礦井工作面大斷面切眼分次掘進支護技術應用

文/徐大強

工作面切眼施工一直是煤礦井巷施工中的重點管理對象，由于開拓的深度、地質的不確定及機械化程度因素的影響，在實際施工中存在支護難度較大、頂板動態管理復雜等問題，選擇合適的施工工藝和支護參數，能夠對安全快速完成切眼施工提供有力的支撐，也對工作面后期綜采設備的安裝夯實安全基礎。

中煤第五建設有限公司白楊溝煤礦為技術改造礦井。為優化工作面設計，在B4-03工作面密閉啟封后，礦井技術人員對原有巷道進行了現場勘查、測量，并結合礦原有技術資料，組織設計院、公司相關專家進行方案研討，最終確定B4-03工作面設計方案：對原有巷道進行修復和掘進新切眼，形成“兩進一回”回采工作面。新切眼設計凈寬8.3m，結合運輸順槽掘進情況和地質資料分析，切眼施工分兩次進行，制訂了詳細的切眼掘進支護技術施工方案，優化了支護參數，切眼成型后效果良好，巷道頂、幫的變形得到有效控制，實現了安全生產，為下一步綜采設備的安裝提供了有力保障。

一、工程概述

白楊溝煤礦井田構造形態總體為北東傾向的單斜構造，傾向10°～30°，傾角一般在16°～20°。礦井主采煤層為B1、B2、B3、B4煤層，煤層的傾角為10°～17°，煤層厚度為2.0～12.65m，礦井鑒定為低瓦斯礦井，四個煤層均屬于Ⅱ級自燃煤層，煤塵具有爆炸危險性，水文地質條件中等，無沖擊地壓危害。井下采煤工藝采用傾向長壁后退式采煤方法，綜采放頂煤，采用全部垮落法管理頂板。

B4-03工作面切眼西側為F1斷層保護煤柱，南側為實體煤，北側為井田邊界保護煤柱和原采面，東側為F2斷層保護煤柱。B4-03工作面切眼布置在B4煤層中，巷道沿煤層底板掘進，設計為矩形斷面，總長120.5m， 凈寬8.3m，凈高3m。切眼采用2次掘進成巷的施工方案，一次掘進和二次掘進的寬度分別為4.3m和4m。掘進巷道頂板為煤層，厚度平均約9m，煤層上方為泥質粉砂巖、粗砂巖，局部見有泥質粉砂巖偽頂，切眼掘進過程中需貫通原有運輸順槽（已探明），施工中做好地質預測預報和鉆探施工。

二、切眼掘進支護方案及應用

B4-03工作面切眼采用錨網索+單體鉸接頂梁聯合支護方式進行支護。巷道兩次掘進施工中使用的錨網（索）支護參數，借鑒鄰近礦井類似煤層巷道掘進支護方案，并經過生產技術人員反復計算論證，間排距及錨固長度均滿足設計要求和施工需要。

1.頂板支護參數

切眼一次和二次掘進過程中頂板錨桿采用?20×2000mm等強錨桿，間排距為1000×1000mm，采用1支CK2335型樹脂錨固劑和1支K2360型樹脂錨固劑進行錨固，托盤采用150×150×12mm/Q235的錨桿專用金屬托盤。敷設的網片為鋼筋網，采用?6.5mm圓鋼加工而成，網孔規格為100×100mm，網片規格為1000×2600mm，屈服強度為235MPa，網邊搭接用14#鉛絲隔孔相連，網與網搭接長度為100mm，長邊沿巷道軸線擺放。

錨索采用?17.8mm×12000mm的鋼絞線（現場施工過程中根據煤層厚度、走向對錨索長度進行調整，但必須確保深入穩定巖層2m），間排距2000×4000mm，錨索矩形布置在相鄰兩排錨桿中間，每排打設2根，錨索托盤采用250×250×16mm/Q235的托盤，采用1支CK2335型樹脂錨固劑和2支K2360型樹脂錨固劑進行錨固（現場頂板若揭露圍巖條件差則縮小至2000×3000mm，根據煤層變化情況合理調整設計參數，確保支護安全到位）。頂板錨桿扭矩力不低于120N·m，錨固力不低于105KN，錨索預緊力不得低于150KN。

B4-03工作面切眼進行二次掘進施工時，使用單體液壓支柱+鉸接頂梁進行聯合支護，頂梁正懸鉸接，一梁一柱，沿巷道（凈寬8.3m）中心線進行布置，間排距為3.6×1m。單體液壓支柱型號為DW35-200/100型，單重約82Kg，額定工作阻力為200KN，最小支撐高度為2.7m，最大支撐高度為3.5m，油缸工作行程為0.8m，施工過程中嚴格按照單體液壓支柱使用規范及安全技術措施進行操作。

2.幫部支護

切眼一次和二次掘進過程中幫部非回采側錨桿采用?20×2000mm等強錨桿，間排距為1000×1000mm，托盤采用150×150×12mm/Q235的錨桿專用金屬托盤，網片為?6.5mm圓鋼加工成的鋼筋網。回采側錨桿采用?20×1800mm玻璃鋼錨桿，間排距1000×1000mm，錨桿托盤規格為?120×10mm，網片采用煤礦井下用雙向拉伸塑料網，此塑料網以聚丙烯為主要原材料，經過阻燃、抗靜電技術處理后，采用雙向拉伸方法形成的整體結構，符合現場施工安全需要。幫部錨桿扭矩力不小于100N·m，錨固力不小于105KN。

3.支護技術要求

（1）嚴格控制打眼深度，眼過深時，錨桿（索）體頭部不能完全搗碎或接觸到藥卷，降低錨固力，過淺則不能把錨桿（索）安裝到位，無法安裝托盤，造成托盤松動，嚴重影響錨桿（索）的支護效果。錨桿、錨索間排距誤差為±100mm，錨桿眼深度1950mm，錨索眼深度根據煤層厚度進行合理調整。錨桿托盤安裝后要垂直巷壁，與巷道法線夾角不大于5°（特殊角度嚴格控制在設計范圍，誤差內允許偏差≤15°）。錨索托盤安裝后垂直巷壁，與巷道法線夾角不大于10°。托盤安裝部位及周圍50mm范圍煤壁表面必須清除浮煤并且找平、找實，托盤與金屬網、巷壁緊貼面積要大于70%。錨桿外端的托盤必須緊貼巷壁，螺絲緊固不得松動，托盤安裝后錨桿露出螺母長度為10～50mm，錨索露出鎖具長度為150～250mm。

（2）聯網網片拉直，鋪設平整，緊貼圍巖，接茬必須采用14#鉛絲雙絲三扣，隔孔相連，巖石較為破碎時，孔孔相連，聯網后鉛絲尾巴向下。

（3）安裝的頂板和幫部錨桿預緊力要做到100%檢查，施工區隊各班必須配置經過鑒定完好的指針式力矩扳手，每班檢測完后及時填寫錨桿預緊力檢測數據原始記錄臺賬。錨桿拉拔力采用LDZ300型錨桿拉力計檢測，錨索預緊力采用MQ15-180/60型漲拉千斤頂進行檢測，達不到設計要求時必須補打，錨索要做好二次緊固工作。巷道每施工20～30m，錨桿在300根以下，取樣檢查應不少于1組；錨桿在300根以上，每增加300根，相應多取樣1組，每組隨機抽樣不得少于3根（頂板1根、兩幫各1根）進行檢測。同時，抽查一組錨索，每組不少于3根。抽檢錨桿、錨索時只做非破壞性的拉拔試驗，對于施工過程中由于各種原因造成的失效錨桿（索）必須在其附近重新補打，補打錨桿（索）支護質量要符合設計要求。

三、巷道支護效果分析

為了檢查切眼二次掘進支護的效果，采用頂板離層指示儀測量頂板錨固范圍內位移量，巷道掘進過程中每隔20m在巷道正中間安裝一個頂板離層儀，深基點為8200mm，淺基點為2000mm，嚴格按照操作說明書將深、淺部基點錨固器安裝到位，安裝結束記錄好初始讀數，前7天每天觀測一次，直接讀取數據，7天后每周觀測一次，觀測顏色并記錄好位移量。

B4-03工作面切眼采用錨網索+單體鉸接頂梁聯合支護方式，從巷道掘進結束至工作面開始安裝間隔時間約1個月，在此期間對頂板離層儀實時觀測，未出現明顯位移變化，最大位移量僅為10mm。后期的安裝過程中拆除單體液壓支柱后頂板也未出現明顯下沉，更無冒頂事故發生，巷道兩幫未出現位移，安裝結束后頂板位移量最大值為20mm。由此推斷，大斷面切眼2次掘進成巷支護方案可行，為下一個采面大斷面切眼的施工提供了可靠的理論依據。

四、結論

白楊溝煤礦B4-03工作面切眼施工支護實踐證明，錨網索+單體鉸接頂梁聯合支護是大斷面切眼控制頂板比較有效的支護方式，這種兩次掘進支護方案能夠很好地控制頂板，確保施工過程安全，也能保證回采工作面液壓支架安裝的安全性。煤礦施工技術人員要結合現場情況，進行科學研究，不斷優化設計，根據地質條件、機械化程度制訂有針對性的施工方案，實現對巷道支護的可控性，為安全生產保駕護航。