大斷面開切眼錨網索支護技術實踐

喬 穎

（1.太原理工大學，山西 太原030024；2.山西高平科興牛山煤業有限公司，山西 晉城048400）

山西牛山煤礦綜采工作面大斷面開切眼均采用工字鋼棚架支護，屬于被動式支護，在切眼掘進和巷道安裝過程中經常出現工字鋼棚傾斜、歪倒、變形現象，給現場管理和施工作業帶來較多問題。同時，在采用工字鋼棚支護切眼時，不僅要多次對歪斜、變形的工字鋼棚進行維護，同時在安裝支架后還需要對工字鋼進行回收，這樣需要消耗大量的時間和勞動力〔1～3〕。近年來，隨著錨桿、錨索支護技術的不斷發展，很多綜采工作面開切眼已經采用錨網索支護方式，其主要優點是可以利用錨桿、錨索的懸吊作用、組合拱作用來促使開切眼頂板形成統一整體，可有效提高開切眼圍巖的穩定性和整體性，進而提高開切眼的安全性〔4～6〕。3031工作面開切眼設計跨度為9m，按照以往支護經驗若采用原來的工字鋼棚支護可以滿足支護要求，但為了提高支護質量、降低支護材料消耗和勞動強度、節約時間，決定借鑒其他礦井大斷面錨網索支護經驗，對3031工作面開切眼實施錨網索支護。

1 工程概況

3031綜采工作面位于礦井西翼采區，北部為正在掘進的3032工作面回風順槽，南部和西部為礦井邊界，東部為采區下山。該工作面所采煤層為山西組3＃煤層，煤層賦存較穩定，煤層厚度為5.8～6.2m，平均為6.0m，煤層傾角為4.5°～8°，平均為6.5°，煤層中上部有一層厚為0.1～0.24m的炭質泥巖夾矸，屬于穩定可采厚煤層。工作面采用“一進兩回”式通風方式，即運輸巷進風，回風巷和瓦斯排放巷回風。3031工作面設計可采走向長度為1362m，傾斜長度為260m，埋深為365～387m；工作面圍巖條件較好，偽頂為厚0.3～0.75m的灰黑色、致密結構較好的砂質泥巖；直接頂為厚6.5～8.4m的灰白色、局部夾有煤屑的細粒砂巖；基本頂為厚18.7～25.4m的灰白色、含石英及長石等礦物質的粗粒砂巖；直接底為厚1.8～3.1m的灰黑色泥巖－砂質泥巖。工作面采用一次采全高進行回采，切眼斷面（寬×高）為9000mm×4800mm，切眼沿工作面底板掘進。

2 切眼斷面和支護參數的確定

根據其他礦井大斷面開切眼錨網索支護經驗，決定將3031綜采工作面開切眼設計成正規矩形斷面，為了保障配套綜采設備的正常安裝，設計開切眼掘進方式為沿底板傾向掘進，斷面規格（寬×高）為9m×4.8m。考慮到3031開切眼斷面過大，一次成巷施工難度較大，且現場管理和支護較困難，決定采用二次成巷的方式進行掘進，即首先沿采空區側掘進寬4.8m的開切眼，然后采用擴巷掘進方式，沿切眼外幫側刷巷4.2m，兩次掘進巷高度均為4.8 m，待開切眼施工完畢后即形成原設計斷面。

2.1 切眼支護參數的確定

由實驗室圍巖力學試驗結果可知，3031工作面頂板圍巖條件較好，適合采用錨網索支護。但考慮到工作面斷面過大，且部分地帶可能存在破碎帶、構造帶等頂板條件較差的局部地帶，可采用工字鋼配合單體液壓支柱或者化學注漿進行加固，開切眼支護斷面見圖1。

圖1 13031綜采工作面開切眼支護示意

（1）頂板支護參數的確定：根據錨桿長度經驗計算公式確定錨桿長度為2.48m，同時結合頂板圍巖條件最終決定選用錨桿型號為Φ20mm×2500mm的左旋無縱筋螺紋錨桿，錨桿配套托盤采用120mm×120mm×8mm的碳鋼托盤，根據大斷面開切眼支護經驗確定錨桿間排距為800mm×800mm；根據圍巖物理特性和開切眼斷面尺寸，決定選用Φ17.8mm×9500mm型號錨索進行支護，錨固長度為1200mm，根據錨索間排距經驗計算公式確定錨索間排距為1600mm×1600mm，錨索托盤采用150mm×150mm×10mm的碳鋼托盤；為了提高頂板支護強度，選用鋼筋焊接而成的4000mm×100mm規格的托梁和由10＃鐵絲焊接而成的網格為100mm×100mm金屬菱形網，配合頂板錨桿和錨索對頂板進行支護；錨桿采用K2335型和Z2360型錨固劑各一卷進行錨固，錨索采用一卷K2335型和兩卷Z2360型錨固劑進行錨固。

（2）兩幫支護參數的確定：借鑒其它礦井支護經驗，決定在開切眼兩幫采用錨桿配合金屬網進行支護；根據錨桿長度經驗計算公式確定所需錨桿長度為1.97m，同時結合煤體力學特征，決定選用Φ18mm×2000mm左旋無縱筋螺紋鋼錨桿對開切眼兩幫進行支護，同時選配網格為100 mm×100mm的由10＃鐵絲焊接成的金屬網進行聯合支護。錨桿錨固劑選型和用量同頂板錨桿支護相同。

（3）補強支護：若在掘進過程中遇到頂板不穩定、破碎帶等頂板異?，F象時，可采用“11＃工字鋼＋單體液壓支柱＋片網”進行補強支護，工字鋼沿掘進方向布置，采用“一梁四柱”進行架設，同時應確保單體液壓支柱壓力不低于90kN。若頂板破碎帶影響范圍較大，可采用馬麗散等化學加固劑對頂板進行加固，待頂板穩定后，方可按照施工工藝進行掘進。

3 施工技術要求

1）在開切眼掘進過程中，盡量減少空頂、空幫的范圍和時間，嚴格按照“邊掘邊支”的支護原則，尤其在擴巷施工時，要首先確保一次掘巷后的支護質量合格，否則應改善原一次支護體系后方可繼續二次掘巷。在進行錨桿、錨索施工時，應合理確定施工作業時間，確保頂板不出現冒、漏現象；同時，錨桿鉆具應滿足設計鉆孔要求，鉆孔間排距應符合設計要求，盡量保證錨桿、錨索受力均衡，從而避免因支護不當造成的巷道頂板應力集中現象。保證開切眼支護質量的前提是錨桿、錨索錨固效果符合要求，即首先將鉆孔和錨桿、錨索的錨固段用水反復沖洗干凈；安裝錨索時采用邊推邊頂的方式進行一次性連續攪拌，同時嚴禁提前捅破錨固劑，等待一定時間后，按照施工設計要求上托梁、托盤、索具等。最后，進行錨桿、錨索抗拔力試驗，符合要求方可組織驗收。

2）在開切眼施工前要組織人員進行專門培訓，使全體工作人員熟練掌握巷道掘進和錨網索支護施工要求和注意事項。每班開工前，需由經驗豐富的老工人進行敲幫問頂，并由專職驗收員對每班的工程進行確認。生產科、開拓科等相關科室，負責開切眼掘進施工和支護施工的指導和監督，每天組織人員對開切眼施工各工序進行巡回檢查，發現問題，及時分析和處理。

4 切眼支護效果分析

3031綜采工作面大斷面開切眼，其掘進和支護難度大，質量要求高。因此，在距離上安全出口210m、130m、50m處各布置兩個測站，運用十字交叉法對巷道收斂情況進行觀測。由觀測結果可知，在距離開切眼掘進迎頭15～27m，切眼變形較明顯，隨著掘進工作的繼續，巷道收斂速度逐漸減小，直至趨于穩定，受掘進影響范圍約為45～50 m；其中兩幫移近量約為130～145mm，頂底板移近量約為75～86mm。由此可知，整體來說開切眼變形量較小，采用錨網索支護方式可以有效控制開切眼變形，不會對支架的正常安裝造成影響。

5 結語

3031綜采工作面大斷面開切眼錨網索支護實踐表明，采用錨網索對開切眼支護是合理的、可行的，能夠把被動式的支護轉變為主動性支護，提高了開切眼支護效果和支護強度，達到 了預期效果，為工作面快速安裝和提前投產奠定了基礎。

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〔2〕吳添泉.大跨度切眼錨網索支護研究〔J〕.巖土力學，2004，25（增刊）：141－143.

〔3〕孫 亮，王景義.破碎復合頂板大跨度切眼聯合支護技術〔J〕.煤炭技術，2008，27（12）：143－144.

〔4〕劉永杰，馮秀強，劉洪超.趙固一礦大跨度綜采工作面切眼支護技術研究〔J〕.中州煤炭，2009，（12）：13－14.

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