(xiàn)過“肚兜”現(xiàn)象，極大地影響了現(xiàn)場支護效果。

3）巷幫支護效果不好。目前，礦井井下采用164 型槽鋼結(jié)合混凝土的支護方式對巷幫進行維護。如果幫錨桿承受載荷過大，會使得164 型槽鋼兩側(cè)產(chǎn)生凸起現(xiàn)象，使得幫錨桿未能充分發(fā)揮其錨固作用，嚴重影響到幫錨桿的支護效果。

4）錨桿、錨索預(yù)緊力不足。預(yù)緊力不足將會使得錨桿、錨索錨固范圍內(nèi)的頂板及兩幫圍巖出現(xiàn)錯動和離層現(xiàn)象，極大影響到現(xiàn)場巷道的支護效果，進而影響到巷道正常安全的掘進作業(yè)。

3 大斷面切眼施工及支護方案

根據(jù)上述分析，23105 工作面切眼沿13 號煤層底板布置，長度為247.8 m，施工采用分次成巷，第一次成巷寬度4.6 m，第二次成巷寬度4.7 m。采用錨網(wǎng)與錨索聯(lián)合支護，單體柱配合鋼梁加強支護，同時對巷道底板進行混凝土硬化，支護方案如下：

1）支護參數(shù)

頂錨桿：采用矩形布置形式，每排12 根，間距0.8 m，排距0.8 m。

幫錨桿：采用矩形布置形式，每排3 根，間距1.2 m；排距0.8 m，最頂端錨桿距離頂板400 mm。（第一次掘進：布置于工作面幫側(cè)的幫錨桿采用矩形布置形式，每排3 根，間距1.2 m，排距1.2 m，最頂端錨桿距離頂板400 mm。）

錨索：采用矩形布置形式，每排4 根，間距1.6 m/3.2 m，排距1.6 m。

單體支柱：采用“一梁三柱”布置形式，排距1.6 m，間距3.2 m。

鋼梁：采用長度為7 m 的礦用π型鋼梁。

組合錨索：巷中一組布置，間距1.6 m。

2）支護材料

頂錨桿：規(guī)格為Φ22 mm×2 600 mm 的高強度螺紋鋼樹脂錨桿，每根錨桿采用1 支MSCK2380型和2 支MSZ2380 型樹脂錨固劑，配合規(guī)格為150 mm×150 mm×10 mm 的可調(diào)心拱形托板，以及高強托板調(diào)心球墊、尼龍墊圈。

幫錨桿：規(guī)格為Φ2 0 mm×2 100 mm 的全螺紋玻璃纖維錨桿，每根錨桿采用一支MSCK2380 型樹脂錨固劑，配合規(guī)格為BHW400-280-2.75W錨桿鋼護板、Φ125 mm 玻璃鋼托盤。

錨索：規(guī)格為Φ21.6 mm×12 000 mm 的鋼絞線，每根錨索采用1 支MSCK2380 型和2 支MSZ2380型樹脂錨固劑，配合規(guī)格為300 mm×300 mm×14 mm的可調(diào)心拱形托板、型號為MK22 的球形鎖具。

菱形金屬網(wǎng)：采用10#鐵絲編織的菱形金屬網(wǎng)，網(wǎng)孔規(guī)格為50 mm×50 mm。其中頂網(wǎng)尺寸為：長×寬=5 200 mm×1 000 mm；幫網(wǎng)尺寸為：長×寬=2 800 mm×1 000 mm。

鋼帶：4 200 mm×250 mm“W”型6 眼鋼帶，眼距800 mm。

巷道硬化：采用C30 混凝土硬化，硬化厚度200 mm，寬度8 300 mm，距煤柱幫1 m 寬巷道底板不硬化。

圖1至圖4分別為切眼一次成巷支護平面、斷面圖以及切眼最終支護平面、斷面圖。

圖1 切眼一次成巷支護平面

圖2 切眼一次成巷斷面

圖3 切眼最終支護平面

圖4 切眼最終支護斷面

4 結(jié)語

大斷面切眼成巷后，上覆頂板承載的載荷為中部較大，逐級向兩側(cè)遞減。開掘后形成的普氏免壓拱跨度較大，若不加強切眼中部頂板支護，易造成巷道淺部離層掉落，預(yù)計可能降低頂板整體的穩(wěn)定性。切眼分次成巷，第一次成巷寬度4.6 m，第二次成巷寬度4.7 m。隨掘進過程中及時在巷道中部施工一排組合錨索，可避免切眼中部集中受力，保證上覆圍巖的穩(wěn)定性，有效發(fā)揮組合梁理論的優(yōu)勢，不僅使得大斷面的切眼的掘進取得了較好的支護效果，而且整體巷道圍巖的變形情況被有效的改善。整體巷道頂板下沉量和底板底鼓量都得到了有效控制，且在較小范圍內(nèi)，保證了巷道整體圍巖的穩(wěn)定性，以便在之后更好地保證了整體圍巖的穩(wěn)定性，實現(xiàn)了切眼安全、高效、快速施工的目的，為綜放工作面下一步安全快速安裝提供了堅實基礎(chǔ)。