綜采工作面大斷面切眼圍巖控制技術研究

曹小剛

（山西焦煤金達煤業有限公司， 山西 孝義 032300）

引言

隨著礦井采煤技術不斷提升，井下綜采工作面使用的綜采設備體積、功率及重量等均呈增加趨勢，大功率綜采設備應用在一定程度上提升了采煤工作面回采效率，但是也給綜采設備安裝帶來較大的挑戰。綜采工作面留設的切眼規格需滿足綜采設備安裝需要，切眼斷面積、施工技術方法決定了切眼支護形式，同時切眼寬度越大、支護難度越高。文中以山西某礦6503 綜采工作面切眼掘進及支護為工程實例，對大斷面切眼支護技術進行分析探討，以期能為其他礦井大斷面切眼圍巖控制提供經驗借鑒。

1 6503 工作面概況

6503 綜采工作面開采6 號煤層，煤層埋深390 m，厚度、傾角分別為4.0 m、5.5°，煤層賦存較為穩定，為全區可采煤層。6 號煤層上覆巖層以炭質泥巖、石灰巖、中粒砂巖為主；底板巖層以粉砂巖、泥巖為主，具體巖性參數見表1 所示。

表1 6 號煤層頂底板巖性參數

為了滿足綜采設備安裝需要，采面設計寬度為7.0 m、高度為3.5 m，采面切眼斷面整體較大，對切眼掘進及支護技有較高要求。為了實現切眼安全掘進，切眼采用先掘進小斷面導硐（斷面為4.0 m×3.5 m）后進行刷擴方式掘進，并通過工字鋼、錨網索、單體等組合對圍巖進行控制[1-2]。

2 大斷面切眼支護技術

2.1 導硐支護技術

錨網索支護是現階段礦井常用支護技術，具有支護強度高、施工便捷以及支護成本低等優點。為此，采用錨網索支護方式對切眼巖層進行控制。切眼支護使用的錨桿長度L 可通過下述公式計算：

式中：L 為錨桿長度，m；L1、L2為錨固長度、外露長度，分別取值0.4 m、0.04 m；K 為安全系數，取2；H為頂板冒落帶高度，取0.64 m。將上述參數帶入公式（1）后計算出錨桿長度為1.73 m，取1.8 m。

錨桿支護間距C 可通過下述公式計算：

式中：C 為錨桿間距，m；Q 為錨固力，取50 kN；γ 為覆巖容重，取25 000 N/m3；K 及H 含義與公式（1）中一致。將相關參數帶入到公式（2）計算得到錨桿支護間距為1.2 m，因此切眼支護使用的錨桿間距、排距均確定為1.2 m。

結合采面切眼圍巖控制需要錨桿支護經驗，支護采用的錨桿規格為Φ20 mm×1 00 mm，每根錨桿使用2 卷樹脂錨固劑（型號Z2335）錨固，提供的錨固力在50 kN 以上；錨桿配套使用蝶形鋼托盤；在頂板上配合使用網孔規格為50 mm×50 mm 的金屬網。當切眼圍巖條件較差時配合使用11 號工字鋼、單體進行補強[3-4]。

切眼導硐巷幫支護參數依據工程類比法確定，考慮到后期需要對采面幫進行刷擴，為此在采面幫使用玻璃鋼錨桿、在煤柱幫采用螺紋鋼錨桿。巷幫錨桿間排距一致，均為1 000 mm×1 200 mm，單根錨桿使用2 支樹脂錨固劑錨桿（錨固劑型號為Z2335），錨固后給錨桿提供的錨固力在50 kN 以上；巷幫錨桿配套使用的托盤類型為蝶形鋼托盤；巷幫鋪設柔性塑料網進行支護，網孔規格為50 mm×50 mm。具體采面切眼導硐支護設計見圖1 所示。

圖1 采面切眼導硐支護參數（單位：mm）

2.2 切眼刷擴支護設計

在切眼完成導硐施工、支護后開始在刷擴采面幫，采面幫刷擴深度為2 500 mm。在切眼導硐掘進完成后圍巖應力重新分布，從而會在一定程度上增加圍巖裂隙發育程度以及松動圈范圍，導致切眼圍巖變形量增加；在對切眼采面幫刷擴后會導致切眼圍巖應力二次分布，增加圍巖支護難度。為了確保刷擴后切眼圍巖穩定，可通過適當縮小錨桿間排距來提高圍巖支護強度。具體頂板錨桿間排距由1 200 mm×1 200 mm 縮小至900 mm×1 200 mm，巷幫錨桿間排距保持不變。頂板錨桿、巷幫錨桿分別為螺紋鋼錨桿、玻璃鋼錨桿[5-6]。

為了提高采面切眼圍巖控制效果，在刷擴后的切眼內布置2 排單體支柱，配合11 號工字鋼對頂板進行補強加固，單體支護間距為2 900 mm、排距為1 200 mm，具體刷擴后切眼支護設計圖見圖2 所示。

圖2 刷擴后切眼支護設計圖（單位：mm）

3 切眼圍巖控制效果分析

6503 綜采工作面切眼雖然斷面較大，但是整體使用時間較短，切眼支護完成后短期圍巖變形在合理范圍內即可滿足采面綜采設備安裝需要。在采面切眼采用錨桿+錨網+11 號工字鋼+單體支柱形式支護完成后，對切眼頂板、巷幫變形量進行監測。

從監測結果可看出，切眼頂板、巷幫累計變形量分別為24 mm、72 mm，切眼斷面收縮量小于設計斷面積的1%，頂板以及巷幫變形不會給切眼內綜采設備正常安裝帶來不利影響。在切眼內采用錨桿+錨網+單體支柱+11 號工字鋼方式可滿足圍巖控制需要。

4 結語

某礦6503 綜采工作面切眼寬度達到7.0 m，切眼斷面較大。為此，文中提出采用先掘進切眼導硐、后進行刷擴方式掘進大斷面切眼，并使用錨桿+錨網+單體支柱+11 號工字鋼方式對圍巖進行控制；依據切眼圍巖情況，采用理論計算方法、工程類比法等確定錨桿支護參數；在切眼內布置2 排單體支柱可提升頂板支護強度，確保頂板巖層穩定。現場應用后，切眼圍巖保持穩定，可滿足綜采設備安裝需要。