大斷面切眼掘進二次支護技術(shù)研究

鄧 帥

（山西汾西正文煤業(yè)有限責(zé)任公司， 山西 孝義 032300）

引言

目前，礦井正在回采三采區(qū)煤層，三采區(qū)掘進工作面地面相對位置是南李村農(nóng)田，地面無建筑物，煤層底板標(biāo)高為+760～+763 m，位于煤礦井田二采區(qū)的東南部。本井田總體為一地塹，地塹內(nèi)為傾向南南東-南東的單斜構(gòu)造，地層傾角2°～3°左右，地塹的西北部高廟山正斷層，東南部為高平正斷層[1]。井田內(nèi)無陷落柱，經(jīng)大量的開采和巷道揭露，井田內(nèi)斷層不發(fā)育。礦井瓦斯等級為瓦斯礦井。屬為不易自燃煤層。據(jù)區(qū)域資料和礦井調(diào)查，井下未發(fā)現(xiàn)地溫與地壓異常，區(qū)域鉆孔測溫資料，3號煤層地溫15℃左右，屬正常區(qū)。

三采區(qū)工作面切眼掘進斷面為矩形，巷寬6.7 m，高2.6 m，巷道斷面積17.42 m2屬于大斷面巷道。分2次掘進成巷，大斷面切眼掘進時沿著3號煤層頂板掘進。為保證3號煤層工作面開切眼安全快速掘進，對大斷面切眼支護方案進行確定，確保井下巷道的快速掘進、安全使用和工作面的安全開采。

1 大斷面切眼掘進時不利條件分析

1）巷道斷面過大斷面積17.42 m2，相比常規(guī)巷道掘進工序更加復(fù)雜。

2）工作面切眼沿著頂板掘進，頂板巖性軟弱為泥巖，加劇了支護的難度。

3）大斷面切眼掘進時，沒有及時進行臨時支護，加劇了頂板圍巖變形破壞。

2 大斷面切眼掘進二次支護方案

工作面開切眼掘進寬度為6 700 mm，掘進高度為2 600 mm，分兩次掘進成巷，分次支護。一切眼寬4 200 mm，二切眼寬2 500 mm。

頂板為8根錨桿，錨桿間距900 mm；兩幫各3根錨桿，間距為1 000 mm，錨桿排距參照間距確定為1 000 mm。

2.1 一次掘進頂板和兩幫支護參數(shù)

1）頂板錨桿：使用左旋螺紋鋼高強錨桿規(guī)格為Φ20 mm×2 400 mm，匹配規(guī)格120 mm×120 mm×10 mm高強螺母與高強拱形托盤。打鉆時候孔直徑為28 mm，樹脂藥卷規(guī)格為K2335和Z2360各1支，巷道頂板配以金屬網(wǎng)與鋼筋梯子梁來進行輔助支護，其巷道頂部梯子梁有效長度是4 200 mm，規(guī)格Φ14 mm的鋼筋自行加工[2]；巷道頂板金屬網(wǎng)型號是4 200 mm×1 100 mm使用菱形網(wǎng)來匹配，相鄰之間網(wǎng)搭接大約100 mm，用鐵絲進行聯(lián)結(jié)。施工時候錨桿預(yù)緊力矩要確保不小于300 N·m。頂板錨桿設(shè)計錨固力大于100 kN。

2）頂板錨索：采用Φ17.8 mm，長7.3m的1×7股的高強錨索，錨索的有效長度為7.1 m左右，錨索間距1 350 mm，與錨桿交錯布置，錨索一排布置2根，排距2.0 m。兩根錨索之間用16—20號槽鋼連接成一個整體，且錨索向外傾斜一定角度；施工時候錨索用型號一支K2335，2支型號Z23603樹脂藥卷來進行錨固劑錨固，匹配300 mm×300 mm×16 mm的高強球型托盤，錨索預(yù)緊力應(yīng)≥200 kN，錨固力應(yīng)大于300 kN[3]。

3）兩幫錨桿：錨桿規(guī)格內(nèi)側(cè)型號為Φ20 mm×2 000 mm玻璃鋼高強錨桿，配套托盤和螺母。配150 mm×150 mm×10 mm高強拱形托盤和高強螺母，為配套產(chǎn)品。鉆孔直徑≤28 mm，K2335和Z2360各一支用作為錨固劑的規(guī)格，玻璃鋼錨桿預(yù)緊力矩不小于60 N·m。錨桿錨固力要大于80 kN。

2.2 二次掘進頂板和兩幫支護參數(shù)

1）頂板錨桿：使用左旋螺紋鋼高強錨桿規(guī)格為Φ20 mm×2 400 mm，專用錨桿鋼材，桿體屈服強度不低于335 MPa，極限強度不低于380 MPa，桿尾螺紋規(guī)格M22，采用滾壓加工工藝成型。匹配規(guī)格120 mm×120 mm×10 mm高強螺母與高強拱形托盤。打鉆時候孔直徑為28 mm，樹脂藥卷規(guī)格為K2335和Z2360各1支，巷道頂板配以金屬網(wǎng)與鋼筋梯子梁來進行輔助支護，其巷道頂部梯子梁有效長度是2 600 mm，規(guī)格Φ14～Φ16 mm的鋼筋自行加工[4]；巷道頂板金屬網(wǎng)型號是2 600 mm×1 100 mm使用菱形網(wǎng)來匹配，相鄰之間網(wǎng)搭接大約100 mm，用鐵絲進行聯(lián)結(jié)。施工時候錨桿預(yù)緊力矩要確保不小于300 N·m且不能大于500 N·m。

2）頂板錨索：采用Φ17.8 mm，長7.3 m的1×7股的高強錨索，錨索的有效長度為7.1 m左右，一排一根，距離巷道中部錨索1 350 mm，與錨桿交錯布置，排距2 000 mm，錨索必須緊跟迎頭施工；施工時候錨索用型號一支K2335，2支型號Z23603樹脂藥卷來進行錨固劑錨固，藥卷理論錨固長度是1.5m,在錨索錨固端1.4 m地方加擋圈，錨索托盤匹配300 mm×300 mm×16 mm的高強球型托盤[5]，施工時候錨索預(yù)緊力應(yīng)≥200 kN。錨索張拉后要對錨桿進行二次緊固。

3）外幫錨桿：煤柱側(cè)采用規(guī)格為Φ20 mm×2 000 mm的高強玻璃鋼錨桿，錨桿托盤采用尺寸不小于120 mm×120 mm×10 mm的配套托盤；錨桿鉆孔直徑28 mm，K2335和Z2360錨固劑各1卷；網(wǎng)片規(guī)格：外側(cè)幫配以塑料拉伸網(wǎng)作為輔助支護，塑料網(wǎng)規(guī)格為2 600 mm×1 100 mm，網(wǎng)孔規(guī)格為40 mm×40 mm，沿巷道軸向相鄰網(wǎng)搭接約100 mm，采用16號鐵絲鈕扣聯(lián)結(jié)，孔孔相連，每扣鐵絲至少擰3圈以上。

2.3 單體支柱加強支護

錨索支護施工完成后，應(yīng)采用單體支柱對頂板加強支護。單體支柱設(shè)置一排，排距2 000 mm，設(shè)置在大斷面切眼正中間。

3 監(jiān)測結(jié)果及分析

為了檢驗大斷面切眼掘進二次支護效果，在大斷面切眼掘進200 m處布置1個觀測點，間隔100 m布置第2個監(jiān)測點來監(jiān)測巷道圍巖變形位移變化情況。圖1為大斷面切眼巷道圍巖位移量圖。由圖1可以看出，測點1和測點2總體變化趨于基本一致。測點1兩幫移近量最大為210 mm，測點2兩幫移近量最大為220 mm，測點1頂?shù)装逡平孔畲鬄?70 mm，測點2頂?shù)装逡平孔畲鬄?60 mm，總的來說，兩測點數(shù)據(jù)表明大斷面切眼在掘進支護后圍巖變形在40 d左右基本趨于穩(wěn)定。對于斷面過大的切眼，往往掘進時要分次掘進，進行分次支護，再用單體支護進行加強支護。才能有效保證工作面大斷面切眼安全掘進。

圖1 大斷面切眼巷道圍巖位移量