大斷面一次成巷支護技術在切眼中的應用

摘要：基于耿村煤礦12230工作面施工現狀，提出一次成巷支護在大斷面切眼施工中的技術思路，分析切眼斷面及支護設計，明確支護技術優缺點，為同類水文地質條件下的斷面切眼支護施工積累成功經驗。

關鍵詞：切眼斷面 一次成巷 支護設計

1 概述

耿村煤礦12230工作面切眼在施工大斷面一次成巷切眼期間，采用錨網索作為主動支護，36U型鋼棚和液壓抬棚作為輔助支護的支護形式。盡管切眼頂板條件比較差，切眼寬度較大，支護存在一定的困難，但經過精心設計，切眼支護良好，滿足了綜采支架的安裝要求。

2 工作面概況

耿村煤礦12230工作面位于西采區東翼，2-3煤軌道下山和皮帶下山東側，其上部的1-2煤已回采完畢（2-3煤與1-2煤之間相距42.6m），該面上巷距已回采的（2-3）12210工作面下巷8m，東部切眼位置平均距（2-3）13160工作面采空區30m，南部為未開采的2-3煤實體。該工作面位于2-3煤層，位于煤系地層義馬組底部礫巖段之上，下距三疊系地層0.5-28.92m，頂板為灰黑色泥巖，具隱蔽水平層理，含少量植物化石碎片，致密堅硬，厚37-42m；底板為灰黑色泥巖，含少量碳化植物化石碎片，厚4-6m。礦井構造簡單，水文地質條件中等，為高瓦斯礦井，煤層屬易自然煤層，煤層具有爆炸危險性。煤層厚度12-25m，走向長度約1100-1200m，傾斜長度200m，煤層傾角10°～13°。工作面采用綜合機械化放頂煤開采，選用MG300/730采煤機落煤，采用ZF8600/18/35綜采放頂煤支架支護。

3 切眼斷面及支護設計

3.1 切眼斷面形狀

根據目前情況，結合已掘過的切眼的經驗數據，采用工程類比法進行對比，在現有的支護強度下，盡可能增加有效斷面，以滿足通風、行人、運輸及安全的需要，設計斷面為拱形斷面，支護形式為錨網索+36U型鋼+液壓抬棚復合支護，凈寬度8.5m，凈高度4.26m，掘進斷面32.2m2，

有效斷面24.8m2。

3.2 施工方法

12230工作面切眼設計長度200m，根據該切眼的實際情況，由下巷開始掘進切眼，炮掘30m以后，開始采用綜掘機進行掘進，炮掘和綜掘均采用一次成巷技術，頂板采用錨桿、錨索、液壓抬棚和單體柱等進行聯合支護。

3.3 支護設計及主要參數的確定

錨網索+36U型鋼復合支護在耿村煤礦作為主要支護形式，經實踐證明使用效果好，而采用錨索和樹脂藥卷配合使用，加固深度大，承載能力高，安裝工序簡單，得到普遍推廣，所以在該切眼施工中，根據頂底板巖性分析，在使用錨網索支護的同時，配合36U型鋼棚和液壓抬棚聯合支護，在這種支護下，可取得良好的效果。

支護形式為錨網索支護。錨桿為Φ22×2500mm無縱筋錨桿，用1.7×4.5m的菱形鐵絲網作錨網索。錨桿每21根做一排并且打成一直線，間排距0.7×0.7m（誤差控制在±100mm以內），錨桿角度最小75°。錨桿托盤與煤壁密貼，若空隙大可將木托盤加設在鐵托盤內，緊固螺絲，預留10～40mm的外露長度。將樹脂藥卷裝入錨桿孔。菱形鐵絲網搭接100mm，每150mm連接一扣，用12號網絲連三圈，錨桿設計承載力100kN，錨桿鉆機為風動鉆機；切眼頂部打設錨索，每排七根，間排距1.4m×1.4m，兩側錨索與豎直方向成30°夾角，錨索采用Φ17.8×6000mm的鋼絞繩，鎖頭以外外露150～250mm錨索，錨索鉆孔方向應該達到鉆孔軸線與設計軸線的偏差角≤3°，按照5700mm的錨索安裝深度控制實際錨索安裝深度（至少達到設計安裝深度的95%），最小的錨索預應力應該達到200kN設計承載力的90%。通常預應力值是承載力的50%～60%，錨索間排距誤差不超過±100mm。錨桿孔內裝設樹脂藥卷4節，藥卷攪拌15s。36U型棚由五部分組成，腿長3426mm（弧長），共兩根，梁長3240mm（弧長），共三根；梁、腿搭接500mm，誤差控制在±20mm范圍內；梁腿搭接部位上卡具三套，通過1275mm連板連接中間的卡具，棚子迎山有力，頂板與兩幫分別讓壓300mm和500mm，空頂距控制在0.3m以內，棚距（中-中）1.5m；切眼中間打設2路液壓抬棚加強支護，兩側打設2路單體柱加強支護。

切眼支護斷面圖如下圖：

4 支護技術的優缺點

耿村煤礦采用該種支護技術的優點：

①一次成巷提高了機器設備運行質量，大幅度提高了掘進速度，縮短了切眼施工工期，省工省時，從掘進小斷面到擴切眼需二次成巷，一般需要70d左右，而采用綜掘大斷面一次成巷支護技術工期需要50d，縮短工期約20d，為工作面早日投產打下了良好基礎。

②斷面變形量在控制范圍之內滿足了安裝要求，支護效果好。觀測結果表明，在該切眼貫通至工作面安裝完畢，頂底板累計變形量300mm，兩幫相對位移量200mm，U型鋼棚基本不發生形變，支護強度符合切眼設計及裝配要求，二次修巷工程量大幅縮減，影響時間也有所縮減，施工效率明顯提高。

③消除了不安全隱患，安全指數得到了極大提高。以往在切眼施工及裝設綜采支架時常伴有頂板事故，但采用該支護形式后，頂板事故得到有效控制。

④綜合技術的運用使現代化企業水平進一步提升。大斷面一次成巷支護技術在煤礦生產中的成功應用，為同類生產狀況下巷道支護施工積累了成功經驗。

⑤大跨度切眼一次成巷施工所采用的主動支護與被動支護相結合的聯合支護形式，可以說是一次成功的探索，支護效果良好，而且能夠提高后續的綜采安裝成功率。

⑥錨索及錨桿主動支護形式適用于穩定性差不易于支護的圍巖巷道，能夠大大提高巷道施工的安全系數，同時改善職工作業環境。

缺點：

①一次材料費投入大。

②巷道的增高增加了工人的勞動強度。

③施工難度增大，日進尺降低。

5 效益分析

基于綜合分析，切眼大斷面一次成巷支護技術雖然造價稍高，但安全系數高，且技術上可行，能夠大幅提高綜合治理效率，避免巷道頻繁修復影響正常生產和巷道通風，并且對防治沖擊地壓更為安全可靠，施工中巷道寬敞明亮，作業環境良好。

6 結論

總而言之，切眼大斷面一次成巷技術在掘進和使用上效果非常明顯，可推廣應用在同等地質條件下的綜采切眼施工中，擴大錨桿、錨索、U型棚和液壓抬棚的聯合支護的使用范圍，提高聯合支護在巷道中的使用比例。

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作者簡介：李亞男（1985-），男，河南孟津人，本科，畢業于河南理工大學采礦工程專業，助理工程師，現在河南能源化工集團義煤公司耿村煤礦生產科任副科長。