深井復雜地質含水厚托頂煤大斷面切眼支護的研究與應用

管廷芳++閆超

摘 要：3下7112切眼埋藏深度-631～-580 m，煤層結構較復雜，局部含一層泥巖夾矸，厚度0～0.5 m，f=2；煤層傾角約12°～18°，厚度5.0～10.6/8.5 m，地質構造復雜。通過改進、優化、組合永久支護形式，并以液壓單體為主長方形#型大木垛為輔配雙向厚木板梁的大斷面切眼輔助補強加固支護措施，實現了永久支護與補強加固支護的互補短板、相互支撐，主動支護與被動支護科學、合理優化組合，靜態支護與動態支護科學銜接融合，從而確保切眼施工期間的安全生產，同時為今后同類巷道施工積累了經驗。

關鍵詞：托頂煤掘進；支護優化；切眼大斷面；錨網索支護

中圖分類號：TD353 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.23.131

1 3下7112切眼概況

3下7112切眼位于田陳煤礦北七采區7112工作面，沿3下煤層底板托頂煤掘進，設計長度198 m，設計凈寬8 m，凈高3.5 m，初次開掘巷寬4.8 m，后二次刷大3.2 m，埋藏深度-631～-580 m，煤層結構較復雜，局部含一層泥巖夾矸，厚度0～0.5 m，f=2；煤層傾角約12°～18°，厚度5.0～10.6/8.5 m，地質構造相對復雜，整體呈一單斜構造，切眼在運輸巷開門點揭露H=20∠65°正斷層。切眼北側靠近F7-10斷層（H=10，∠45°），掘進過程中分別揭露H=3.0∠45°、H=2.8∠45°斷層2處，由于斷層多、埋深大、煤層厚、煤層頂板巖性變化大，且受大斷層的影響，次斷層、層理、節理、裂隙比較發育，局部煤層像爐灰一樣黏結性極差，施工過程中頂板下沉現象比較明顯，掉頂現象時有發生，造成巷道圍巖穩定性較差，掘進后巷道成形較差；由于頂板為砂巖含水層，在施工錨索孔時經常有淋水點出現，造成水對錨固劑與圍巖的黏結有較大的影響，造成錨索的初錨力達不到設計要求。

2 3下7112切眼特殊性及存在的問題

2.1 斷層多，增加巷道支護難度

切眼在運輸巷開門點揭露H=20∠65°正斷層。切眼北側靠近F7-10斷層（H=10，∠45°），掘進過程中分別揭露H=3.0∠45°、H=2.8∠45°斷層2處。斷層頻繁出現，縱橫交錯、互相聯系，增加地質復雜性。斷層多一方面造成煤層結構復雜、層理性差、巖性變化頻繁，在施工過程中，受斷層影響煤層頂板易冒落、折幫，巷道成形差，煤層松散，整體性差，承壓能力減弱，降低錨固劑與煤（巖）體的錨固力，減弱錨網索支護強度；另一方面由于掘進破壞煤層正常、原有的層理平衡結構，破壞圍巖應力平衡結構，造成圍巖壓力釋放，重新進行圍巖應力分布，圍巖應力集中釋放會導致沖擊地壓的產生，而存在斷層的區域一般都是圍巖承載力最薄弱、應力集中釋放區域，也極易誘導沖擊地壓產生，特別是在切眼斷層縱橫交錯、互相作用，易形成孤島效應，更增加誘導沖擊地壓的產生，增加錨網索初始支護的難度，也增加錨網索支護后承壓安全系數。

2.2 埋藏深、煤層厚，加大支護難度

煤層埋藏深度-602～-560 m，屬深部開采，厚度5.0～10.6/8.5 m，屬厚煤層。埋藏深，就地壓大，地壓大就造成煤體松散、層理性差，承壓能力減弱，降低錨固劑與煤（巖）體的錨固力，減弱錨網索支護強度。同時還減少臨時支護頂板穩固時長，增加臨時支護難度。由于厚煤層，我們選擇沿煤層底板托頂煤掘進的工藝，且托頂煤5～6 m，錨桿不能錨入巖石頂板，減弱錨桿支護的強度，增加錨索及其他支護的密度和強度，增加支護的難度。

2.3 施工難度大，限制輔助支護適用性

煤層傾角約12°～18°/15°，屬大坡度，煤層傾角大造成巷道下山坡度大，綜掘機切割、運輸工序困難，人員行走、運輸支護材料困難，巷道易積水，帶來排水困難，給掘進施工帶來較大困難。由于切眼跨度大，錨網索支護很難確保支護強度。為保證切眼頂板安全，需增加輔助支護。在輔助支護中打設木垛、單體作為主要支護形式，木垛及單體支護時，支護中心應垂直頂底板，才能起到牢固支護的作用，而在大坡度巷道中，由于木垛整體結構性差，限制了木垛的使用。

2.4 煤（巖）層含水，影響錨網索支護強度

由于頂板煤（巖）層為富水區，在施工錨索、錨桿孔時經常有淋水點出現，造成水對錨固劑與圍巖的黏結有較大的影響，造成錨索的初錨力達不到設計要求；影響支護質量，降低錨網索支護強度。

3 支護形式的選擇

由于3下7112切眼是一個大埋深、大斷面、特厚煤層、托頂煤、大坡度、斷層多地質復雜的切眼，且切眼與以前施工的切眼在埋深及煤層本身的結構上存在著很大的區別，因而在支護技術和現場管理兩個方面都缺乏經驗，且無可借鑒的經驗。為保證施工期間的頂板安全，對各種支護形式進行分析、組合、改革、優化，互補短板，實現1+1>2的支護效果。

3.1 主要支護方式的選擇

錨桿支護的作用主要有懸吊作用、組合梁作用、加固拱作用和楔固作用等。

錨索的作用主要是將錨桿支護形成的次生承載層與圍巖的關鍵承載層相連，提高次生承載層的穩定性。即使次生承載層發生斷裂、轉動，也不至于失穩而引起頂板垮落。同時，由于錨索可施加較大的預緊力，可擠緊巖層中的層理、節理、裂隙等不連續面，增加不連續面之間的摩擦力，從而提高圍巖的整體強度。

由地質資料分析可知，煤層平均厚度為8.5 m，煤層的直接頂板為松散的砂礫巖，膠結性非常差。采用綜采放頂煤開采，巷道基本沿煤層底板布置。如果只采用錨桿支護，由于巷道的跨度較大，在采動影響下，勢必會發生錨桿錨固范圍內的煤體離層，甚至塌落，導致冒頂事故的發生。因此，為保證生產安全，應使錨桿錨固范圍內的煤層不塌落，保持巷道的相對完整，就必須打錨索才能達到目的。因此，巷道永久支護應采用錨桿+金屬網+錨索+鋼帶+讓壓管的支護方式。

3.2 輔助補強加固支護

切眼坡度大，局部傾角達到22°以上，正常輔助補強支護采取打設液壓單體支柱或打設#型木垛的方式，由于坡度大，支護重心與頂板壓力重心很難一致，達不到最佳支護效果，單一單體支護存有卸壓失穩的隱患，單一木垛支護易形成支護薄弱點，造成整體傾倒失穩。為解決此項難題，集思廣益，嘗試采取以液壓單體為主長方形#型大木垛為輔配雙向厚木板梁的輔助補強加固支護措施。

4 總結

通過以上改進、優化、組合各種支護形式，實現了永久支護與補強加固支護的互補短板、相互支撐，主動支護與被動支護科學、合理優化組合，靜態支護與動態支護科學銜接融合，從而確保切眼施工期間的安全生產，同時為今后施工同類巷道積累了經驗。

〔編輯：劉曉芳〕