大斷面切眼頂板分區控制技術

張 瑞

(大同煤礦集團馬道頭煤業有限責任公司，山西大同037100)

1 工程地質概況

礦井批準開采3-15#煤層，生產規模為150×104t/a。井田面積為8.426km2，

目前正在掘進六采區大斷面工作面切眼，根據礦井提供的地質資料顯示大斷面切眼巷道左側曾經受過臨近工作面的采動影響，切眼頂底板巖性軟弱，在巷道掘進過程中不會遇到很大的地質構造帶，在大斷面工作面切眼掘進過程中會遇到，K10-8砂巖含水層。該巷道掘進后受到上覆巖層礦山壓力影響，K10-8砂巖含水層富水區將通過有效裂隙滲入工作面，正常涌水量預計2m3/h，最大涌水量預計為5m3/h[1]。

六采區工作面切眼斷面為矩形，巷道毛寬7m，毛高2.7m，巷道斷面積18.9m2屬于大斷面巷道，工作面沿3#煤層頂板掘進，大斷面工作面切眼頂板巖性多為泥巖，巖性軟弱。原采用錨桿錨索聯合支護。由于工作面斷面大且左側受臨近工作面采動影響，給巷道掘進帶來困難，工人施工進度緩慢，在掘進初期巷道頂板和兩幫變形嚴重，威脅礦井安全生產。

2 大斷面切眼圍巖變形破壞情況分析

礦井大斷面切眼在掘進后20d內，頂板出現明顯下沉，巷道圍巖變形破壞嚴重，威脅礦井安全生產。根據井下對現場進行實地考察和跟現場工作技術人員溝通，現對大斷面切眼圍巖變形破壞情況分析如下：

（1）大斷面切眼頂板破壞情況：在大斷面切眼掘進后20d內，頂板出現明顯下沉，由于巷道斷面過大，有些地方下沉量最大可達到600mm，威脅礦井安全生產帶來隱患。巷道頂板部分錨桿已經出現托盤被擠壓變形情況。

（2）大斷面切眼兩幫破壞情況；在大斷面切眼掘進后20d內，兩幫變形相對頂板變形量要小也達到500mm，大斷面切眼左幫變形量明顯大于右幫，根據現場工人反映由于左邊受過采動影響，所以變形比較明顯，應該加強支護。

3 大斷面切眼頂板分區支護參數

大斷面開切眼采用矩形巷道布置，巷道毛寬7000mm，毛高2700mm，巷道斷面積18.9m2。如圖1所示。

大斷面開切眼一切眼和二切眼頂板共打8根錨桿，其中掘進時一切眼頂板錨桿間排距為900mm，在大斷面切眼中線采用單體液壓支柱加強支護。掘進時二切眼頂板錨桿間排距為950mm；在掘進過程中一切眼和二切眼兩幫高相同，斷面左幫和右幫各打3根錨桿，掘進時一切眼和二切眼兩幫錨桿排距和間距相同為1000mm。具體的支護參數如下所述。

3.1 一切眼頂板和兩幫支護參數

（1）頂板錨桿：大斷面開切眼在掘進一切眼過程中使用規格為?20mm×2000mm的左旋螺紋鋼高強錨桿，匹配型號為120mm×120mm×10mm高強螺母與高強拱形托盤。錨桿機打鉆孔時?28mm。放置樹脂藥卷K2335與Z2360各1支。巷道頂部錨桿間用梯子梁和金屬網進行輔助支護，頂板梯子梁使用?14mm的鋼筋加工而成，長度為4000mm。搭配金屬網防止矸石墜落，金屬網規格為4000mm×1100mm的菱形網。金屬網之間用鐵絲進行連接。切眼頂板錨桿預緊力矩要大于300N·m。頂板錨桿設計錨固力大于100kN[2]。

（2）頂板錨索：采用?17.8mm，長7.3m的1×7股的高強錨索，一切眼錨索間距為1500mm，與錨桿交錯布置，錨索一排布置2根，排距2.0m。放置樹脂藥卷1支K2335與2支Z2360進行錨固。切眼斷面錨索托盤規格為300mm×300mm×12mm的高強球型托盤，錨索施工時預緊力應不小于200kN。當遇到破碎地段時候，兩根錨索之間應用鋼槽連接為整體，才能更好發揮錨索作用。

（3）兩幫錨桿：為了方便采煤機割煤錨桿規格內側型號為?20mm×2000mm玻璃鋼高強錨桿，配套托盤和螺母。配150mm×150mm×10mm高強拱形托盤和高強螺母。鉆孔直徑不大于28mm，放置樹脂藥卷K2335與Z2360各1支。螺紋鋼錨桿預緊力矩不低于300N·m，玻璃鋼錨桿預緊力矩不小于60N·m。錨桿錨固力要大于80kN[3]。

3.2 二切眼頂板和兩幫支護參數

（1）頂板錨桿：大斷面開切眼在掘進二切眼過程中使用規格為?20mm×2000mm的左旋螺紋鋼高強錨桿，匹配型號為120mm×120mm×10mm高強螺母與高強拱形托盤。錨桿機打鉆孔時?28mm。放置樹脂藥卷K2335與Z2360各1支。巷道頂部錨桿間用梯子梁和金屬網進行輔助支護，頂板梯子梁使用?14mm～?16mm的鋼筋加工而成，長度為3100mm。搭配金屬網防止矸石墜落，金屬網規格為3100mm×1100mm的菱形網。金屬網之間用鐵絲進行連接。二切眼頂板錨桿預緊力矩要大于300N·m，且不能大于500N·m。

（2）頂板錨索：采用?17.8mm，長7.3m的1×7股的高強錨索，錨索的有效長度為7.1m左右，錨索間距1500mm，與錨桿交錯布置，錨索一排布置1根，距離巷道中部1500mm，與錨桿交錯布置，排距2000mm，放置樹脂藥卷1支K2335與2支Z2360進行錨固。二切眼頂板錨索托盤匹配300mm×300mm×12mm的高強球型托盤，錨索施工時預緊力應不小于200kN。錨索張拉后要對錨桿進行二次緊固[4]。

（3）外幫錨桿形式和規格：為了割煤方便使用高強玻璃鋼錨桿，規格為?20mm×2000mm；錨桿托盤采用尺寸不小于150mm×150mm的配套托盤；加長樹脂錨固，鉆孔直徑不大于28mm[5]，錨固劑規格為K2335和Z2360各一卷。

圖1 大斷面切眼分區控制錨桿、錨索布置（單位：mm）

4 監測結果及分析

為了檢驗大斷面切眼支護效果，在大斷面切眼往里50m布置測站。巷道表面位移觀測結果如圖2所示，在支護監測前期巷道頂底板和兩幫移近量呈逐漸增長趨勢，頂底板變形量最大可達到160mm，兩幫變形量最大可達165mm，圍巖變形量都在一個月左右趨于穩定。根據監測結果可知：對大斷面切眼頂板采用分區控制技術，即通過單體支護作為臨時支護，和巷內錨桿錨索聯合支護效果明顯。巷道頂板和兩幫圍巖變形量小，大斷面切眼頂板得到了有效控制。保證了礦井大斷面切眼掘進支護安全，為類似條件礦井提供了技術參考。

圖2 巷道表面位移觀測結果