輕放工作面切眼施工技術的應用

范寶強

潞安溫莊煤業是一座設計生產能力1.2 Mt/年的礦井，150201綜采輕放工作面位于15號煤層2采區，走向長度580 m，工作面傾斜長140 m，煤厚 4.35 m ～5.37 m，平均厚 4.6 m，煤層傾角5°～14°，平均為8°。15號煤層偽頂為泥巖，直接頂為砂巖，平均厚度6.16 m，老頂為粉砂巖。為保證工作面正常銜接，及時安裝采煤機組、液壓支架，采煤作業時人員行走安全、通風良好，設計了150201工作面切眼，現將該切眼的施工技術介紹如下。

1 概況

150201工作面切眼設計為矩形斷面，寬7 m或6 m，高2.5 m，凈斷面19 m2。

2 施工工藝

2.1 掘進與支護

1)掘進條件制約，7600mm寬的切眼不可能一次掘夠寬度。采用導硐與刷幫結合方式:先施工4400mm寬，后擴幫3200mm寬，高度一次成巷。首先選用ABM20S型掘錨一體機及配套設備導硐施工。使用ABM20S型掘錨一體機完成割煤和裝煤及臨時支護、永久支護工序，破碎機破碎、轉運。具體為:每次掘進前，司機將掘錨一體機調整到巷道前進方向的中間位置，按由左向右，由上向下的順序割煤，逐步擴大到設計斷面4400mm的要求。循環截割深度不大于1000mm。截割下的煤落在裝煤鏟板上，同時圓盤耙桿連續運轉，將煤炭送入刮板輸送機并轉載至150201回風順槽破碎機處，再利用150201皮帶輸送機轉運至1502運輸大巷處的皮帶輸送機運出。采用掘錨機自帶頂護板完成臨時支護，最大控頂距離為2300mm。每一循環截割完畢后施工人員將鋼筋網及鋼筋托梁放在頂板液壓支撐架橫梁上，然后靠兩個液壓缸頂起液壓支撐架到頂板。兩個尾部液壓穩定架缸穩定住掘錨機，并且輔助支撐頂板。在液壓缸頂起液壓支撐架到頂板的同時，錨桿機開始永久支護工作。截割結束并進行臨時支護后，開始進行頂、幫永久支護。頂錨桿及兩幫最上兩排錨桿緊跟迎頭，兩幫錨桿中最下兩排錨桿滯后迎頭不得超過15 m。錨索永久支護滯后工作面迎頭不得超過30 m。

2)在距離4400mm導硐成巷施工50 m之后(掘進機滯后掘錨一體機的距離不小于50 m)，采用S150J型掘進機進行3200mm的擴幫施工，采用由下向上左右循環截割。通過掘進機將煤運輸至切眼導硐掘進使用的刮板輸送機運出。采用金屬前探梁平行前移至工作面進行臨時支護，循環進度為1000mm，最大控頂距離為1800mm。截割結束并進行臨時支護后，及時進行頂、幫永久支護。錨索永久支護滯后迎頭不得超過30 m。

2.2 頂幫管理

2.2.1 支護形式

1)采用“高強錨桿+鋼筋托梁+網+玻璃鋼錨桿+錨索”聯合支護。支護材料為頂板采用螺紋鋼錨桿、工作面推進方向煤幫采用玻璃鋼錨桿、擴幫側老塘煤幫采用圓鋼錨桿、鋼絞線錨索、鐵托板、鋼筋托梁、金屬網、木托板，塑料網等。

2)當利用掘錨機導硐掘進4400mm寬巷道時，巷幫布置φ20×2000mm的玻璃鋼錨桿，間排距為1000mm×1000mm，每根錨桿安裝2支Z2350的樹脂藥卷;頂板采用φ20×2500mm的螺紋鋼樹脂錨桿，錨桿間排距為800mm×800mm，每根錨桿安裝4支Z2350的樹脂藥卷，每根錨桿使用一塊150mm×150mm×10mm鐵托板。

3)當利用掘進機二次施工切眼寬度符合要求后，擴幫側老塘煤幫使用φ20×2000mm圓鋼錨桿，間排距為1000mm×100mm，每根錨桿安裝2支Z2350的樹脂藥卷，每根錨桿使用一塊400×200×50木托板配合一塊150mm×150mm×10mm鐵托板;頂板采用φ20×2500mm的螺紋鋼樹脂錨桿，錨桿間排距為800mm×800mm，每根錨桿安裝4支Z2350的樹脂藥卷，每根錨桿使用一塊150mm×150mm×10mm鐵托板。

4)錨索規格為φ17.8mm，鋼絞線長8300mm，錨索間排距為1800mm×2000mm。導硐施工時距切眼左幫200mm，2000mm和3800mm處補打錨索，錨索托梁長度為2200mm;二次擴幫施工時，距切眼右幫200mm，2000mm處補打錨索，錨索托梁長度為3800mm，2200mm的錨索托梁支護距離迎頭不超過30 m，4400mm的錨索托梁支護距離迎頭不超過50 m。施工達寬度后在切眼中間支設1排單體液壓帶帽點柱，間距為1000mm。最終成巷后巷寬7600mm，總支護布置為:頂板錨桿9根/排、兩幫錨桿3根/排、錨索5根/排、單體液壓支柱1根/m。

2.2.2 支護機理

1)導硐每掘進2.3 m后采用錨桿進行永久支護，擴幫每掘進1.8 m后采用錨桿進行永久支護，頂板短時暴露尚未下沉或未出現離層時就及時安裝上錨桿，進行懸吊、擠壓加固，保證淺部頂板的完整性及相對穩定性。

2)錨索支護彌補了錨桿長度不足和預應力小的缺點，錨索預應力大、承載能力強。實質是把錨索深入到深部穩定巖層中，對被加固的巖體預先施加壓應力，限制巖體的松動變形，從而保證圍巖穩定。當錨桿支護形成的壓縮圈厚度小于松動圈厚度時，錨桿支護的懸吊作用減弱，頂板會離層脫落。再采用預應力錨索補強加固，錨索長度大、預應力高、快速承載能力強，形成壓縮圈厚度大，在較大預應力的作用下，把上部穩定巖層和下部組成的巖層梁組合在一起，每根錨索周圍形成的壓縮區域彼此重疊，在復合頂板中形成一個厚度更大的均勻連續壓縮帶，各巖層面互相擠壓，層面摩擦大大增加，使復合頂板形成拱梁，從而有效的提高了頂板的整體性、穩定性，加強了頂板的自承能力。

3 支護效果和經濟分析

1)在圍巖應力集中與頂板破碎的巷道施工中，常采用錨桿打設與工字鋼架棚聯合支護方式，工人勞動強度大、支護費用高、工序復雜、進度慢。通過采用錨桿、錨索聯合支護代替工字鋼架棚支護的施工方式，既保證了施工安全又節約了成本。

2)用錨網、錨索聯合支護，每米巷道支護費用降低約1300元，每年節約支護費用近5000多萬元，創造了客觀的經濟效益。用錨網、錨索聯合支護，其運輸量、運輸環節及消耗量少，工人勞動強度大大降低。短掘短錨做到及時支護，消除了空頂作業，改善了安全環境，帶來顯著的社會效益。

3)用錨網、錨索聯合支護，巷道斷面利用率提高15%，通風阻力大大下降，明顯的改善安全生產環境。

4 結語

1)在大斷面切眼掘進施工過程中，最重要的是支護技術。利用錨桿、錨索聯合支護形式是最好的一種選擇。錨索長度大、預應力高、快速承載能力強，不占巷道空間。既能滿足支護強度要求，又能保證安裝設備時不受支護影響。

2)除切眼外的其他巷道:如回風順槽、皮帶順槽等巷道的支護均采用錨網、錨索聯合支護形式，既保證了施工安全又提高了效率。從150201切眼施工分析，從巷道開掘到設備安裝結束的3個月時間里，巷道頂板沒有出現大量下沉或冒頂事故。從工作面開采過程來看，兩順槽超前段采用較簡單的超前維護即可保持頂板完整、無明顯下沉。充分說明采用錨網、錨索聯合支護形式，規格、參數等均能滿足現有頂板管理要求，這種支護技術值得全面推廣應用。

［1］ 國家安全生產監督管理總局，國家煤礦安全監察局.煤礦安全規程［M］.北京:煤炭工業出版社，2010.