復合頂板工作面開切眼支護技術研究

＊何 劍

（山西焦煤汾西礦業雙柳煤礦 山西 033300）

隨著煤礦開采深度的不斷增加，煤層的賦存條件也變得越來越復雜，尤其是復合頂板開切眼的掘進方式和支護方式更是工作面布置中的重點、難點。如果采用一次成巷工藝，由于掘進斷面較大，巷道支護工作量加大，頂板暴露的時間較長，給巷道支護和掘進帶來一定的困難；如果采用二次成巷工藝，開切眼需要進行二次擴幫，施工周期相對較長，容易造成采掘銜接失調。

1.基本概況

(1)開切眼井上下位置關系

東五盤區5317切眼巷道地面位置位于柿溝村以東，上潘河村以西，中潘河村以北，閆凹村以南。地面標高：668～700m，工作面標高：240～260m，蓋山厚度：408～460m。該巷道井下沿3#煤頂板掘進，下距5#煤15.5m。東五盤區5317調車巷巷道沿3#煤底板掘進，下距5#煤13.5m。工作面南為53173巷（已掘），北為53171巷（未掘），西為5317工作面，東為東井北進風一巷（未掘）。

(2)頂底板情況

①頂板情況。老頂：細粒砂巖，平均厚度6.13m，淺灰色，厚層狀，以石英為主，含云母。含粉砂巖包體。以均勻層理為主。普氏系數f=4，自然抗壓強度25.5MPa；抗拉強度4.59MPa。屬半堅硬巖石。直接頂：砂質泥巖，平均厚度1.85m，深灰色，薄層狀，以波狀層理為主，含豐富的不完整植物化石。普氏系數f=2.4，自然抗壓強度13.40～37.80MPa，平均24.34MPa；抗拉強度0.58～2.58MPa，平均1.38MPa。屬軟弱巖石—堅硬巖石。偽頂：炭質泥巖，平均厚度0.30m，灰黑色，薄層狀，隨采掘脫落。普氏系數f=1.9，自然抗壓強度8.20～24.62MPa，平均18.67MPa；抗拉強度0.42～1.62MPa，平均0.97MPa。屬半堅硬巖石。

②底板情況。直接底：粉砂巖，平均厚度1.14m，深灰色，薄層狀，以波狀層理為主。普氏系數f=1.7，自然抗壓強度17.3MPa；抗拉強度2.93MPa。屬軟弱巖石。老底：細粒砂巖，平均厚度3.65m，淺灰色，薄層狀，以石英為主，含云母。以波狀層理為主，含少量的不完整植物化石。普氏系數f=2.7，自然抗壓強度0.59～45.70MPa，平均27.17MPa；抗拉強度0.46～3.62MPa，平均1.76MPa。屬軟弱巖石—半堅硬巖石。

③煤層情況。3#煤：煤層平均厚度6.35m，煤層平均傾角6°（最大10°、最小0°）；黑色，具似金屬光澤，以亮煤為主，暗煤次之，半亮型，為穩定煤層，堅硬。

2.開切眼掘進方式及支護參數

(1)掘進方式

5317切眼采用連續采煤機沿煤層頂板掘進，5317調車巷采用連續采煤機沿煤層底板掘進，配套梭車、破碎機等設備出煤，CMM4-25煤礦液壓鉆車機（錨桿鉆車）進行支護的機械化掘進方式，掘、支單行，一次成巷。

(2)開切眼斷面參數及臨時支護和永久支護方式

5317切眼掘進毛斷面21m2，毛寬5000mm，毛高4200mm，凈斷面19.68m2，凈寬4800mm，凈高4100mm，矩形斷面。

臨時支護：①采用液壓鉆車前探梁配合支護套筒進行臨時支護護頂，支撐架托住網片緊托頂板；②臨時支護最小可支護高度3.4m，臨時支護最大可支護高度6.0m；③臨時支護距永久支護的距離不大于1.2m，臨時支護距迎頭的距離最小0.3m，最大3.3m；④巷道局部冒頂，原臨時支護不能護頂時，在臨時支臂上加裝加高柱：采用φ108mm管焊接或用螺絲固定的活動套管（至少3條螺絲進行緊固上下托管），上側為活動托盤，下側為插槽組成的加高柱。插槽卡在臨時支臂上，用40T大鏈連接并用木楔背緊，或穿螺桿螺母擰緊兩端并用木楔背緊。升起錨桿鉆車臨時支臂，使加高柱托住頂板。

永久支護：巷道支護采用樹脂加長錨固錨桿組合支護，并進行錨索補強支護方式。頂錨桿每排6根，頂錨桿間距900mm，靠近兩幫的頂錨桿距東幫300mm、距西幫200mm；幫錨桿每排8根，幫錨桿間距為1000mm，靠近頂板的巷幫錨桿距頂板200mm，起錨高度1000mm。

(3)開切眼支護材料及要求

①頂錨桿支護材料及參數要求

錨桿：采用φ22mm×2400mm左旋無縱筋高強度螺紋鋼錨桿，桿尾螺紋為M24×3，配合調心球墊、減摩墊圈，錨桿型號為MSGLW500-22×2400。

錨固方式：錨桿支護時采用樹脂加長錨固，采用一支規格為MSK2335樹脂錨固劑和一支規格為MSZ2360樹脂錨固劑，快速在上、中速在下，鉆孔直徑為30mm，孔深控制在2300mm±5mm，錨固長度為1208mm。鋼筋托梁規格：5317切眼導硐側及橫川靠切眼5m范圍采用W鋼帶，寬度為280mm，W鋼帶長度4800mm，型號W280×4800/4.0 40×80；5317調車巷及聯絡橫川采用φ16mm的鋼筋焊接而成，寬度為100mm，鋼筋托梁長度4800mm，型號T4800×60/16 100×100（開口、貫通抹角處頂支護不足1根W鋼帶或鋼筋托梁，將鋼筋托梁裁剪成適合長度使用）。

托盤：采用規格為φ10mm×150mm×150mm高強度拱型托盤，配合M24×3螺母、托盤調心球墊和減摩墊圈。

網片規格及搭接：5317切眼導硐、聯絡橫川采用孔徑為50mm×50mm，規格為5.5m×1.2m菱形金屬網護頂；5317調車巷及聯絡橫川考調車巷側5m范圍采用孔徑為100mm×100mm，規格為3.0m×1.3m鋼筋網護頂；護網搭接長度不得小于100mm，必須使用不低于16#的雙股鉛絲聯接，聯接要做到雙絲三圈，聯接點呈兩排“三花”布置，點間距不大于200mm，網片要鋪平、鋪展緊貼巖面。

聯網絲規格：采用雙股16#鉛絲聯網。

錨桿布置方式及間排距：5317切眼導硐頂錨桿排距為1000mm，間距900mm，距東幫300mm，距西幫200mm，一排六根；5317調車巷、聯絡橫川頂錨桿排距為1000mm，間距為900mm，靠近幫上的一根頂錨桿距巷幫250mm。

②頂錨索支護材料及參數要求

錨索：采用φ21.8mm×7300mm的單根鋼絞線，型號為SKP21.8-1/1720-7300。

錨固方式：錨索支護采用樹脂加長錨固，采用三支錨固劑，選用一支規格為MSK2335樹脂錨固劑和兩支規格為MSZ2360樹脂錨固劑，快速在上、兩只中速在下，鉆孔直徑為30mm，孔深控制在6975mm±50mm，錨固長度為1930mm。

托盤：采用高強度調心金屬拱型托盤，規格為φ26mm×300mm×300mm，厚度為16mm，配合托盤調心球墊和減摩墊圈。

錨索支護參數要求：5317切眼導硐錨索排距為2000mm，間距1750mm，每排2根，第一排錨索距東幫750mm距西幫2500mm，第三排錨索距東幫2500mm距西幫750mm，第五排距東幫750mm距西幫2500mm，第七排錨索距東幫2500mm距西幫750mm，依次施工錨索；5313調車巷、聯絡橫川頂錨索間距為1800mm，距幫1600mm，錨索每排2根，排距2000mm。

③巷幫錨桿支護方式及參數

錨桿形式和規格：5317切眼導硐東幫、5317調車巷兩幫采用φ22mm×2000mm左旋無縱筋高強度螺紋鋼錨桿，桿尾螺紋為M24×3，配合調心球墊、減摩墊圈，錨桿型號為MSGLW500-22×2000；5317切眼導硐西幫采用玻璃鋼錨桿，長度2000mm，型號為MGSC-20/2000F。

錨固方式：高強幫錨桿采用兩支錨固劑，即一支規格為MSK2335樹脂錨固劑和一支規格為MSZ2360樹脂錨固劑，快速在上、中速在下，鉆孔直徑為30mm，孔深控制在1915mm±20mm，錨固長度為1208mm；玻璃鋼錨桿采用一支錨固劑，規格為MSZ2360，鉆孔直徑為30mm，孔深控制在1895～1950mm，錨固長度690mm。

托盤：5317切眼導硐東幫、5317調車巷兩幫及聯絡橫川兩幫采用W型錨桿鋼護板（規格為150×150×10 Q235B）和拱型高強度托盤（規格為150×150×10 mm），配合M24×3螺母、托盤調心球墊和尼龍墊圈；5317切眼導硐西幫玻璃鋼錨桿使用配套塑料托盤、螺母；煤體破碎時加W托盤。

網片規格及搭接：5317切眼導硐東幫、5317調車巷兩幫及聯絡橫川兩幫采用孔徑為50mm×50mm，規格為4.0m×1.2m菱形金屬網護幫；5317切眼導硐西幫采用孔徑為50mm×50mm，規格為3.7m×1.2m塑料網護幫；護網搭接長度不得小于100mm，必須使用不低于16#的雙股鉛絲聯接，聯接要做到雙絲三圈，聯接點呈兩排“三花”布置，點間距不大于200mm，網片要鋪平、鋪展緊貼巖面。

聯網絲規格：采用16#的雙股鉛絲聯網。

錨桿布置方式及間排距：5317切眼導硐西幫玻璃鋼錨桿排距1000mm，間距為1000mm，靠近頂板的巷幫錨桿距頂板200mm，起錨高度1000mm；5317切眼導硐東幫高強幫錨桿排距1000mm，間距為1000mm，靠近頂板的巷幫錨桿距頂板200mm，起錨高度1000mm；5317調車巷兩幫高強幫錨桿排距1000mm，間距為1000mm，靠近頂板的巷幫錨桿距頂板200mm，起錨高度600mm。

④幫錨索支護材料及參數要求

錨索：采用φ21.8mm×5300mm的單根鋼絞線，型號為SKP21.8-1/1720-5300。

錨固方式：錨索支護采用樹脂加長錨固，采用三支錨固劑，選用一支規格為MSK2335樹脂錨固劑和兩支規格為MSZ2360樹脂錨固劑，快速在上、兩只中速在下，鉆孔直徑為30mm，孔深控制在4975mm±50mm，錨固長度為1930mm。

托盤：采用高強度調心金屬拱型托盤，規格為φ26mm×300mm×300mm，厚度為16mm，配合托盤調心球墊和減摩墊圈。

⑤交叉口支護方式及參數

由于連續采煤機機身長度較長，根據調機、拐彎需要，需在橫川交叉口處進行抹角施工，大角為4m×4m的斜角，小角為3m×3m的斜角。

A.抹角處頂支護：錨桿、網片規格與正巷頂支護錨桿、網片規格相同；錨桿間距900mm，距巷幫不大于400mm，大于400mm須補打錨桿；在每一個抹角處的中部施工7.3m錨索一根。

B.抹角處幫支護：與正巷幫支護相同。

C.橫川交叉口錨索加強支護方案：鉆場、橫川開口或貫通前必須在開口位置頂板處進行鎖口支護，鎖口錨索型號為SKP21.8-1/1720-7300，頂板正常時，鎖口支護形式為單體錨索，鎖口錨索沿巷道軸向支設，按照巷道設計中線確定位置，以設計巷幫輪廓線為基準距幫0.3～0.8m，錨索間距不大于2m。鎖口錨索需超出開口處兩側1m（如現場橫川貫偏時，要及時補打鎖口錨索）。

當各類硐室、交叉點、開口處存在頂板破碎、壓力大的情況時，需采用鋼筋托梁或W鋼帶補強支護，即鎖口支護形式為錨索+鋼筋托梁（或W鋼帶），鎖口錨索沿巷道軸向支設，按照巷道設計中線確定位置，以設計巷幫輪廓線為基準距幫0.3～0.8m，一般W鋼帶在緊貼最靠頂角處的錨桿里側安裝，錨索間距不大于2m，選用鋼筋托梁（或W鋼帶）連鎖。鉆場、橫川抹角施工完畢后必須進行鎖幫支護，鎖幫錨索型號為SKP21.8-1/1720-3300，每個抹角兩側向外0.5m，距頂板向下1.5m各施工1根，靠采面側巷幫不進行施工。

3.礦壓監測

（1）巷道表面位移的布置方式。采用十字布點法安設表面位移測站（圖1），巷道中表面位移測站安設間距不大于50m。安裝方法：分別在頂板和底板中間（豎直方向）以及兩幫中間（水平方向）施工一個φ30mm×400mm的孔洞，將φ32mm×450mm的木樁砸入孔中，形成如圖A、B、C、D四個測點。

圖1 巷道表面位移監測斷面布置

觀測方法：觀測時，用工程線繩分別將A、B點連接，C、D點連接，交叉處為O點，測讀AO、AB值和CO、CD值，測量精度要求達到1mm，采用皮卷尺測量監測斷面距掘進工作面的距離。

（2）監測方法要求及頻次。巷道表面位移測站距掘進工作面50m內或50m外應力變化明顯時每天至少觀測1次，除此之外每周至少觀測1次。

（3）效果分析。通過采用十字布點法對巷道圍巖變形情況進行數據監測，在掘進完成后巷道圍巖變形量呈線性緩慢增長，在掘進7天后，頂底板移近量和兩幫收縮量分別為630mm和240mm，巷道整體支護效果好，能夠滿足巷道用途。

5317切眼采用一次成巷工藝，加快了切眼的施工進度，縮短施工周期，減少了材料消耗、維護及人工費用，節約了成本，能夠促進采掘銜接的良性循環，提高礦井單產單進水平。