松軟厚煤層工字鋼支護特大斷面擴切眼技術(shù)

高戰(zhàn)平

摘要：在對松軟厚煤層進行施工作業(yè)的過程中，采用聯(lián)合支護技術(shù)對該工作面切眼進行支護處理，進而確保采面安裝、回采的安全性。本文通過分析闡述二1-21070（里）采煤工作面位置及地質(zhì)構(gòu)造、切眼支護設(shè)計參數(shù)等，同時提出相應(yīng)的政策建議，為松軟厚煤層施工提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：鋼支護 大斷面 擴切眼

1 礦井概況

平煤股份朝川礦一井設(shè)計生產(chǎn)能力為60萬噸/年，斜井多水平上下山開拓方式。開采二1煤層，煤層厚度1～12m，平均厚度為5.8m。煤層自燃傾向性為Ⅱ級，屬自燃礦井，自燃發(fā)火期12個月；煤塵具有爆炸性，爆炸指數(shù)22.2～25.3%。絕對瓦斯涌出量2.85m3/min，相對瓦斯涌出量3.29m3/t，為瓦斯礦井。

朝川礦一井二1-21070（里）采面位于二水平暗主斜井以東，二1-21070工作面以北，第四勘探線以西，采面南側(cè)為二1-21070工作面采空區(qū)，煤柱寬度8～10m，采面北、東、西側(cè)尚未采動。該工作面標高-185.0～-251.5m，可采走向長度293m，采面傾斜長度139m，可采面積40727m2，煤厚1～12m，平均厚度為5.8m，可采儲量32萬噸。根據(jù)二1-21070（里）綜放工作面掘進揭露資料統(tǒng)計，該面煤層厚度變化較大，煤厚1.0m～12m，平均5.8m。該工作面為綜合機械化放頂煤工作面，采用ZFY6800/17/32型掩護式放頂煤液壓支架和ZFG7600/17.5/35H放頂煤過渡液壓支架支護頂板，支架外形尺寸為（包括伸縮梁完全伸展尺寸）：6800mm×1430mm×1700mm和7600mm×1430mm×1750mm。

根據(jù)放頂煤工藝要求，二1-21070（里）采面切眼沿底板托頂煤施工，由于煤層松軟不能采用錨網(wǎng)+錨索支護，切眼支護采用工字鋼（12#）支護，上寬3355mm，下寬4411mm，凈高2684mm。

2 二1-21070（里）采煤工作面位置及地質(zhì)構(gòu)造情況

朝川礦一井二1-21070（里）采煤工作面地質(zhì)構(gòu)造簡單，為南東-北西傾向的單斜構(gòu)造，傾向330°～20°，總體345°，煤層傾角6°～23°。該面煤層厚度變化較大，煤厚1.0m～12m，平均5.8m。無線電波透視分析報告顯示，采面內(nèi)推斷出一煤層傾角變化分界線，分界線以南傾角約20°，以北煤層傾角約4°。采面內(nèi)有一段受單斜構(gòu)造的影響區(qū)域，局部地段易造成破頂回采。該工作面直接頂板以砂質(zhì)泥巖為主，厚度平均5.4m，以砂質(zhì)泥巖為主，厚1.00～1.50m。老頂為中細粒砂巖，厚15.2m。預(yù)計直接頂初次垮落步距3～5m，基本頂初次來壓步距10～30m，基本頂周期來壓步距7～10m。頂板巖性組合特征基本頂級別為Ⅱ級，直接頂類別為Ⅲ類。該工作面煤層直接底板為灰色塊狀泥巖，厚度2.0m左右，老底為砂質(zhì)泥巖，厚度5.50m左右。

3 二1-21070（里）切眼支護設(shè)計參數(shù)

己16-17-21070（里）切眼總長140m，布置在二1煤層內(nèi)，該段巷道地質(zhì)條件復(fù)雜、存在構(gòu)造，頂板松軟、破碎，頂板上覆直接頂板以砂質(zhì)泥巖為主，厚度平均5.4m，局部（東段）以砂質(zhì)泥巖為主，厚1.00～1.50m。直接頂易脫落、難以控制。

根據(jù)放頂煤工藝要求，二1-21070（里）采面切眼需沿底板托煤層施工，由于煤層松軟不能采用錨網(wǎng)+錨索支護，切眼支護采用工字鋼支護。切眼掘進施工上凈寬度為3355mm，與風(fēng)巷貫通后，進行擴切眼。

擴切眼支護采取工字鋼棚+錨索+木垛+點柱等聯(lián)合支護形式，切眼斷面跨度最大處為后出口，凈寬7257mm、凈高2684mm。中間斷面跨度為凈寬6857mm、凈高2684mm。支護材料主要為礦用12#工字鋼、錨索（規(guī)格為Φ17.8mm×8300mm）；整個切眼采用工字鋼棚交叉架設(shè)，棚距為500mm；木垛（規(guī)格：寬度1500mm×長度2400mm）。點柱架設(shè)位置在工字鋼棚梁交接處正中打一排，小斷面切眼側(cè)和擴切眼側(cè)距交錯梁口1500mm位置各打一排。點柱間距每米一根。

4 二1-21070（里）面切眼施工

4.1 施工方法：切眼掘進施工先掘進小斷面切眼，上凈寬度為3355mm，下凈寬度4411mm，巷道高度2684mm，掘進架設(shè)工字鋼棚時，錨索支護必須緊跟迎頭距離不超過2m，錨索采用矩形布置，間排距2000mm，每掘進2m必須及時補打一排錨索。切眼與風(fēng)巷貫通后，在原有工字鋼棚（上凈寬度為3355mm，下凈寬度4411mm，巷道高度2684mm）基礎(chǔ)上，對切眼進一步擴寬，擴寬寬度為4100mm，擴寬后切眼中部凈寬度為7100mm，切眼下端頭段4.5m巷道需擴至7257mm。在擴切眼過程中，擴寬處棚梁交接部位用U型卡連鎖為一體，并在交接部位下邊打設(shè)中柱；兩邊距交接處梁口1500mm位置各打一排點柱（液壓單體支柱），并每隔7m（中見中）在兩棚搭接段架設(shè)一個木垛，頂板破碎時縮小木垛間距為每隔5m（中見中）。切眼上口處煤層厚，采用注水泥漿和打設(shè)8.3m錨索加固。

4.2 支護形式（臨時支護、永久支護）。切眼掘進和擴切眼施工過程中必須采用金屬前探梁作臨時支護，工字鋼棚子對頭交錯架設(shè)，金屬網(wǎng)、川桿護頂護幫，對頂板采用錨索配點柱支護形式進行加固，梁頭交錯處采用專用U型卡子連接，并在兩棚交錯梁中間架設(shè)鉸接梁配單體柱對棚子進行加固。每隔7m在棚子搭接段架設(shè)一個木垛（中見中），無木垛段施工中柱，中柱間距550mm，每十根少打一根以便于行人。錨索間、排距2m，施工時點柱、錨索緊跟迎頭，滯后不得超過3m。

4.3 支護規(guī)格。①切眼初次支護規(guī)格：凈口上寬：3355mm、凈高：2684mm。②切眼二次支護規(guī)格：上下端頭段凈口上寬4257mm、切眼中段凈口上寬度3857mm，凈高2700mm。③擴切眼時工字鋼棚子對頭交錯架設(shè)，搭接長度600mm，擴寬后保證巷道凈寬達到7257mm。凈高2700mm。梁頭交錯處采用專用U型卡子連接，并保證連接牢固可靠。④錨索采用Φ17.8mm，長度8300mm低松弛鋼鉸線，每根錨索外露長度不大于350mm，托盤采用11#礦用工字鋼，長度不小于600mm。錨索間排距2米，矩形布置，打錨索位置：首先上下端頭段靠老塘側(cè)628mm（擴切眼中間段為428mm）錨索與頂板垂線呈15°夾角；其次棚梁交接側(cè)距離梁口1600mm錨索垂直頂板施工，錨索施工必須緊跟迎頭、保質(zhì)保量，錨索必須進入硬巖（穩(wěn)定巖性）0.8m以上的深度，預(yù)應(yīng)漲拉力不小于25MPa，錨固力不小于200kN。⑤木垛架設(shè)采用兩個平行平面的坑木，坑木長分別為1500mm、2400mm；木垛規(guī)格：寬度1500mm×長度2400mm。木垛位置：兩棚交錯梁中間。木垛必須打在實底上，接頂嚴實，不實處使用木楔打嚴打?qū)崳径獗仨氹S掘進及時打好，滯后掘進工作面距離不得超過10m。⑥點柱采用1.2m鉸接梁配2.8m單體液壓柱打設(shè)。點柱位置：棚梁交接處正中一排，小斷面切眼側(cè)和擴切眼側(cè)距交錯梁口1500mm位置各打一排。點柱間距：每米一根，點柱必須打在實底上，并接頂嚴實，不實處使用木楔打嚴打?qū)崳c柱緊跟迎頭，滯后不得超過3m。⑦擴切眼時上下端口工字鋼梁采用特殊加工的工字鋼梁，即2根12#工字鋼梁并到一塊，進行焊接，然后再用Φ10mm的鋼筋1根并一根的焊到12#工字鋼梁上，起加強筋的作用。

4.4 效果檢驗。切眼通過使用以上聯(lián)合支護施工完成后，特別是擴切眼后，巷道寬度達7257mm，不僅在施工上實現(xiàn)安全施工，而且在支護強度、斷面需求、運輸需要等方面都得以保證。并于2012年11月初順利實現(xiàn)回采，在回采、安裝期間對切眼內(nèi)的支護材料75%進行了回收，節(jié)約了可觀的支護費用。該切眼托煤層大斷面支護的成功實施，為頂板破碎松軟或托煤層切眼特大斷面工字鋼支護安全施工提供了經(jīng)驗。

5 結(jié)語

①此種聯(lián)合支護設(shè)計解決了托頂煤工字鋼支護切眼擴大斷面的支護需要，支護強度滿足了需要。②在切眼支架安裝完成后，在工作面開始回采后，切眼內(nèi)67%的支護材料能夠得到回收，大大節(jié)約了支護成本。

存在問題及建議：該工作面切眼支護實施聯(lián)合支護技術(shù)，確保了采面安全安裝、回采。但在回收切眼內(nèi)支護材料時，由于切眼支護材料多、雜，因此工序繁雜。

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