近距離相鄰工作面采動影響下切眼施工技術

李長勇

(西山煤電(集團)公司東曲礦，山西 古交 030200)

西山煤電(集團)公司東曲礦是一座年設計生產能力400萬t的現代化大型礦井，其采用平硐斜井混合開拓，傾斜長壁采煤法開采，主要煤層有太原群和山西組 2#、4#、8#、9#煤，煤種為焦煤、瘦煤和貧煤。為了能夠提高煤炭的洗選回收率，在有限的資源條件下實現礦井效益的最大化，在礦井資源的合理開發利用上，必須及時對產品結構進行調整，進行多煤層同時開采，給采掘巷道布置及支護技術增加了難度，特別是近距離層相鄰工作面受采動影響下大斷面巷道的安全快速施工是一項新的技術難題。

1 問題的提出

東曲礦14216工作面南東、南西為未規劃區;北西為剛回采的14214工作面;北東為二采4#煤2號進風運料巷。該面上覆有12218工作面、新22106工作面、22108工作面采空區，其與相隔層2#間距僅為4.0～4.30 m，在施工此工作面切眼時，既受近距離上方采空區的影響，又受到相鄰工作面采動影響。在兩者的作用下，施工過程中頂板壓力較大，普通的支護方式及傳統的施工工藝不能滿足安全生產的要求。

2 地質條件

2.1 煤層賦存情況

該工作面煤層結構復雜。煤層厚度在1.50～3.90 m，平均厚度3.3 m，煤層中部夾1～3層的薄層泥巖，煤層厚度變化較大，屬較穩定煤層。煤層傾角2°～8°，平均傾角5°，煤質為瘦煤。

2.2 頂底板巖性

頂底板巖性見表1。

表1 頂底板巖性情況表

3 切眼施工

3.1 切眼概況

切眼主要用于采煤設備的安裝，并連接兩順槽，形成生產系統和通風系統，其長度為162 m。

3.2 切眼斷面及支護形式

1)該切眼設計斷面為矩形斷面，寬8 000 mm，高2 900 mm，采用錨棚聯合支護。

2)切眼施工工藝及永久支護形式。

a)切眼采用二次成巷的施工方式，一次成巷靠落山側施工;按矩形斷面，即:上寬4 500 mm、下寬4 500 mm、凈高3 000 mm進行掘進施工，采用棚錨聯合支護形式，錨桿成矩形布置每米打設5根;間排距為950 mm×1 000 mm;錨索每米2根;架棚采用“一梁兩柱”木棚，接口呈鴨嘴型，棚距1.0 m，棚梁與錨桿均勻布置，勾頂背板6道，點柱規格:d≥180 mm，L2 800 mm，點柱間距為1.0 m。

b)第二次成巷按矩形斷面，上寬3 500 mm、下寬3 500 mm、凈高3 000 mm進行擴幫作業;錨桿每米4根;間排距950 mm×1 000 mm;錨索每米2根;架棚采用“一梁兩柱”木棚，接口呈鴨嘴型，棚距1.0 m，棚梁與錨桿均勻布置，勾頂背板6道，點柱規格:d≥180 mm，L2 800 mm，點柱間距為1.0 m。

切眼斷面支護圖見圖1，切眼支護展開圖見圖2。

圖1 切眼斷面支護圖

c)切眼開口采用掘進機拐彎自行開口的方式:準備開口前5 m，需在順槽前進方向的右手幫進行抹斜角0.4～0.8 m，右頂端空頂距離夠0.4 m 時，必須加打1根帶木托盤錨桿進行及時支護。

d)所打錨索長度根據層間距進行確定，即巷道每施工100 m或發現頂板有變化時由該礦地測科對頂板打設探眼，根據頂板巖性及層間距切頂錨索長度，確保錨索支護有效。

3.3 切眼支護安全事項

1)臨時支護注意事項。

巷道架棚施工中采用吊掛式前探梁臨時支護，吊環由20#圓鋼熱加工而成;前探梁由一對10#槽鋼對焊而成，數量2根，長度4.5 m，每根前探梁上3道吊環;吊環采用錨鏈架固定。

圖2 切眼支護展開圖

a)使用前檢查吊環、前探梁質量情況，發現問題及時更換。

b)移前探梁前，必須進行敲幫問頂，處理掉頂幫浮矸危巖。

c)移前探梁時，先松開前探梁吊環，取出墊板，取下最后一對吊環移到工作面第一支架上，把前探梁穿入吊環內推移到工作面，然后把待架梁按1.0 m的間距放在前探梁上擺好調平，梁與頂板相距1塊背板厚度的間隔，最后按標準穿上背板，打緊背板木楔，如果頂板冒落較高，可用“井”字型木垛接頂。

d)調平梁的同時，由墊板木楔把前探梁和吊環固定牢固。

e)前探梁應對稱于巷道中心，兩梁相距2.0 m。

f)臨時支護必須架設牢固有效，嚴防前探梁脫落傷人事故發生。

g)臨時支護最大控頂距1.2 m，嚴禁空頂作業。

2)永久支護注意事項。

a)一循環截割成型后，首先進行敲幫問頂工作，將頂幫活矸危巖處理干凈之后，將2根前探梁按規定前移到工作面。

b)由班長統一指揮，至少5～6人配合作業，將木棚梁按照1 m的間距放置于兩前探梁上，然后將勾頂背板按規定勾設好，棚梁兩端頭處各勾設一道，其余4道背板均勻勾設，勾頂背板必須打緊背牢，接頂嚴實，嚴防棚梁脫落砸傷人員，局部冒頂高處，用“井”字型木垛勾頂，確保接頂嚴實無漏頂現象。

c)架設好臨時支護后，首先看好中線，并按中線拉三角線找正架棚方向，確定棚腿位置，挖出柱窩，清出實底，柱窩深度100 mm，挖好柱窩后方可樹腿。

d)立腿時，由班長統一指揮，2～3人配合作業，必須保證梁、腿鴨嘴接口結合嚴密，同時，必須做到作業中有專人護腿，嚴防棚腿傾倒傷人。

e)棚子架起后，按規定在相鄰兩架棚子棚腿間左右兩幫各打設兩道拉木，之后，松開前探梁，棚梁重量全部落于棚腿上，在梁、腿接口處各打設兩道耙釘，最后對勾頂背板進行重新緊固。

f)所架棚子必須構件齊全，各道背板必須打緊背牢，不得出現左右邁步，前傾后仰，棚梁傾斜，棚腿站出，背板松動，拉木不全等不符合規定的現象。

g)架設棚子時，水平巷道中，棚子必須垂直于頂板架設，傾斜巷道中，棚子向巷道上山方向傾斜巷道坡度的1/6～1/8，確保棚子迎山有力。

h)所架棚梁長4 500 mm，高2 850 mm，中間棚腿距落山幫側3 900 mm處打設。

4 經驗及效果分析

1)近距離煤層在相鄰工作面采動影響下，巷道受上部采空區壓力、采空區煤柱的集中應力及采動影響，加之切眼垮度較大，使得巷道施工過程中壓力顯現明顯，通過采用錨棚聯合支護，即主動與被動支護相結合的支護方式，對圍巖施加預緊力，即使圍巖有一定的變形量，但變形量可控制在一定范圍內，有效地改善了圍巖的狀態，增加了圍巖的整體性和自身承載能力，減少了巷道圍巖變形，解決了近距離煤層受相鄰工作面采動影響大斷面巷道施工的支護難題，為類似的地質條件及采掘巷道布置設計提供了一定的經驗。

2)掘進機自行拐彎開口施工切眼，與傳統的爆破工程相比，施工速度快，巷道成型好，勞動強度小，并且作業人員較為安全。

3)大斷面切眼分次成巷，人為縮小了巷道的垮度及斷面，易于對頂幫進行管理，盡管需二次施工，但是建立在首次施工支護的基礎之上，為安全施工提供了必要的條件。

4)切眼的安全快速施工為此類工作面大型設備的快速安裝奠定了基礎，緩解了采掘、安裝銜接緊張的局面，同時為東曲煤礦實現多煤種同時開采，在有限的資源條件下實現效益的最大化提供了條件，效果顯著，值得推廣應用。