堅硬頂板大斷面開切眼二次成巷支護技術研究與應用

王再峰

（霍州煤電集團有限責任公司安全監察局，山西 霍州 031400）

賦存較厚煤層的礦井多采用一次采全高綜采開采工藝。相關資料顯示，目前我國現有的采煤機滾筒直徑已經超過了3.0 m，液壓支架超過了8.0 m。為滿足采掘設備的安裝，要求更大尺寸的開切眼巷道，由于其頂板跨度大，成巷及支護相對困難[1-5]。

辛置煤礦2216 工作面頂板賦存一層厚層狀的K8 中細砂巖，其厚度較大（平均厚度7.2 m），抗壓強度在110～120 MPa 之間，屬于堅硬巖層，其巖層賦存穩定，具備一定的承載能力。由于工作面開切眼斷面尺寸較大（8.0 m×3.9 m），頂板跨度較大，一次成巷相對困難，一般采用二次成巷技術。初次掘巷斷面尺寸5.0 m×3.9 m，二次擴巷斷面尺寸為3.0 m×3.9 m，采用高強度錨桿索、玻璃鋼錨桿配合鋼筋梯子梁、W 鋼帶和金屬網、塑料網實現大斷面開切眼的穩定控制。

1 工程概況

2216 工作面開采2#煤層，位于310 水平二采區，東北方向為采區軌道巷，其余方向均為實煤體。工作面埋深420～488 m，平均煤層厚度4.1 m，平均傾角9°，煤層結構復雜。工作面直接頂為厚0～7.5 m的泥巖和砂泥巖，灰黑色，薄層狀，半堅硬；基本頂為厚6.0～8.2 m 的K8 中細砂巖，灰白色，厚層狀，堅硬；直接底為厚4.0～6.5 m的泥巖，灰黑色，厚層狀，半堅硬；基本底為厚4.0～7.8 m 的中砂巖，灰白色，中厚層狀，堅硬。2216 切眼巷沿煤層傾向布置，長度203 m，巷內計劃布置1 臺MG750/1900-GWD采煤機，1 部SGZ1000/2*855 刮板輸送機，116 架ZY10000/26/55 液壓支架。開切眼設計矩形斷面，尺寸8.0 m×3.9 m。

2 堅硬頂板下大斷面切眼二次成巷支護技術

2216 工作面頂板K8 中細砂巖厚度較大，抗壓強度在110～120 MPa之間，屬于堅硬巖層，賦存穩定，具備一定的承載能力。由于工作面開切眼斷面尺寸較大，頂板跨度較大，一次成巷相對困難，因此采用堅硬頂板大斷面切眼二次成巷支護技術。

2.1 開切眼初次掘巷支護

2216 工作面開切眼采用二次成巷技術，初次掘巷斷面尺寸5.0 m×3.9 m，采用高強度錨桿索、玻璃鋼錨桿配合鋼筋梯子梁、W 鋼帶和金屬網實現初次掘巷時期開切眼的穩定控制，如圖1，具體技術參數如下：

圖1 初次掘巷巷道支護斷面圖

（1）頂板采用Φ22 mm、長度2.4 m 的左旋高強錨桿，間排距0.8 m×0.8 m，配套CK2335、Z2360 樹脂錨固劑各一支，保證錨固力≥100 kN，預緊力矩≥280 N·m。錨桿采用Φ12 mm 圓鋼焊接而成的雙筋梯子連接，頂板采用Φ21.8 mm、長度8300 mm 的預應力鋼絞線，間排距1.4 m×1.6 m，每排布置3 根，配套1 支CK2335 和3 支Z2360 樹脂錨固劑，張拉預緊力≥45 MPa，錨索采用4 mm厚的W 鋼帶連接，金屬網采用10#鐵絲編制而成菱形金屬網，規格5.2 m×1.0 m。

（2）非擴巷幫采用Φ22 mm、長度2.4 m 左旋高強錨桿，間排距0.8 m×0.8 m。錨桿采用Φ14 mm 圓鋼焊接而成的單筋梯子連接，其余錨桿參數參照頂板支護，金屬網采用10#的鐵絲編制而成菱形金屬網，規格3.9 m×1.0 m。

（3）擴巷幫采用Φ22 mm、長度2.4 m 的玻璃鋼錨桿，間排距0.8 m×0.8 m，配套CK2335、Z2360 樹脂錨固劑各一支，保證錨固力≥100 kN，預緊力矩≥100 N·m。

2.2 開切眼二次擴巷支護

2216 工作面開切眼二次擴巷斷面尺寸3.0 m×3.9 m，采用高強度錨桿索、玻璃鋼錨桿配合鋼筋梯子梁、W 鋼帶和金屬網、塑料網實現二次擴巷時期開切眼的穩定控制，具體技術參數如下：

（1）頂板錨桿支護參數同初次掘巷支護技術，同時，距初次掘巷錨索0.8 m 處開始布置錨索，二次擴巷錨索與初次掘巷錨索成交錯布置，規格與參數同初次掘巷一致。錨索采用4 mm 厚的W 鋼帶連接，金屬網采用10#鐵絲編制而成菱形金屬網，規格3.2 m×1.0 m。

（2）開采幫采用Φ22 mm、長度2.4 m 的玻璃鋼錨桿，間排距0.8 m×0.8 m，配套CK2335、Z2360 樹脂錨固劑各一支，保證錨固力≥100 kN，預緊力矩≥100 N·m。采用塑料網增加護表面積，規格3.2 m×1.0 m。

3 切眼圍巖控制效果

由圖2 可知，開切眼成巷圍巖變形大概可分為3 個階段：初期快速變形階段、中期緩慢變形階段、后期穩定變形階段。初期快速變形階段主要集中在開切眼成巷45 d 內，該時間內開切眼圍巖變形較快，頂底板移近速度約2.14 mm/d，兩幫移近速度約1.61 mm/d；中期緩慢變形階段是在開切眼成巷45～90 d 內，頂底板移近速度約1.31 mm/d，兩幫移近速度約0.89 mm/d，頂底板移近速度降低39%，兩幫移近速度降低45%；后期穩定變形階段是在開切眼成巷90 d 后，開切眼圍巖趨于穩定，巷道變形速度可忽略不計，此時開切眼頂底板移近量約154 mm，開切眼兩幫移近量約112 mm。

圖2 二次擴巷巷道支護斷面圖

綜上所述，堅硬頂板大斷面開切眼二次成巷支護技術實現了2216 工作面開切眼的穩定控制。開切眼圍巖移近曲線圖如圖3。

4 結論

充分發揮堅硬頂板巖層承載能力，可有效提高巷道支護效果。2216 工作面開切眼二次成巷施工，初次掘巷斷面尺寸5.0 m×3.9 m，二次擴巷斷面尺寸3.0 m×3.9 m，采用高強度錨桿索、玻璃鋼錨桿配合鋼筋梯子梁、W 鋼帶和金屬網、塑料網支護，實現了大斷面開切眼的穩定控制。技術應用后，開切眼在成巷90 d 后頂底板移近量約154 mm，兩幫移近量約112 mm，滿足生產安全要求。