大斷面切巷支護技術研究與應用

晉志強

（陽泉煤業（集團）有限責任公司一礦， 山西 陽泉 045008）

1 工作面概況

陽煤一礦在15號煤S8310工作面采用大采高綜采技術。S8310工作面地面標高1150.0～1325.0 m，工作面標高613.0～665.0 m。S8310工作面可推進長度為1023 m，傾斜長度為220 m。工作面工業儲量200.71萬t，可采儲量186.66萬t，煤種為WY3。該工作面內15號煤層總厚度最大6.60m，最小6.35m，平均厚度6.51 m，煤層傾角1°～13°，平均6°，煤層賦存穩定，構造相對簡單。

2 支護參數設計

2.1 錨桿半徑

綜合分析，確定頂錨桿、落山側煤壁錨桿為Ф20 mm錨桿，工作面煤壁為Ф18 mm玻璃鋼錨桿，這種方案不僅可以充分發揮錨固劑的錨固效果，還可以適當增加錨桿強度，減小開切眼圍巖塑性區面積，提高開切眼圍巖穩定性。

2.2 幫錨桿長度

幫錨桿的長度L由錨桿錨固段長度L1、軟弱巖層厚度L2及錨桿外露長度L3三部分組成，即：

式中：L1為錨桿外露長度，其值主要取決于錨桿類型及錨固方式，取0.10 m；L2為錨桿有效長度，即煤幫塑性區寬度，取1.52 m；L3為錨桿錨固在穩定巖層的長度，0.3～0.5 m，取 0.3 m。

代入數值得L=1.92 m，取L=2.0 m，即幫錨桿長度為2.0 m。

2.3 頂錨桿長度

為了限制塑性區范圍向深部圍巖發展，頂錨桿長度應適當加長，但受到施工機具和巷道高度的影響，頂板錨桿長度一般為1.8～2.5 m，為了施工方便，頂錨的長度設計為2.0 m。

2.4 錨桿錨固參數

為了使錨固劑能夠被順利裝到鉆孔中，同時錨桿桿體又能充分攪拌錨固劑，比較合理的錨固劑直徑應比鉆孔直徑小3～5 mm。鉆孔直徑為26 mm，選用直徑23 mm的錨固劑。每根錨桿配3支錨固劑、1支MSK2335型樹脂藥卷、2支MSZ2335型樹脂藥卷。

2.5 錨索半徑

錨索直徑選取Ф17.8 mm。

2.6 錨索長度

錨桿支護的作用是保證錨固區內的巖層不發生離層，而錨索的作用是加強支護，保證錨固區與錨固區外的巖層不發生離層，為了保證錨索支護的有效性，需要將錨索錨固到上覆穩定巖層中。

錨索長度公式為：

式中：la1為錨索外露長度，取0.3 m；la2為錨索有效長度，8.6 m；la3為錨索錨固長度取，2.1 m。

代入數值取錨索長度La為11m。

2.7 錨索錨固參數

錨索錨固長度一般為1.0～2.0 m，采用的錨固劑為MSK2335型樹脂藥卷和MSZ2335型樹脂藥卷。單根錨固劑的錨固長度可用下式計算：

式中：；dr為錨固劑直徑，取23 mm；D為鉆孔直徑，取26 mm；d為錨索直徑，取17.80 mm；lr為錨固劑長度，取350 mm。

代入數值得la=515.5 mm，即單根錨固劑的錨固長度為515.5 mm。針對開切眼頂板不穩定的特點，可適當加長錨固長度，取錨固長度2.1 m，即每根錨索需要配4支錨固劑，選用1支MSK2335型樹脂藥卷和3支MSZ2335型樹脂藥卷。

3 現場開切眼支護方案

根據陽煤一礦現場實際情況，設計S8310大采高綜采面回采巷道為矩形斷面，開切巷沿15號煤層頂板截割煤體掘進，毛寬8300 mm，凈寬8000 mm，毛高3600 mm，凈高3500 mm。

現場S8310大采高綜采面開切巷頂板支護形式（采用錨桿＋補強錨索＋鋼帶＋金屬網聯合支護）、落山側幫支護形式（采用圓鋼錨桿＋金屬網聯合支護）、工作面側幫支護形式（采用玻璃鋼錨桿＋塑料網聯合支護）。

頂板采用BHW-950-220-4-4100的5眼W鋼帶+Φ20 mm×2000 mm的錨桿+Φ17.8 mm×5200 mm補強錨索+金屬網聯合支護，錨桿、索排間距800 mm×950 mm。每隔一排布置四根補強錨索，從落山側向工作面側分別在鋼帶的2、4眼內各打注兩根補強錨索，其他眼布置錨桿。頂板兩邊錨桿距離巷道兩幫175 mm，與垂直方向夾角15°，其余錨桿、索垂直與頂板布置。落山側幫采用Φ20 mm×2000 mm圓鋼錨桿+金屬網聯合支護，工作面側采用Φ18 mm×2000 mm玻璃鋼錨桿+塑料網聯合支護，每排每幫布置4根錨桿，錨桿排間距為800 mm×900 mm，幫錨桿距離頂板400 mm，與水平夾角15°，幫錨桿距離底板500 mm，其余錨桿垂直與巷道幫部布置。巷道支護布置如圖1所示。

圖1 切巷頂板錨桿錨索布置圖（單位：mm）

4 施工注意事項

切巷斷面較大，需要二次成巷。施工時先小斷面施工一側，再施工另一側。切巷為了安裝方便，在采煤機位置，安裝硐室。施工完后要根據工作面安裝計劃盡快安裝，以免因巷道跨度大造成頂板離層下沉。切眼沿15號煤層頂板掘進。隨著工作面推進到一定距離，采高達到6.51 m后，機頭、機尾各10～20 m范圍工作面要與兩回采巷道平緩過渡，應掌握好采高和臥底量，防止出現工作面“急凹”所造成的設備事故。

5 支護效果分析

錨桿+錨索支護技術有效地控制了頂板位移，大大提高了巷道支護強度。為系統地對巷道的受力和變形進行分析，在切巷安裝了5套礦壓觀測點，分別觀測錨桿、錨索受力，頂板離層，頂板下沉，兩幫位移，巷道底鼓。通過對巷道的礦壓觀測分析可知，頂板下沉量平均50 mm，有效地控制了頂板離層和下沉。幫錨桿有效地控制了兩幫的相對移近量，兩幫平均位移量僅為35 mm，兩幫支護可靠，受力在可控范圍，巷道底鼓量僅為60 mm。減小頂板錨索間排距，增加錨索、錨桿有效支護長度，增大錨索直徑，可以有效地控制巷道的強烈變形，提高了圍巖的穩定性，抑制了冒頂和片幫等現象的發生，保證了巷道的安全狀態，說明支護設計具有較高的合理性和可靠性。