探析大埋深特厚松散煤層大跨度開切眼復(fù)合支護技術(shù)

摘要：在大埋深特厚松散煤層大跨度開切眼施工中，為確保施工安全和工程質(zhì)量，應(yīng)用大跨度開切眼復(fù)合支護技術(shù)，減少頂板的緩慢下沉量和兩幫的移近量，使開切眼巷道尺寸符合后續(xù)安裝大型綜采設(shè)備安裝需要，具有較好的實際應(yīng)用效益。以下本篇針對具體工程實例，探析大跨度開切眼復(fù)合支護技術(shù)。

關(guān)鍵字：開切眼；復(fù)合支護；大跨度；技術(shù)

引言

針對厚煤層工作面開切眼跨度情況，應(yīng)用大跨度開切眼復(fù)合支護技術(shù)，采取高強預(yù)應(yīng)力讓壓錨桿、高錨固點以及高承載結(jié)構(gòu)形式，避免工作面切眼頂板離層破碎，維護開切眼巷道安全，確保后續(xù)工作面設(shè)備安裝安全施工。以下對此做具體介紹。

一、煤礦工程實例

田陳煤礦北七一采區(qū)3下7108工作面位于鮑溝鎮(zhèn)西約400m、北風(fēng)井西北約1800m，井下位置位于北七西翼軌道下山及運輸下山右翼，煤層厚度平均8m，地面標(biāo)高為+52～54m，地下水平標(biāo)高-630～-760m，埋深800m左右，屬于深部掘進巷道。工作面位于邢寨支斷層與F7—15斷層之間，邢寨支斷層位于工作面右側(cè)，落差為110m，F(xiàn)7—15斷層落差為15m，切眼與金莊井田毗鄰。工作面煤層厚度7m左右，落差18米的F7-24斷層把工作面分為里、外兩個塊段，工作面設(shè)計為綜采放頂煤回采工藝，運輸巷、軌道巷和切眼均沿3下煤層底板掘進，巷道均為矩形斷面，其跨度與支護結(jié)構(gòu)圖：

圖1 工作面支護結(jié)構(gòu)圖

二、采取大跨度開切眼復(fù)合支護的原理及優(yōu)勢

（一）原理

大跨度開切眼復(fù)合支護技術(shù)原理就是，在大跨度開切眼支護中，從應(yīng)力角度分析，其外承載結(jié)構(gòu)，是在巷道圍巖較深部的切向應(yīng)力集中區(qū)域，故此在相應(yīng)范圍內(nèi)切向應(yīng)力也將會高于彈性區(qū)以及內(nèi)承載結(jié)構(gòu)應(yīng)力[1]。其中，內(nèi)承載結(jié)構(gòu)位于切向應(yīng)力降低區(qū)，內(nèi)外承載結(jié)構(gòu)模型中，使得切向應(yīng)力向圍巖深部轉(zhuǎn)移，形成外承載結(jié)構(gòu)，利于外承載結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，承擔(dān)巖層應(yīng)力，限制塑性區(qū)擴展，保護內(nèi)承載結(jié)構(gòu)，起到巷道圍巖穩(wěn)定作用，保證煤礦采掘中巷道圍巖的穩(wěn)定[2]。

（二）優(yōu)勢

其優(yōu)勢在于，對于3下7108工作面兩順槽支護中，為方便后期切眼刷大施工，在首掘切眼時采用與兩順槽相同的支護方式，由于以往托頂煤大斷面切眼刷大后，凈寬度為7.8米，采用邊刷大、邊安裝支架方式，占用人員較多，運輸、安裝環(huán)節(jié)復(fù)雜，人工耙裝消耗體力較大；故此，改用大跨度開切眼復(fù)合支護技術(shù)，可以節(jié)省人力及成本資源。

三、應(yīng)用大跨度開切眼復(fù)合支護技術(shù)的對策

（一）形成內(nèi)外承載結(jié)構(gòu)

在大跨度開切眼支護中，確定高強預(yù)應(yīng)力讓壓錨桿以及加厚 W 鋼帶、鋼筋網(wǎng)等支護技術(shù)后，為限制大跨度厚層泥巖頂板破碎區(qū)擴展，使錨桿支護中可以有足夠大的支護范圍與支護強度，可以采用3. 0 m單軸抗拉強度600 MPa 的高強度錨桿，并應(yīng)用高強度加厚托盤以及鋼筋網(wǎng)加固破碎區(qū)泥巖[3]。實際的大跨度開切眼錨固支護技術(shù)中，頂板采用直徑為20mm，長度為2400mm高強預(yù)應(yīng)力讓壓錨桿，并配合3 mm 加厚 W鋼帶支護，確保錨桿屈服強度在 600 Mpa；開切眼刷幫后，在距幫3 m 的位置，沿巷道打設(shè)單體支柱實施錨桿支護，柱距為1. 2 m。

（二）大斷面切眼

大斷面切眼刷大，采用錨網(wǎng)梯索配木垛單體作為頂板永久支護，頂部打設(shè)五棵高強預(yù)應(yīng)力讓壓錨桿，其間排距為900×900 mm，鋪掛鋼筋網(wǎng)及鋼帶；并在巷中按每排打設(shè)一棵或兩棵錨索，錨索規(guī)格為φ15.5mm的鋼絞線，其長度以其能錨入硬巖的深度不小于1.5米為準(zhǔn)，在切眼內(nèi)打設(shè)一排木垛及單體進行加強支護，木垛打設(shè)在距刷大切眼面前側(cè)3200mm（木垛中）的位置處，木垛間距為3.6米（中—中），且木垛超前刷大迎頭不小于8米。大跨度開切眼錨固支護技術(shù)中，為確保木垛的整體性，木垛與木垛之間用兩塊木板梁連接與頂板接實，板梁下方按照800mm間距打設(shè)兩棵懸浮單體；右?guī)痛蛟O(shè)四棵普通金屬錨桿，其間排距為1000×900 mm，掛鐵絲網(wǎng)配鋼筋梯。木垛采用道板；木板梁規(guī)格為長×寬×厚=3600×150×120mm，單體規(guī)格：3.5米懸浮單體。大跨度開切眼錨固支護技術(shù)中，保證兩木垛之間用兩塊板梁連接，兩塊板梁并排居中打設(shè)，并且結(jié)實頂板，單體打設(shè)按照間距800mm在兩木垛之間打設(shè)，上面必須與板梁接實，要求每次刷大的循環(huán)進度為1.0米，嚴(yán)禁隨意擴大循環(huán)進度，且在刷大后，必須保證木垛及單體距刷大迎頭8米距離，以便有效的控制頂板。

（三）錨固支護細節(jié)

1、打錨桿眼

打眼前，首先按照中線嚴(yán)格檢查巷道斷面規(guī)格，不符合作業(yè)規(guī)程要求時必須先進行處理；打眼前要先敲幫問頂，仔細檢查頂幫圍巖情況，找掉活矸、危巖，確認(rèn)安全后、方可開始工作，錨桿眼的位置要準(zhǔn)確，眼位誤差不得超過100mm，眼向誤差不得大于15度。錨桿眼深度應(yīng)與錨桿長度相匹配，嚴(yán)格按錨桿長度打眼，錨桿眼打好后，應(yīng)將眼內(nèi)的巖渣、積水清理干凈。

2、安裝錨桿

安裝前，應(yīng)將眼孔內(nèi)的積水、巖粉用壓風(fēng)吹掃干凈。安裝頂板錨桿時，把2支樹脂錨固劑送入眼底，把錨桿插入錨桿眼內(nèi)，使錨桿頂住樹脂錨固劑，用安有專用注錨器的錨桿鉆機卡住錨桿螺帽，開動錨桿鉆機，使錨桿鉆機帶動桿體旋轉(zhuǎn)將錨桿旋入樹脂錨固劑，對錨固劑進行攪拌，直至錨桿達到設(shè)計深度及錨桿上的專用藍色墊圈被擠出為止。安裝幫部錨桿時，先將2支樹脂錨固劑依次推入眼底，然后把錨桿插入錨桿眼內(nèi)，使錨桿頂住樹脂錨固劑，外端頭套上螺帽，用帶有專用套筒的風(fēng)動錨桿安裝機卡住螺帽，開動錨桿安裝機，使錨桿安裝機帶動桿體旋轉(zhuǎn)將錨桿旋入樹脂錨固劑，對錨固劑進行攪拌，直至錨桿達到設(shè)計深度、錨桿安裝機轉(zhuǎn)不動為止；掛好鐵絲網(wǎng)，上好托盤，擰上螺帽，網(wǎng)與網(wǎng)嚴(yán)禁壓茬，且網(wǎng)之間用專用連接條進行連接。

（四）效果分析

在大埋深厚煤層中應(yīng)用大跨度開切眼復(fù)合支護技術(shù)后，其開切眼巷道開挖后移近量達 400mm，頂板下沉量為150 mm，未出現(xiàn)錨桿破斷以及錨索崩斷現(xiàn)象，未影響工作面切眼內(nèi)大型綜采設(shè)備安裝，提高錨桿、高錨固點以及高強度承載結(jié)構(gòu)性能，具有實際應(yīng)用效果。大跨度開切眼復(fù)合支護中，使頂板受力狀態(tài)轉(zhuǎn)變成三向受力狀態(tài)，有效控制巷道破碎圍巖變形，降低大跨度開切眼巷道頂板的緩慢下沉，防止大跨度切眼冒頂、漏頂?shù)软敯迨鹿实陌l(fā)生，維護大跨度開切眼巷道圍巖的穩(wěn)定性，為后續(xù)綜采設(shè)備的順利安裝奠定基礎(chǔ)。

四、結(jié)論

綜上所述，針對大埋深特厚松散煤層托頂煤大斷面切眼刷大工藝實踐中，應(yīng)用大跨度開切眼復(fù)合支護技術(shù)，有效地改善了切眼施工后因埋深大圍巖應(yīng)力大而造成的頂板緩慢下沉量大，兩幫移近量大等問題，使切眼尺寸能到達到設(shè)計尺寸，解決后續(xù)綜采設(shè)備安裝困難的問題，同時提高了切眼支護強度，有效地防止了切眼漏頂、冒頂?shù)仁鹿实陌l(fā)生，實現(xiàn)安全施工。較采用邊刷大、邊安裝支架的傳統(tǒng)方式，大埋深特厚松散煤層大跨度開切眼復(fù)合支護技術(shù)有效地解決了傳統(tǒng)方式占用人員較多，運輸、安裝環(huán)節(jié)復(fù)雜，人工耙裝消耗體力較大，現(xiàn)場安全管理難度大等問題，實現(xiàn)了切眼的集中施工和綜采設(shè)備的集中安裝，既提高了工程質(zhì)量和減輕了施工的安全管理壓力，具有較好的經(jīng)濟效益和社會效益。

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