復(fù)合頂板工作面切眼一次成巷圍巖的控制技術(shù)

樊永東

摘 要：為解決復(fù)合頂板工作面切眼一次成巷面臨的圍巖控制難題，通過分析圍巖變形特征，確定采用錨網(wǎng)（索）+托梁聯(lián)合支護(hù)的形式，并加以施工戴帽單體液壓支柱輔助支護(hù)的支護(hù)形式，通過對后期的觀測結(jié)果分析可知：該支護(hù)方案能夠?qū)Υ罂缍惹醒蹏鷰r變形起到良好的控制效果，減少巷道掘進(jìn)量的同時，緩解接續(xù)的緊張狀況。

關(guān)鍵詞：切眼；復(fù)合頂板；錨網(wǎng)索支護(hù)

切眼是煤礦采煤工作面相關(guān)設(shè)備安裝并開始回采的場所，其支護(hù)的安全穩(wěn)定性對于工作面設(shè)備安裝與順利回采起著至關(guān)重要的作用。戊9-10-22040采面是平煤股份十一礦第一個接近300m綜合機(jī)械化的工作面，設(shè)計采長達(dá)到280m。該礦對如此大埋深戊組復(fù)合頂板條件下綜采工作面開切眼一次成巷圍巖控制及快速施工技術(shù)的掌握還處于落后水準(zhǔn)。為了解決這些支護(hù)及施工難題，對戊組復(fù)合頂板條件下綜采工作面開切眼一次成巷圍巖控制及快速施工技術(shù)的研究具有重要意義。

工作面的概況

戊9-10-22040切眼煤層直接頂為3.7m左右的泥巖或砂質(zhì)泥巖，基本頂為5.2m左右的細(xì)粒砂巖，存在一層砂質(zhì)泥巖夾層。煤層直接底為3.4m的泥巖或砂質(zhì)泥巖，遇水膨脹；基本底為7.8m左右的砂質(zhì)泥巖或細(xì)粒砂巖。開切眼煤層為北東傾向的單斜構(gòu)造，煤層傾角2～23°，平均為7°。戊9煤厚0.10～1.20m，平均0.55m；夾矸厚度0.15～5.50m，一般1.19m；戊10煤厚1.50～3.10m，平均2m。

支護(hù)形式的確定

金屬支架等傳統(tǒng)被動支護(hù)形式不僅存在著施工困難、支護(hù)材料消耗量大，降低切眼斷面利用率的弊端，而且隨著切眼跨度不斷加大、圍巖穩(wěn)定性逐漸變差，不能對切眼進(jìn)行有效支護(hù)，難以滿足對切眼圍巖變形控制較高的要求。基于對戊組復(fù)合頂板綜采工作面開切眼圍巖變形破壞特征的分析，平煤股份十一礦戊9-10-22040切眼在掘進(jìn)過程中，隨著圍巖由三向應(yīng)力狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槎驊?yīng)力狀態(tài)，局部頂板極易松散垮落，因此須采用積極主動的支護(hù)形式，使頂板盡快恢復(fù)到三向受力狀態(tài)，提高圍巖的自身承載能力，遏制圍巖破壞向深部轉(zhuǎn)移。由于戊9-10-22040切眼一次施工成巷跨度達(dá)到6.5m，切眼頂板支護(hù)形式錨桿終端應(yīng)控制在2～3.7m范圍內(nèi)，長短錨索分別控制在切眼頂板上方3.7～5m及5.5～9m范圍內(nèi)，托梁緊貼切眼頂板自由面。戴帽單體柱控制在切眼中部圍巖應(yīng)力損失嚴(yán)重區(qū)域內(nèi)。最終確定平煤股份十一礦戊9-10-22040切眼采用錨網(wǎng)（索）+托梁聯(lián)合支護(hù)形式，并加以施工戴帽單體液壓支柱輔助支護(hù)。切眼最終支護(hù)方案如下所示：第一，頂板錨桿采用Φ22×2600mm的高強(qiáng)讓壓錨桿，間排距800×800mm；第二，老塘幫錨桿采用Φ22×2600㎜高強(qiáng)錨桿，間排距800×800mm；采面幫錨桿采用Φ18×2000㎜玻璃鋼錨桿，間排距800×800mm；第三，頂板錨索規(guī)格采用19絲Φ21.8×7500mm和Φ21.8×4500mm的錨索交叉循環(huán)布置，間排距1600×800mm，配錨索托梁支護(hù)；第四，錨固劑選擇：頂、幫錨桿均選用1根MSK2635（藍(lán)色）和1根MSZ2635（白色）的樹脂錨固劑 ，錨索選用2根MSK2635（藍(lán)色）和3根MSZ2635（白色）的樹脂錨固劑；第五，托盤：錨桿托盤采用熱軋鋼板沖壓成型的蝶形托盤，規(guī)格為Φ150×10mm。錨索托梁采用36U型鋼加工而成，長度1900mm，眼間距1600mm。第六，網(wǎng)規(guī)格：頂網(wǎng)采用2塊2400mm×900mm鋼笆網(wǎng) ，西幫采用1塊3000mm×900mm鋼笆網(wǎng)。鋼笆網(wǎng)線徑4.0mm，網(wǎng)孔規(guī)格40×40mm。大埋深大跨度切眼支護(hù)斷面如圖1所示。根據(jù)地質(zhì)柱狀圖及施工現(xiàn)場實(shí)探頂板巖性，采用4500mm錨索和7500mm錨索交叉循環(huán)布置，從而提高錨索抗壓能力，加固巖層，提高巖層的整體抗壓能力。

巷道變形觀測

平煤股份十一礦戊9-10-22040大跨度切眼掘進(jìn)長度280m，寬6.5m，采用一次成巷技術(shù)掘進(jìn)。在設(shè)定的圍巖變形各觀測站，沿豎直方向在頂板中施工鉆孔，鉆孔深度6 m，將多點(diǎn)位移計3個測點(diǎn)分別設(shè)置在距頂板表面2 m、4 m、6 m處，并將尺桿固定在頂板表面，測站設(shè)置一周內(nèi)每天測量1次，測站設(shè)置2周內(nèi)每7天測量1次，當(dāng)切眼回刷擴(kuò)幫掘進(jìn)面臨近測點(diǎn)時，每天測量1次，其后每7天測量1次至變形穩(wěn)定。頂板2～6m下沉量曲線圖如圖2所示。由圖2可知：頂板2～6 m范圍內(nèi)最大下沉量為82mm，最小下沉量為40 mm；頂板4～6m范圍內(nèi)最大下沉量為34mm，最小下沉量為28mm。通過觀測可知，頂板下沉量較小，說明該支護(hù)方案能夠?qū)ζ矫汗煞菔坏V戊9-10-22040工作面6.5m寬大跨度切眼圍巖的變形起到良好的控制效果。

經(jīng)濟(jì)效益分析

節(jié)約投入及產(chǎn)量的創(chuàng)收

戊9-10-22040綜采工作面開切眼一次成巷在采用錨桿（網(wǎng)）、長短錨索配U支托梁聯(lián)合支護(hù)技術(shù)后，支護(hù)狀態(tài)良好，滿足了采面安裝和回采需求，達(dá)到了預(yù)期的目的。

節(jié)約投入費(fèi)用

與傳統(tǒng)的爆破二次擴(kuò)切眼相比，節(jié)約擴(kuò)切眼長度280m，縮短工期30天。

施工單價：節(jié)約280m二次擴(kuò)幫材料投入3800元/m，節(jié)約材料費(fèi)280米×3800元=1064000元=106.4萬元。

工資費(fèi)用：縮短工期1個月，施工人員100人，人均月工資6000元，節(jié)約工資投入100人×1個月×6000元=600000元=60萬元。

材料費(fèi)用：采用錨桿（網(wǎng)）、長短錨索配U支托梁聯(lián)合支護(hù)技術(shù)，減少木垛29個，每個木垛材料費(fèi)800元，29×800元=23200元=2.32萬元；3m長12#工字鋼190根，每根12#工字鋼2000元，190×2000=380000元=38萬元；2.8m長單體液壓支柱560根，每根單體支柱1500元，560×1500=840000元=84萬元；節(jié)約額外材料投入共計：2.32+38+84=124.32萬元。

產(chǎn)量增收效益

戊9-10-22040切眼采用一次成巷施工方法與傳統(tǒng)爆破擴(kuò)幫相比，提前一個月出煤，每月產(chǎn)量8萬t，戊組煤每噸利潤80元/t，年增加效益80×1個月×60000t=4800000元=480萬元。

結(jié)語

第一，為提高圍巖的自身承載能力，遏制圍巖破壞向深部轉(zhuǎn)移，戊9-10-22040切眼采用錨網(wǎng)（索）+托梁聯(lián)合支護(hù)形式，并加以施工戴帽單體液壓支柱輔助支護(hù)。通過觀測可知：支護(hù)方案能夠?qū)ζ矫汗煞菔坏V戊9-10-22040工作面6.5m寬大跨度切眼圍巖變形起到良好的控制作用。

第二，與相鄰已采戊9-10-22040工作面相比，戊9-10-22040工作面一次成巷，減少了1次爆破擴(kuò)幫作業(yè)。減少巷道掘進(jìn)量，緩解了接續(xù)的緊張狀況，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益770.72萬元。生產(chǎn)成本顯著降低。

（作者單位：平頂山煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司）