大傾角特厚煤層錯層位布置切眼的施工方案

章之燕，孫守雨

(1.開灤 (集團)有限責任公司唐山礦業分公司，河北唐山063000;2.中國煤炭學會巖石力學專業委員會，北京100013;3.北京天地華泰礦業管理股份有限公司，北京100013)

在大傾角特厚煤層中，綜放工作面巷道的布置形式通常是回風巷沿底運輸巷沿頂布置。因此在施工切眼時，按照一般的施工工序是由運輸巷向回風巷上山施工，這就要在運輸巷開口必須托三角煤，由頂板按設計坡度旋轉托頂煤施工，這樣給切眼的施工和支護工作帶來很多困難，在煤層較軟或層理節理較發育時往往會發生抽冒現象，同層位布置不但掘進工序復雜、進度慢，而且當施工設計方案和支護出現問題有可能造成事故或設計切眼報廢等。

開灤唐山礦Y294綜放工作面巷道根據煤層賦存條件實施了錯層布置，并通過實踐對切眼的施工方案、支護形式、工序等進行了分析總結。

1 Y294工作面地質條件與巷道布置

開灤唐山礦Y294工作面位于岳胥區11水平，煤層沉積較穩定，煤層傾角較大，在27～33°之間，平均32°，厚度9.712m，平均在11.2m左右。煤層硬度較大，資料分析該煤層局部有夾石，厚度1.0～1.8m，巖性為黑色炭質泥巖，煤層的層理節理較為發育。

由于煤層厚度較大，平均傾角在32°，為提高資源采出率，運輸巷采用了沿煤層頂板布置，回風巷沿煤層底板布置形式，切眼由運輸巷沿頂板按設計角度旋轉施工找煤層底板的施工方法，找到煤層底板后沿底板與回風巷貫通。工作面在回風巷采用高位瓦斯抽放鉆孔抽放工作面采空區瓦斯，瓦斯抽放鉆場在回風巷水平掘進至煤層頂板后布置鉆場。工作面巷道及切眼布置如圖1所示。

圖1 工作面巷道及切眼布置

工作面回風巷沿底布置，托煤頂施工，設計采用29U可縮性金屬拱形支架支護;運輸巷沿頂板布置，采用4.5m×2.8m規格的錨網索聯合支護;工作面切眼設計采用全煤錨網索支護，切眼設計斷面為8.0m×2.8m。

2 切眼施工設計

Y294切眼由運輸巷的設計位置開始掘進施工，與運輸巷夾角為90°。采用由頂找底的旋轉施工方法，開口按4.5°上山施工2m，然后按每掘進施工1.5m增加1.5°坡度上山找底，預計施工至28m位置見底，找到底后沿底坡度上山施工，施工設計方案如圖2所示。由于切眼施工斷面較大，寬度為8m，因此設計采用二次施工方案，即第一次施工寬度為4.5m，第二次施工寬度為3.5m，施工高度不小于2.8m，支護采用錨網索聯合支護。

3 切眼施工方法

3.1 施工準備

由于工作面傾斜角度較大，在27～33°之間，當運輸巷采用錨網支護時，其左幫高度可達4.15m左右，這樣從運輸巷施工切眼開口時就必須將煤層托住。因此，先在開口處巷道的左幫距底板3.0m位置緊貼1排鋼帶，寬度與切眼設計寬度相同，配合φ22mm×2400mm右旋等強螺紋鋼錨桿對煤體進行加固，錨桿角度上仰10～15°，在鋼帶下方緊貼鋼帶平行布置4根錨索，錨索φ17.8mm×6500mm，錨索上仰60～80°。施工準備支護布置見圖3。

圖3 施工準備支護布置

3.2 開口施工

在做好開口準備的基礎上，按照以下作業與支護方式分段施工:

(1)開口0～5m范圍內 以風鎬配合手鎬施工為主，先在頂部擴刷出300～400mm，打上“W”鋼帶+錨網支護，完成上頂支護后再處理下部煤體，上頂錨網支護排距為300～400mm，眼距700mm，以此方法施工5m。當施工過程中遇下方煤體較硬，手鎬、風鎬施工困難時，配合放震動炮輔助施工，但在距上頂1m范圍不得放炮，放炮眼數不超過10個，每眼裝藥量不超過150g，炮眼間距400～600mm，眼深0.6～0.7m。每施工完4排錨網支護后及時對上頂采用錨索進行加固支護，錨索采用φ17.8mm×6500mm，開口施工支護布置如圖4所示。

(2)5～15m范圍內 上頂繼續采用風鎬配合手鎬施工為主，距上頂1.0m范圍不準放炮。1.0m以下可布置放振動炮配合，炮眼可布置15個，每眼裝藥量不超過200g，炮眼間距400～600mm，眼深0.7～0.8m，錨網支護排距400～500mm，眼距700mm，錨索按設計隨施工隨加打，不得空班，錨索采用φ17.8mm×12000mm。施工支護布置見圖4。

圖4 開口施工支護布置

(3)15～30m范圍內 錨網支護排距為500～600mm，眼距 700mm，錨索采用 φ17.8mm×12000mm，該范圍可按設計炮眼布置和裝藥量進行正常放炮施工。當施工15m范圍以后錨索距迎頭距離不得超過10m，如遇地質變化、上頂破碎時，錨索緊跟迎頭，隨掘隨打，并適當加密錨索。施工支護布置見圖5所示。

圖5 15～30m施工支護布置

(4)30m以后 錨網支護排距為600mm，眼距700mm，錨索采用φ17.8mm×12000mm，該范圍可按設計炮眼布置和裝藥量進行正常放炮施工。施工支護如圖6所示。

圖6 30m以后支護布置

3.3 施工錨網索技術要求

頂錨桿采用φ22mm×2400mm右旋等強螺紋鋼錨桿，每眼3個 CK2333型樹脂藥包或1個CK2333與1個K2350型樹脂藥包搭配使用，上頂使用2塊2.3m“W”型鋼帶對接1個眼孔，托盤為高強度預應力托盤，頂網采用1.0m×5.0m的12號鉛絲編制的菱形網。頂錨桿垂直頂板布置，偏差≤5°，每排兩側的頂錨桿與頂板法線方向向巷幫側傾斜20～30°。兩側的頂錨桿距巷幫超過200mm時，補打單根頂錨桿，托盤使用高強度預應力托板加木墊，頂錨桿預緊力矩達到100N·m以上。

工作面側最上一排幫錨桿采用 φ20mm×2200mm等強右旋螺紋鋼錨桿，托盤為高強度預應力圓托盤配合200mm×200mm×40mm的木墊使用;第二排向下采用φ20mm×2000mm的玻璃鋼錨桿，托板采用配套塑料托板，直徑120mm，厚8～12mm，配合200mm×200mm×40mm的木墊使用，采空區側幫錨桿采用φ20mm×2200mm等強右旋螺紋鋼錨桿，托盤為高強度預應力圓托盤配合200mm×200mm×40mm的木墊使用;每眼使用2個CK2333型樹脂藥包或1個K2350型樹脂藥包;幫網采用2800mm×1700mm的12號鉛絲菱形金屬網。施工幫錨桿前，要用手鎬將巷幫刷平刷齊，金屬網要鋪平繃緊。每幫幫錨桿均采用“五花眼”布置，間距0.6m，排距0.8～1.0m，最上一排距頂板不大于300mm，最下一排距底板不大于500mm，幫錨桿預緊力矩達到60N·m以上。

錨索補強要求:0～5m范圍采用φ17.8 mm×6500mm的錨索，并要當班打;5m以后采用φ17.8 mm×12000mm的錨索，每個錨索眼使用2個CK2333型與2個K2350型樹脂錨固劑搭配使用錨固，錨索托梁采用長度≥800mm的25U型支撐鋼配高強度預應力托盤。張拉預緊力要求達到100kN以上。

4 施工成果分析

上述切眼施工和支護方法較為復雜，但達到了施工設計和安裝條件的目的，因此，對類似工程施工有一定的借鑒作用。

(1)通過細致的施工設計和組織，完成了Y294工作面下部切眼的旋轉施工，實現了工作面巷道的錯層位布置，在生產過程中減緩了工作面支架的下滑，為安全高效生產奠定了基礎。

(2)在大傾角煤層條件下，由于切眼是由頂找底按一定的旋轉角度施工，在施工過程中，必須每隔2～5m要探頂煤和底板情況，及時掌握頂底煤的厚度，防止在旋轉施工過程中出現找不見底的問題，達不到設計要求。

(3)在旋轉施工過程中，由于設計是每施工1.5m變換1次角度，角度變換為1.5°，在現場施工中很難掌握。因此，在施工過程中測量工必須跟班測量，指導現場施工。

(4)在煤層較軟，層理節理發育的煤層中施工時，由于在運輸巷開口施工是由頂板穿煤層施工，如果采取的施工方案不對，上頂的煤層很難托住，尤其是開口位置的三角煤就更難托住，必須根據實際確定支護方案。

(5)工作面切眼采用旋轉錨網索支護后，切眼內礦山壓力無明顯顯現，圍巖變形量不大，頂板變形量最大不超過4mm。在頂煤支護后基本處于穩定狀態。

5 結束語

隨著煤礦開采技術的不斷提升，進行大傾角錯層位巷道布置綜采放頂煤工作面開切眼施工方法的研究，不僅有利于提高大傾角綜采放頂煤工作面巷道布置形式的開切眼施工技術水平，而且對于推動綜采放頂煤開采技術的發展和提高采出率有著積極作用和意義。

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