綜放面大斷面切眼支護技術研究

關海澤

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綜放面大斷面切眼支護技術研究

關海澤

摘要本文以某煤礦81307綜放面切眼為研究對象，分析了該切眼施工中存在的難點及問題。同時，提出了“螺紋鋼錨桿＋鋼筋骨架網＋錨索”聯合支護的控制對策，并制定了其具體支護參數和措施。井下對81307綜放面切眼支護試驗結果表明，該支護系統對厚煤層大斷面切眼的控制效果顯著，增強了切眼服務期間的穩定性，為該礦類似條件切眼支護提供了技術依據。

關鍵詞大斷面切眼，裂隙發育，支護參數

1　引言

近些年來，隨著高產高效綜放面的大范圍推廣、大型綜合機械化采煤設備的研發應用及滿足運輸、通風和行人等安全生產需要[1-2]，要求切眼巷道的跨度和高度與現有的采煤技術相適應，因此大斷面切眼孕育而生，切眼尺寸由原來的4 m～6 m增至7 m～10 m。本文以某煤礦81307綜放面切眼為研究對象，結合現場實際生產地質條件，分析該切眼在施工中存在的難點及問題，并制定支護方案及具體支護參數和措施，有效地解決該類切眼的支護難題。

2　81307綜放面切眼工程概況

81307綜放面位于81306工作面以西，二號輔運大巷以南，井田邊界以北，其西面為未采動實體煤。81307綜放面所掘切眼長度為240 m，調車硐室共三個（每個12 m），設計掘進工程總量為516 m，開切眼時沿底板掘進，切眼沿煤層傾向布置，因掘進切眼的斷面較大，故采用二次成巷工藝，設計巷寬8.8 m，先掘進5.2 m，后整個切眼擴幫3.6 m。

切眼位于煤層底板巷水平標高651 m～677 m，所掘煤層為二疊紀煤層，煤層傾角為5°左右。老頂為深灰色砂質泥巖；直接頂為灰白色粗粒砂巖，主要礦物成分為石英、長石；直接底為灰至深灰色砂質泥巖，塊狀層理；老底為灰白色粗粒砂巖，81307綜放面巖性柱狀圖見圖1。掘進段頂板裂隙極發育，導水性較好，最大涌水量20 m3/h。

圖1 81307綜放面巖性柱狀圖

3　大跨度切眼圍巖破壞特征

（1）拉裂破壞

若單一頂板或復合層狀頂板強度不高，在水平和垂直地應力的作用下，巷道頂部拉應力容易出現，當超過頂板巖層拉應力的極限強度時，自下而上出現拉伸破壞，單一巖層頂板形成一個形態較為規則的冒落拱，復合層狀頂板形成一個形態較為特殊的平衡拱。

（2）剪切破壞

矩形巷道開挖后，頂板與巷道兩幫尖角區域會出現比較嚴重的切向應力集中現象。頂板巖層為裂隙發育的傾斜狀巖體時，切向壓應力易促使其破碎為層狀巖塊沿裂隙面發生剪切滑動；但頂板巖層節理不發育或無節理時，破碎巖塊間產生擠壓作用而相互錯動，引起卸載破壞，并易在自重作用下失穩冒落。巷道兩幫處于頂板支承壓力及水平地應力共同影響的應力場中，其結構破壞特征與兩幫巖性密切相關。

（3）復合破壞

考慮到巷道處于復雜的工程地質壞境，其斷面形狀往往各不相同，施工方法也各自相異，不可避免地在施工過程中產生不同程度的對巷道圍巖應力狀態產生影響的人為擾動；同時，因為現場施工條件及水平的約束限制，不可能對圍巖初期變形進行有效及時地支護。因此，巷道圍巖的剪切與拉裂復合破壞現象在實際中時有發生。

4　81307切眼圍巖控制難點

通過對81307綜放面開切眼現場調研和分析，其圍巖控制難點有如下：

1）本區屬8-1#與8-2#煤層復合區，煤層結構復雜，煤層厚度變化大，切眼地段可采厚度為5.72 m，層位對比困難，必須按規定層位掘進，同時在掘進過程中必須探頂底煤厚度，隨時掌握層位變化，以確定掘進層位。

2）切眼局部地段頂板巖性為薄層狀含礫粗砂巖，強度低，穩定性差。此區段頂板裂隙發育，易垮落，維護難度大。同時切眼區段頂板，富水、導水性較好，掘進過程中對探掘結合工藝要求很高。

3）切眼斷面尺寸較大。與小斷面切眼相比，大斷面切眼圍巖穩定性對頂板兩幫煤巖體物理力學特性、掘進時采動影響、地應力場變化等多個因素更加敏感。對采用支護形式及強度要求比較高，任意單一、多個因素的改變都會對切眼圍巖穩定性影響嚴重，可能導致頂板劇烈下沉，甚至發生大面積冒頂、片幫的事故。

4）煤層底板標高最低651 m，低于奧灰水位188 m左右，若遇到大的斷裂構造（斷層）將會形成導水通道會發生涌水，掘進過程中必須嚴格執行先探后掘的原則，同時加大排水設施。

5　81307切眼支護方案及參數

依據厚煤層大斷面81307切眼圍巖控制的難點，運用FLAC3D數值模擬軟件，并結合具體的現場工程地質條件，提出了“螺紋鋼錨桿＋鋼筋骨架網＋錨索”聯合支護的控制對策，同時對81307綜放面切眼的錨桿（索）間排距、直徑及長度等支護參數進行了設計[3-4]，見圖2。

圖2 81307綜放面切眼支護參數圖

頂板錨桿采用Φ20 mm×2 200 mm螺紋鋼高預應力錨桿，擴幫前頂網使用4 900 mm×1 200 mm鋼筋骨架網，擴幫時選用4 700 mm×1 200 mm鋼筋骨架網。頂錨桿每排4根，排距1 m，從正幫側到切眼臨時副幫，間距分別為0.3 m、1.4 m、1.5 m、1.4 m和0.6 m；擴幫后頂錨桿每排8根，從正幫到副幫間距分別為0.3 m、1.4 m、1.5 m、1.2 m、0.2 m、1.0 m、1.5 m、1.4 m和0.3 m。頂板錨索采用Φ22 mm×8 000 mm高強度預應力鋼絞線，成排布置，擴幫前每排3根，排距為1.0m，從正幫側到臨時副幫側間距分別為0.6 m、1.4 m、1.6 m和1.6 m；擴幫后每排共6根，間距分別為0.6 m、1.4 m、1.6 m、1.6 m、1.6 m、1.4 m和0.6 m。

81307切眼正幫使用Φ20 mm×2 000 mm螺紋鋼錨桿和2 800 mm×1 200 mm鉛絲網支護，錨桿間排距為0.9 m×1.0 m。切眼臨時副幫使用Φ18 mm×2 000 mm的玻璃鋼錨桿和3 600 mm×2 200 mm塑料網支護，切眼臨時副幫錨桿間排距為1.25 m×1.0 m，擴幫后與正幫方式支護相同。

81307切眼支護順序如下：81307切眼臨時副幫，采用“三排矩形”布置方式，即在掘進過程用掘錨機自身側鉆打第二排幫錨桿，用煤電鉆打第一排幫錨桿，檢修幫用煤電鉆支護第三排，上面兩排幫錨桿必須支護到工作面正頭3 m處；81307切眼副幫采用“四排矩形”布置方式，在條件好的情況下，掘進過程用掘錨機自身側鉆打第二排幫錨桿，用煤電鉆打第一排幫錨桿，檢修班支護第三、四排，上面兩排幫錨桿必須支護到工作面正頭3 m處，在片幫嚴重時，生產班將支護第三排并及時掛網、鏈網到掘錨機尾處。檢修班支護第四排。檢修班用煤電鉆補打幫錨桿并加密連網，并且一定要補全到掘錨機尾處，沒有補全的幫錨桿由生產班繼續補全，不補全不得生產。

6　現場支護效果監測及分析

為了掌握該礦81307綜放面開切眼圍巖活動規律及支護效果，在掘進過程中設置測站，對頂板下沉量、兩幫移近量等狀況進行觀測。觀測結果表明：切眼巷道開掘初期，圍巖表面位移收斂速率較大，煤頂在三十天后趨于穩定，頂板移近量達182 mm，兩幫在兩天位移量達154 mm，總體變形量均控制在允許的安全范圍之內。在整個81307切眼維護期間，未發生諸如錨桿索破斷、鋼帶撕裂及支護結構大面積失效的現象。這表明采用“螺紋鋼錨桿＋鋼筋骨架網＋錨索”聯合支護的控制方案對81307綜放面切眼的控制有良好的效果。

7　結語

本文通過對81307切眼具體生產地質情況的調研，分析該切眼圍巖控制難點，提出相應的支護方案及參數，巷道支護效果滿足要求，為類似條件下礦井大斷面切巷支護提供了技術依據。

參考文獻

[1]何富連，栗建平，蔣紅軍等.特大斷面厚煤頂開切眼復合桁架錨索圍巖控制技術[J].中國礦業，2012，27（8）: 82-85.

[2]謝生榮，何富連，張守寶等.大斷面復合泥巖頂板切眼桁架錨索組合支護技術[J].中國礦業，2008，17（9）: 90-92.

[3]張茂林，龐東林，于德成等.綜放大斷面切眼錨桿參數的研究與應用[J].采礦與安全工程學報，2008，25（1）:133-118.

[4]陸士良.錨桿錨固力與錨固技術［M］.北京:煤炭工業出版社，1998：37-41.

關海澤，男，1990年10月出生，山西大同人，現在同煤浙能麻家梁煤業有限責任公司工作，助理工程師。

Study on Big Section Cut Hole Technology of Fully-mechanized Face

Guan Haize

Abstract：In this paper，the cut hole of a coal mine 81307 fully-mechanized face as the research object，the difficul?ties and problems during the construction of the cut hole are analyzed.At the same time，“screw-thread steel bolt+steel skeleton network+anchor cable”combined supporting control countermeasures are proposed，and the concrete supporting parameters and measures are given. The result shows that the supporting system has the remarkable effect for big section cut hole of thick coal seam，the stability of cut hole during the period of service is improved，it provides the technical ba?sis for the cut hole supporting with the similar conditions.

Keywords：big section cut hole；fracture development；supporting parameter

收稿日期：2016-01-25

作者簡介

中圖分類號TD353+.6

文獻標識碼B

文章編號1000-4866（2016）02-0017-03