厚煤層大跨度切眼掘進及支護技術(shù)研究

降承春

（山西焦煤汾西礦業(yè)水峪煤業(yè)，山西 孝義 032300）

現(xiàn)階段，在我國各大煤礦開采工作過程中，對于煤礦井下的開采技術(shù)方法的應(yīng)用越來越多樣化，其中包含部分開采技術(shù)、填充開采技術(shù)、分層開采技術(shù)以及留煤柱開采技術(shù)方法等。在實際工作過程中，需要有效結(jié)合煤礦井下的地層條件情況以及煤礦的分布情況進行有效調(diào)整。由于長期受到煤礦停采之后煤壁支撐壓力所產(chǎn)生的影響，原有的采煤工作面在采空區(qū)域的邊緣部分，巖體結(jié)構(gòu)的邊緣部分會受到比較嚴重的損傷，同時繼續(xù)開采的工作面仍然需要沿著原有的采煤工作面采空區(qū)域邊緣重新進行掘進開切眼[1]。在實際工作過程中出現(xiàn)了沿空大跨度開切眼支護問題，對整個煤礦井下開采工作造成了較大的工作難度。

1 工程概況

某礦一綜采工作面煤層的平均厚度為4.5 m，并且使用的是綜合開采工藝方式。煤礦開采單位為了全面提高開采工作面的工作效率和安全性，在本次開采工作面的掘進工作當(dāng)中使用的是電液綜合支架開采作業(yè)模式。這種支架結(jié)構(gòu)形式在自身的重量方面相對較大，因此在井下掘進工作當(dāng)中，要有效保證切眼斷面面積大小，需要超過27.5 m2以上，同時在煤礦井下的掘進工作當(dāng)中需要沿著頂板的位置進行切眼寬度和高度需要達到8.5 m 和3.5 m。在本次煤礦生產(chǎn)工作當(dāng)中，沿著綜采工作面頂部切眼，并且經(jīng)過分析之后發(fā)現(xiàn)工作面的周圍圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性相對較差，在掘進工作當(dāng)中如果使用一次性斷面開挖使用方法，很容易出現(xiàn)切眼的位置產(chǎn)生頂板下沉情況，同時切點的頂板位置還會出現(xiàn)明顯的冒落問題，影響到整個綜采工作面的掘進效率和穩(wěn)定性。

2 厚煤層大跨度切眼掘進及支護技術(shù)應(yīng)用策略

2.1 切眼維護結(jié)構(gòu)

由于本次開采過程中煤層的厚度較大，因此在開始工作之前，需要對整個井下開采工作環(huán)境進行全面分析，該綜采工作面頂板的巖層結(jié)構(gòu)，整體條件構(gòu)成相對比較復(fù)雜，同時在工作面的切眼位置存在大面積的泥巖結(jié)構(gòu)，同時在頂板區(qū)域分布，厚度大約為8.5 m的泥巖和粉砂巖層結(jié)構(gòu)。開采工作面切眼，頂板的硬度相對較低，不穩(wěn)定性的復(fù)合頂板在實際開采工作當(dāng)中使用的是一邊開挖一邊垮塌的工作方式，當(dāng)產(chǎn)生頂板沒有及時垮落的工作條件下，因為受到鉆孔施工因素的干擾和影響，也容易產(chǎn)生冒落情況，整個切眼的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性會受到一定的影響。同時承載能力相對較差，在支護工作過程中必須要進一步強化支護體系，對周圍圍巖所產(chǎn)生的約束力作用和效果，因此會進一步限制圍巖結(jié)構(gòu)破碎區(qū)域，進一步朝著沿層深部方向上擴張，該切眼使用的是錨網(wǎng)索聯(lián)合支護技術(shù)方法[2]。

2.2 開切眼支護方案和相關(guān)參數(shù)

結(jié)合切眼地質(zhì)條件情況并且結(jié)合現(xiàn)場生產(chǎn)工作要求，提出注漿錨索+高強錨桿+金屬網(wǎng)+噴漿聯(lián)合支護工作方法，因為切眼的寬度達到8 m 以上，同時頂板區(qū)域主要是以破碎程度較高、承載能力較弱的圍巖結(jié)構(gòu)為主。在切眼掘進和后續(xù)的使用過程中，經(jīng)常會產(chǎn)生漏頂和冒頂?shù)雀鞣N事故問題，不利于煤礦巷道圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性控制，對此切眼掘進工作過程中，通過采取分批次掘進工作方式，在實際操作過程中需要先沿著小斷面位置來進行移動，并且在切眼和回采順槽位置充分貫通之后，再將切眼的寬度大小加大到8 m，有效保證開切眼支護工作的安全性和穩(wěn)定性。

2.3 切眼掘進工作要點

本次綜采工作面后煤層大跨度切點徑寬度為8.5 m，總長度為195 m，通過使用聯(lián)合支護方法，開切角前20 m 以方便角80°方向進行掘進后，170 m 以90°角方向進行掘進。在錨桿材料的選擇過程中，頂部錨桿直徑為22 mm，長度為2 500 mm。煤層兩側(cè)區(qū)域錨桿長度為1 800 mm 頂部錨桿間排距大小為800 mm×800 mm，側(cè)方位置錨桿排間距為900 mm×700 mm。錨索規(guī)格為K21/9.0-1700Q/TZK038，錨索的孔口位置和煤礦巷道側(cè)幫之間的距離大小為0.35 m錨索安裝角度為60°，橫架中間位置的錨索規(guī)格為K21/9.0-1700Q/TZK038。煤礦巷道擴張部分橫架錨索設(shè)置在兩排鋼帶的中間位置，橫架錨索安裝完成之后需要進行加固處理，預(yù)緊力大小需要達到100 kN 達到相應(yīng)的支護工作效果[3]。

2.4 支護工藝方法

2.4.1 臨時支護結(jié)構(gòu)

在掘進施工過程中需要使用超前探梁來進行臨時性支護，前探梁使用50.5 mm 的鋼管材料來進行制作，長度大小需要達到4 000 mm。

2.4.2 錨網(wǎng)支護安裝施工

在現(xiàn)場錨網(wǎng)支護施工過程中，主要的施工流程主要包含巷道施工成型、鋪設(shè)梯網(wǎng)、臨時性支護施工、安裝錨桿錨桿加固、兩幫位置清理以及緊固錨桿，錨網(wǎng)支護工作過程中錨桿位置需要使用快速安裝施工工藝方法，同時使用錨桿鉆機實現(xiàn)一次性安裝完成。在進行橫架錨索安裝施工過程中，工程施工現(xiàn)場需要使用預(yù)先準備好的錨索施工機具來進行操作，錨索施工過程中需要跟隨蠅頭部分。桁架錨索支護施工過程中，需要做好臨時性加固結(jié)構(gòu)，并且需要對托盤的方向進行有效調(diào)整，加固錨索托盤和固定中間錨索、桁架錨索的孔口位置和煤礦巷道兩幫之間的距離控制在0.35 m，安裝施工角度為60°，桁架錨索設(shè)置在兩排鋼帶的中間位置。

2.4.3 噴漿支護施工

在噴漿支護施工過程中要求噴漿施工厚度不能小于50 mm，噴漿完成之后需要做好密封處理，不能存在明顯的孔洞，回彈率大小需要控制在15%以下，在施工過程中使用的是一邊開挖一邊噴漿的施工方法，噴漿距離迎頭位置的間距不能超過20 m，在首次注漿工作結(jié)束之后需要及時進行二次噴漿施工，在后續(xù)切眼的掘進工作的迎頭位置間隔10～30 m 的距離，通過使用空中注漿錨索的施工方法進行噴漿支護和加固處理，本次開采工作中注漿錨索規(guī)格使用的是1 000 mm×1 600 mm 的間距，并且對已經(jīng)施工完成之后的錨桿間隔大小進行有效布置，注漿錨索的加固間距大小為900 mm，在實際注漿工作當(dāng)中要求對注漿設(shè)備型號進行合理選擇，需要充分的滿足注漿加固施工的技術(shù)要求和標準。通過對注漿設(shè)備和材料的正確選擇，提高材料注漿完成之后的滲透性和穩(wěn)定性，并且在材料充分凝結(jié)之后穩(wěn)定性更強，因此通過使用噴漿加固施工技術(shù)，在本次綜采工作面當(dāng)中的加固效果達到了預(yù)期要求[4]。

2.5 厚煤層切眼圍巖支護效果

在切眼掘進工作和支護工作過程中，需要對切眼的具體位置進行設(shè)置，需要保證在切眼的中間間隔50 m 的位置需要設(shè)定出一個測量工作點位，同時需要對切眼周圍的威嚴結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性情況進行判斷，有效監(jiān)測圍巖結(jié)構(gòu)的實際變形量大小。在監(jiān)測工作結(jié)束后需要對其中的關(guān)鍵性信息進行收集，并且在切眼掘進知乎工作完成7 d 之后，發(fā)現(xiàn)周圍的圍巖結(jié)構(gòu)的變形量有了一定的提升，在后續(xù)的10 d 時間整個圍巖結(jié)構(gòu)的變形量大小基本上已經(jīng)處于了相對穩(wěn)定的工作狀態(tài)，在厚煤層的切眼部分表層，通過混凝土噴射加固的表層位置產(chǎn)生了肉眼可見的裂縫情況，但是整個圍巖結(jié)構(gòu)的實際變形量仍然處于一種相對較小的狀態(tài)。在完成切眼頂板的監(jiān)測時間之后，整個巷道的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性達到了正常狀態(tài)，頂板頂部和巷道的變形量分別為130 mm 和95 mm，這一數(shù)值復(fù)合正常的變形量大小。

3 結(jié)語

在厚煤層大跨度開切眼掘進工作過程中，必須要配合使用合理的支護工作方法，有效保證煤礦井下掘進開采工作的安全性和穩(wěn)定性，提高煤礦開采工作效率和整個作業(yè)的安全性。