綜放大斷面切眼錨網索支護技術

胡立年

（晉城煤炭規劃設計院，山西 晉城 048026）

綜放大斷面切眼的跨度大，斷面多為矩形，兩幫及頂板為煤體，煤體層理發育，分層之間黏聚力小，巷道圍巖強度較低，圍巖變形量和破裂范圍很大；因此頂板支護困難，易引發頂板彎曲下沉、冒漏頂及煤壁偏幫等現象，影響工作面的安全生產。針對某礦306 綜放工作面大斷面切眼支護難題，結合現場實際地質生產條件，提出采用錨網索聯合支護技術，實現切眼有效控制。

1 工程概況

該礦306 工作面開采的3 號煤層位于山西組下部，煤層傾角0～5°，平均埋深135.5 m，煤層厚度3.38～8.15 m，平均厚度6.13 m，機采高度2.2 m，放煤高度3.93 m。煤層結構簡單，含0～2 層矸石，煤層穩定可采。3 號煤層直接頂為砂質泥巖，平均厚度1.45 m，含云母及炭質含植物化石；老頂為深灰色砂質泥巖和灰色細砂巖互層，平均厚度5.13 m。直接底為砂質泥巖，平均厚度0.62 m，含少數黃鐵礦；基本底為細砂巖，平均厚度2.93 m。306放頂煤工作面位于礦井井田中部，為3 號煤運輸大巷、回風大巷煤柱回收工作面。工作面長度89.4 m，推進長度650 m，可采面積58 110 m2。根據工作面支架安裝和生產要求，306 放頂煤工作面切眼斷面設計為矩形，開掘斷面7.0×2.6 m。開切眼支護設計方案的選擇關系到開切眼能否正常施工，也關系到工作面設備能否安全安裝，是工作面安全順利開采的關鍵。

2 錨網索聯合支護機理

錨桿支護是一種安全、主動的支護方式[1]。施加在巷道圍巖內的預應力錨桿，使圍巖由兩向應力狀態變為三向應力狀態，并在圍巖內部形成穩定的支護結構。錨桿支護阻力隨著巷道圍巖變形和應力調整而增大。錨桿在巖體內部形成的壓力拱結構具有一定強度承受地壓。因此錨桿支護結構可大幅度降低圍巖變形，使巷道圍巖處于穩定狀態。

錨桿加固雖然不能有效地提高圍巖極限強度，但可大幅提高圍巖破壞后的殘余強度。當錨桿與其錨固范圍內巖體構成的錨固體在圍巖集中應力作用下發生破壞時，錨固體的承載能力降低，在圍巖內集中應力向深部轉移過程中，錨固體通過錨桿的約束作用使因塑性破壞易于松動的巖石構成錨固平衡拱，此錨固平衡拱具有一定的承載能力和適應自身變形的特性。

頂板布置錨索可增強錨桿的支護效果。錨索支護一方面起到懸吊作用，一方面也起組合加固作用，組合加固與懸吊作用的結果可使巷道上位巖層中的應力向煤幫更深處轉移，從而降低了巷道兩幫與底板中的應力[2]。錨索的承載能力高，平均預緊力可達150 kN，一般錨固在上位深部穩定的巖層中，將下位與上位巖層組合成一體。當錨索及時施工時，錨索可充分利用圍巖自身的承載能力，起到的組合作用明顯，預緊力大，各巖層間的摩擦力及巖層的抗彎強度可大幅提高。但是，錨索只起到懸吊作用，頂板巖層中可能發生離層。

3 切眼支護方式及支護效果分析

3.1 切眼支護方式（見圖1）

根據大斷面錨網索聯合支護機理，并結合現場實際地質生產條件，306 放頂煤工作面切眼采用錨網索聯合支護技術；為避免頂板大面積懸露，采用兩次成巷工藝，即切眼導硐和切眼開幫擴寬。

圖1 大斷面切眼支護方案圖

1）306 切眼導硐支護方式：306 放頂煤工作面切眼導硐斷面為矩形，巷道寬4 500 mm，高2 600 mm。頂錨桿規格為φ18 mm 螺紋鋼錨桿，長度2 000 mm，錨桿間排距700 mm×800 mm。幫錨桿規格為φ18 螺紋鋼錨桿，長度2 000 mm，錨桿間排距900 mm×800 mm。頂錨桿每排6 根，采用一卷S2370 樹脂藥卷錨固。頂板采用金屬網，兩幫采用塑料網，網片大小2 500 mm×1 000 mm，網格為50 mm×50 mm。錨索直徑為φ17.8 mm，中間兩根錨索長度7 000 mm，邊錨索長度5 300 mm，錨索間排距1 400 mm×1 600 mm，每排3 根，錨索外露長度在10～50 mm 范圍。錨索采用樹脂藥卷端頭錨固，每孔采用一卷S2370 和Z2360 錨固。托盤規格300 mm×300 mm×10 mm（長×寬×厚）。錨索安裝預緊力150 kN。

2）306 切眼開幫擴寬支護方式：切眼擴寬后巷道寬7 000 mm，高2 600 mm。切眼開寬后頂部采用錨桿+金屬網+錨索聯合支護，錨桿間排距為700 mm×800 mm。幫部開幫后重新打φ18 玻璃鋼錨桿，長度2 000 mm，錨桿間排距900 mm×800 mm。邊錨索長度5 300 mm，中部錨索長度7 000 mm，錨索間排距1 400 mm×1 600 mm，每排兩根。具體切眼支護方案，見圖1。

3.2 支護效果分析

為了掌握306 工作面切眼巷道圍巖的活動規律及支護效果，在306 工作面切眼設置6 個觀測點，對巷道表面位移監測。通過42 d 的觀測數據顯示，頂板累計下沉量最大180 mm，兩幫累計變形量120 mm，底板底鼓累計量50 mm。變形主要發生在巷道開掘20 d 內，以后趨于穩定。可見，采用錨網索聯合支護方式，對頂板控制能力明顯加強，切眼變形得到有效控制。

4 結論

綜放大斷面切眼跨度大，頂煤層理發育，強度低，分層之間黏聚力小，巷道圍巖強度較低，圍巖變形量和破裂范圍很大，屬目前支護較困難的巷道類型之一。錨網索聯合支護具有快速、主動的優點，大幅度降了低圍巖的變形量，使巷道處于穩定狀態。現場觀測結果表明，采用錨網索聯合支護技術，頂板及幫部的移近速度和總移近量都在安全范圍之內，圍巖保持較好的完整性，保證了工作面的安全生產。

[1] 李秀華.“三軟”層中炮采改為輕放開采的切眼支護實踐[J].煤炭科學技術,2003,31(11)∶46-47.

[2] 李偉,白光超,王玉和.錨網索聯合支護在大斷面托頂煤切眼中的應用[J].煤炭科學技術,2010,38(2)∶22-24.