厚泥質頂板巖層大采高切眼巷道加強支護技術

鄭田野

（霍州煤電集團辛置煤礦，山西 霍州 031412）

隨著煤炭需求量的不斷增加和開采強度的不斷加大，井工開采煤礦井下巷道掘進量也大幅度增加。據統計，我國每年煤礦巷道掘進長度已超過了2 萬千米，因此巷道的穩定控制直接關系到煤炭的安全開采［1-2］。隨著開采技術的不斷進步，對于厚煤層開采，煤礦大多采用一次采全高綜采工藝，工作面切眼的斷面較大，當巷道掘進揭露泥質頂板時，由于巖層強度低、穩定性差、易產生碎脹變形，加之大采高大斷面切眼頂板跨度大，切眼巷道維護困難［3-5］。本文以辛置煤礦2-559 切眼煤層頂板揭露厚度為4.5～7.5 m的灰黑色泥巖、砂泥巖互層結構為工程背景，探討厚泥質頂板巖層條件下切眼加強支護技術。

1 工程概況

辛置煤礦2-559 工作面開采2#煤層，屬于450 水平南五采區，埋深312～394 m，工作面北方向為2-534 采空區，東方向為2-560工作面 （未采），南方向為310 回風巷、皮帶巷及軌道巷，西方向為工廣保安煤柱。工作面開采煤層平均厚度3.75 m（3.35～4.10 m），煤層平均傾角5°（3°～12°），煤層直接頂揭露厚度為4.5～7.5 m的灰黑色泥巖、砂泥巖互層結構，局部粉砂質結構、含煤線、富含植物化石碎片；基本頂為厚度在5.0～6.0 m范圍的灰色K8中細砂巖，以石英為主、含少量云母片，波狀層理；直接底為厚度5.5 m的灰黑色厚層狀泥巖，中上部含菱鐵礦結核、水平層理，基本底為厚3.5 m深灰色中砂巖，以石英、長石為主。2-559 工作面采用大采高一次采全高，切眼斷面設計為矩形，設計斷面尺寸7.8 m×4.0 m，設計長度131 m。

2 切眼支護技術

為確保切眼服務期間的穩定，擬采用切眼巷道加強支護技術。

2.1 高強度錨網梁索主動支護

2-559 切眼掘進后，及時進行高強度錨網梁主動支護，通過高強度錨桿、高強度錨索、金屬網、鋼筋梯子梁、高強度蝶形托盤等支護材料及其相關組件，采用主動控制的方式，強化厚泥質頂板巖層（厚度為4.5～7.5 m）承載性能，形成主動承載結構，并將其錨固至基本頂巖層（厚度5.0～6.0 m的灰色K8中細砂巖），充分利用頂板巖層承載能力。具體支護參數見圖1。

圖1 2-559 切眼支護斷面

（1）頂板和幫部錨桿均采用直徑22 mm、長度2 400 mm的高強度桿體制作，間排距設計為800 mm×800 mm，配套高強度蝶形托盤，規格120 mm×120 mm×12 mm；同時配套型號CK2335、Z2360的樹脂錨固劑各一支；錨桿預緊扭矩設計300 N·m，采用主動高強度錨桿支護，強化厚泥質頂板巖層（厚度為4.5～7.5 m）承載性能，形成主動承載結構。

（2）頂板錨索采用直徑Φ21.8 mm、長度L7 300 mm的預應力鋼絞線，間排距設計為1 600 mm×1 600 mm，每排5 根，配套高強蝶形托盤，規格300 mm×300 mm×16 mm；配套型號K2335 樹脂錨固劑1 支、型號Z2360 樹脂錨固劑3 支；錨索張拉預緊力設計40 MPa，可將厚泥質頂板巖層（厚度為4.5～7.5 m）錨固至基本頂巖層（厚度5.0～6.0 m的灰色K8中細砂巖）。

（3）頂板和幫部錨桿采用直徑12 mm圓鋼焊接而成的梯子梁連接。

（4）每兩根/ 三根錨索采用厚度3 mm、寬度280 mm的W鋼帶連接。

（5）頂板和幫部鋪設菱形金屬網，金屬網采用10#鐵絲編制，頂網規格為4 600 mm×1 000 mm、3 600 mm×1 000 mm，幫網規格為7 200 mm×1 200 mm。

2.2 單體支柱+π型梁加強支護

2-559 切眼掘進后，采用單體支柱+π型梁加強支護，增加巷道支護結構的抗變形能力。單體液壓支柱型號DZ-42（Φ110 mm）型，垂直于頂板布置，每排4 根，柱距0.8 m，π型梁長度3 200 mm，一梁兩柱，π型梁垂直于巷幫布置。

3 應用分析

2-559 切眼掘進時期的圍巖變形情況見圖2。切眼圍巖變形可分為三個階段，包括掘進影響初期圍巖快速變形階段、掘進影響中期圍巖緩速變形階段、掘進影響后期圍巖穩定階段。其中掘進影響初期圍巖快速變形階段發生在切巷成巷0～60 d內，該時間內切眼圍巖變形相對較快，頂底板和兩幫移近速度分別約2.58 mm/d、1.98 mm/d，累計變形量分別為155 mm、119 mm。掘進影響中期圍巖緩速變形階段在切眼成巷60～114 d內，該時間內切眼圍巖變形有所減緩，頂底板和兩幫移近速度分別約1.50 mm/d、0.92 mm/d，累計變形量分別為81 mm、50 mm。掘進影響后期圍巖穩定階段發生在切眼成巷114 d之后，該時間內切眼圍巖移近速度和移近量趨近于0 mm。圍巖基本穩定時切眼頂底板累計移近237 mm，兩幫累計移近量168 mm，現場實測切眼整體變形較小，2-559 切眼巷道保持穩定。

圖2 2-559 切眼圍巖移近變形曲線

4 結語

辛置煤礦2-559 大采高切眼揭露賦存厚而強度低的泥質頂板巖層，巷道維護困難。經采用厚泥質頂板巖層條件下的切眼加強支護技術，包括高強度錨網梁索主動支護和單體支柱+π型梁加強支護，達到了強化厚泥質頂板巖層承載性能、利用基本頂巖層承載的目的。該技術應用后，確保了2-559 大采高切眼巷道圍巖的穩定。