綜采面切眼大斷面施工技術分析

呂 文

(山西省煤炭建設監理有限公司，山西 太原 030012)

隨著我國社會經濟的飛速發展，對于能源的需求量也不斷增加。煤炭作為我國主要的傳統能源形式，其開采規模也相應得到擴大，與此同時，煤炭開采過程中各種復雜情況也隨之出現。近年來，隨著礦井綜合開采無論是技術還是設備等方面的進步，促使綜采能力和效率均得到有效提高。為了適應具體的綜采需要，開采設備的外形尺寸也得到一定擴展，這就要求綜采面的切眼斷面隨之增大。綜采面切眼大斷面的增大會引起一系列變化，具體包括礦井內部巷道的跨度進一步變大，這也就對礦井內的支護技術提出了更高要求。綜采面切眼大斷面的支護技術和建設如果不達標，將嚴重影響到礦井整體的穩定性，進而威脅到工作人員的生命安全?；诖?，要結合礦井實際情況做好綜采面切眼大斷面的施工技術以及支護技術，確保礦井內部穩定性和工作人員生命安全[1-2]。

以西北某省份一大型國有煤業企業的綜采面切眼大斷面施工情況為具體案例，分析在具體開采過程中相關技術的應用及其效果。該煤業企業擁有兩個生產礦井，分別是1號煤礦和2號煤礦。兩個礦井在生產環境、生產產量、生產工藝等方面均存在一定差異。其中，1號煤礦目前的生產能力達到500萬t/d，其特點是內部含有大量瓦斯，屬于高瓦斯礦井。2號煤礦是整個企業最主要的采煤層，經過實地勘察發現，2號煤礦的采煤層為中度到厚度煤層，這說明2號煤礦內含有大量優質煤炭資源。進一步的勘察結果顯示，2號煤礦的頂部以各種巖石為主，具體來講，主要包括各種沙質泥巖和泥巖。這些巖石的厚度存在一定差異，但是均在4 m～6 m。巖石層中含有一定水分，基于巖石性質這些頂層容易發生風化破碎。在具體的開采過程中，首先一般需要按照預定路線進行巷道掘進，在實施巷道掘進時，這些頂層巖石容易發生脫落，因此存在一定的生產安全隱患。頂層巖石之上為粉砂巖、細砂巖以及泥巖，而且這些巖石存在互相浸潤的情況，其厚度達到10 m～20 m。煤礦內部直接底板主要是各種泥巖、沙質泥、碳質泥等，多呈現為灰色以及灰黑色，其厚度不均，一般在2 m～6 m。這些巖石自身性質比較松軟，尤其是當水分浸潤以后，很容易發生嚴重膨脹變形，最終出現底臌現象，一般情況下底臌高度在0.2 m～0.8 m。另一方面，當這些巖石遇到水分侵蝕以后還會出現強度改變，其整體抗壓效果和能力將出現大幅下降，最終變為20 kg/cm2。其自身普氏硬度下降至0.2。水分浸潤以后這些巖石的性質出現較大變化，主要集中體現在巖石的硬度以及其穩定性、抗壓能力等，經過水泡，這些巖石變為極容易發生變形的穩定性較差的底板。礦井內部的老底主要成分是細砂巖和粉砂巖，外部呈現為灰白色和灰綠色，這種巖石自身強度較高，難以出現風化破碎等情況，具有較高的抗壓能力，同時其自身硬度也必將較大，能夠達到普氏硬度2.8～4.2，說明這些巖石具有良好穩定性和強度、硬度，能夠作為中等穩定底板。

1 工作面概況及切眼掘進工藝

1.1 工作面切眼概況

本文以該煤業企業2號煤礦1024工作面作為研究對象。1024工作面位于2號煤礦主巷道西側，該工作面在具體操作施工過程中為對應盤區的首采面。工作面的進風順槽長度為2 270 m，回風順槽長度也是2 270 m。該工作面寬度為4.5 m，整體呈現為一個矩形的斷面。進一步考察結果顯示，該矩形斷面高度在2.8 m；其中切眼長度達到240 m，寬度為6 m，高度為2.7 m，同樣呈現為矩形。

1.2 工作面切眼掘進工藝

在具體的掘進過程中，由于受到各方面限制因素的影響，導致其切眼寬度無法一次性完成；為了順利完成切眼的掘進，決定采用先導硐進行施工，具體寬度為4 m，在此基礎上進一步對其進行拓展，最終得到6 m的寬度。在導硐施工期間，采用掘進機沿著煤層頂底板進行掘進，在這個過程中產生的煤炭也進行對應的裝運。為了取得良好的掘進效果，決定采用橫向復式切割，在具體操作過程中，首先將切割頭進行調動，當其達到巷道內時開始掘進，從巷道的下部開始，首先得到一個橫槽，在此基礎上從下往上進行截面切割。為了達到預期寬度和效果，將其進刀深度控制在0.8 m。完成導硐施工以后再進行二次拓寬作業，最終達到6 m寬度的效果。

2 支護形式、支護機理及支護效果

2.1 支護形式

結合工作面的具體情況以及支護要求，針對切眼的支護決定采用錨網加上錨索梁的形式，這有助于實現聯合支護。頂板、副幫部位的支護材料選擇鋼材錨桿，要嚴格控制支護材料的品質和性能，確保其達到相關使用要求和標準；在本次支護操作中，具體選用的錨桿為20 mm×2 100 mm規格。在具體布置過程中，按照工作面具體情況實施菱形支護；針對主幫的支部材料選擇玻璃鋼錨桿，具體規格與鋼錨桿相同，同時對其實施“三-三”的矩形布置。頂板支護選擇錨索梁，為了確保其達到對應支撐力度和強度要求，決定采用一梁三索以及一梁四索兩組方式，同時將其進行交錯排列；一梁三索具體梁長度為3 m，排距為1.6 m，一梁四索錨索梁長度為4.2 m，排距為1.6 m。本次支護中選擇的鋼絞線都按照對應標準采購。

第一次導硐過程中，當機器掘進切眼寬度達到4 m時，針對頂錨桿實施對應的“五-五”菱形布置，同時針對主副幫錨桿按照“三-三”的規則進行矩形布置；具體規格方面，錨索梁長度為3 m，排距控制在1.6 m。在第一次導硐完成的基礎上實施第二次刷幫掘進，為了適應對應的施工以及確保其整體穩定性，其中主幫幫錨桿采用“三-三”的矩形布置，而錨索梁則根據實際需要選擇對應的支護方式，具體來講，為了確保整體穩定性決定采用一梁三索、一梁四索交錯排列的方式，其中,一梁三索錨索梁與已支護錨索梁兩根并在一起支護，具體規格方面，梁的長度控制在3 m，排距控制在1.6 m，一梁四索錨索梁長度控制為4.2 m，排距控制在1.6 m。

2.2 支護機理

本次案例中的煤層巷道斷面多表現為矩形，矩形在受力情況下很容易產生對應的拉力；而煤炭自身的強度和韌性都比較差，在受力情況下很容易發生斷裂，尤其是在面臨跨度較大的情況下，這就給綜采面的切眼大斷面支護帶來一定困難。針對這種情況，采用差異錨桿以及對應的錨索支護有助于將壓力實現有效分散，進而降低局部承受的壓力。本次研究中針對切眼采用錨桿、錨索以及網絡的聯合支護，針對副幫錨桿選用鋼錨桿，主幫則使用對應的玻璃鋼錨桿，對應的錨索則選用鋼絞線。

錨桿、網、錨索梁將巷道頂部上側組成一個承載梁，這種組合有助于將頂部的壓力進行分散，減少局部所受壓力，實現良好的穩定性。具體來講，錨索深入上部穩定巖層給予承載梁較大的預應力，這就給整體支護提供了一個有力的支持，在此基礎上每根錨索周圍形成的壓縮區域彼此重疊，促使對應部位所受壓力得到降低，另一方面在復合頂板中形成一個厚度更大的均勻連續壓縮帶，這個層面會相互擠壓，在這個過程中層面摩擦得到有效增大，這個過程促使復合頂板形成拱梁，這種結構能實現良好的支護作用，進而有效地提高頂板的整體性、穩定性、加強頂板的自承能力，減少了變形與位移。

3 結語

在大斷面切眼的掘進工藝過程中，使用錨桿、錨索梁聯合支護，能夠有效控制圍巖變形，提高巷道支護質量，為切眼安裝和安全生產提供了強有力的保障。