綜采工作面大斷面全煤切眼支護技術實踐

張 勇

（山西能源學院 采礦工程系，山西 太原 030600）

工作面切眼支護質量是確保切眼掘進和綜采設備安裝效率的重要基礎，特別對于圍巖條件差的切眼，更應科學合理的選擇支護方法［1］。梨園礦所采煤層為二1煤層，煤層均厚4.5 m，因煤層較厚，在布置切眼時往往會留有2 m左右的頂煤，且直接頂為泥巖，穩定性較差，故以往在選擇支護時多采用被動式架棚支護，雖然支護強度大，但因施工時的動壓影響，棚子容易扭斜變形，且在安裝設備時需要對棚子進行回收，費時費力。為了提高工作面單產，支架型號選擇為ZY8000/25/50D，根據支架尺寸要求，21190工作面切眼采用大跨度，寬度為8.5 m，高度為3.7 m的大跨度切眼，為提高巷道掘進和設備安裝效率，決定采用錨網索支護，局部條件較差地段采用架設U型鋼棚支護。通過該支護方式的實施，切眼圍巖收斂變形得到了有效控制，為切眼掘進和綜采設備安裝提供了有利條件。

1 切眼概況

21190工作面東部為采區保護煤柱，南部為21170工作面采空區，北部和西部為實體煤。工作面所采煤層為二1煤層傾角平均為7°，屬于穩定可采厚煤層。工作面直接頂為厚0.28～1.13 m的泥巖，基本頂為厚3.44～16.65 m的砂巖，直接底為厚0～1.3 m的粉砂巖，基本底為厚1.1～14.2 m的粉細砂巖。地質結構相對復雜，整體處于一單斜構造，在掘進過程中揭露多條斷層，且派生小斷層發育，圍巖整體屬于Ⅲ類，中等穩定，預計巷道頂底板收斂率為10%～20%。根據切眼的地質條件和斷石情況，決定采用錨網索支護，局部異常地帶采用U29型鋼拱形棚支護。

2 傳統架棚支護利弊分析

以往的綜采工作面切眼支護多采用工字鋼梯形棚支護和U型鋼拱形棚子支護，屬于被動式支護，支護強度大，在頂板條件差、礦壓壓力顯現明顯、支護難度大的切眼巷道應用效果較好。架棚支護投資成本較高，需要投入大量的人力和物力，職工勞動強度大、施工速度緩慢，對于巷道高效施工不利。在切眼選用架棚支護時，巷道掘進過程中的導硐和刷幫時圍巖應力重新分布，造成上部頂板和頂煤的強度整體性和自承載能力大幅度降低，特別是在支護前期的等壓期間，巷道圍巖破碎會進一步加劇，若巷道成型質量差時，棚架會因頂底和兩幫受力不均出現扭曲變形等［2-3］。在切眼巷道采取架棚支護后，設備安裝期間還牽涉到棚子的回收、臨時支護等問題。因此，工作效率低、勞動強度大，不利于提高工作面的安裝效率。

3 切眼支護實踐

3.1 正常地段支護

錨網索支護屬利用錨桿或錨索的懸吊理論和組合拱理論，當頂板條件較好、巖性致密堅硬，可充分利用其懸吊作用，當頂板破碎、礦壓大采用其組合拱作用加以支護，對頂板和兩幫鋪網可以充分的進行護幫和護頂［4］。切眼錨網索支護可通過預緊力對切眼圍巖形成主動支護力，促使外部巖體在錨桿或錨索作用下承受壓力，進而降低巷道表面圍巖變形，且錨網索支護具有一定的讓壓作用，可避免巷道圍巖變形造成支護體系失效，同時，錨網索支護施工速度快、投資成本低、不影響工作面設備安裝和試采。鑒于此，同時結合工作面圍巖特性及切眼頂煤厚度等因素決定在切眼實施錨網索支護，見圖1。

（1）切眼兩幫支護：選用規格Φ20 mm×2400 mm的左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，錨桿間排距為800 mm×800 mm，每根錨桿采用K2350、CK2350樹脂錨固劑各一支進行錨固，錨固力要求不低于75 kN，錨盤選用Φ120 mm的圓鋼托盤，金屬網選用由10#鐵絲編制的孔格50 mm×50 mm的菱形網，網片壓茬100 mm，每隔200 mm用14#鐵絲雙股綁扎牢固。

（2）頂板支護：選用規格Φ20 mm×2800 mm等強樹脂錨桿，錨桿間排距為800 mm×800 mm，每根錨桿采用1根Z2550樹脂錨固劑進行錨固，錨固力要求不低于75 kN，錨盤選用Φ120 mm的圓鋼托盤。錨索選用Φ17.8 mm×8300 mm的鋼絞繩，錨索間排距為1600 mm×1600 mm，錨索盤規格（長×寬×厚）為200 mm×200 mm×10 mm的方托盤，每根錨索采用1根K2550及2根Z2550樹脂錨固劑，要求預緊力不低于150 kN，錨索配合W鋼帶支護，鋼帶規格（長×寬）為3400 mm×180 mm，頂網與幫網規格相同。考慮到切眼跨度較大，決定在切眼中部布置兩趟托棚，托棚采用單體柱配合11#礦工鋼進行架設，托棚間距為600 mm，每趟托棚單體柱間距為800 mm，要求單體柱初撐力不低于90 kN，單體柱要求有防倒裝置。

圖1 21190工作面切眼正常地段支護

3.2 異常地段支護

因受構造和頂板淋水影響，21190工作面切眼個別地段圍巖條件較差，頂板破碎程度較高，采用錨網索支護難以達到預期支護目的，鑒于此，決定采用U29型鋼架棚支護，棚子中寬4215 mm，高3200 mm，棚距700 mm，棚腿扎角78°，棚腿與梁搭接長度為500 mm，搭接處采用2副卡纜進行固定，在局部壓力較大地點卡纜數量可適當增加，相鄰棚子卡纜間采用連接板進行固定，棚子與圍巖間采用半圓木進行背實。工作面架棚支護參數見圖2。

圖2 21190工作面切眼異常地段支護(單位/mm)

3.3 支護效果分析

為了掌握21190工作面切眼支護效果，在掘進施工過程中每隔20 m布置1個十字交叉觀測點，安排專人每班對巷道收斂變形進行觀測。錨網索支護地段觀測結果顯示，巷道收斂變形主要發生在距離掘進工作面50 m范圍，兩幫收斂累計變形平均為245 mm，頂底收斂累計變形平均為103 mm，其中80%的收斂變形量發生在距離掘進工作面20m范圍內，兩幫收斂變形量為173 mm，約占總變形量的71%，頂底收斂變形量為69 mm，約占總變形量的67%。U型鋼棚支護段觀測結果顯示，兩幫收縮量為35 mm，頂底板收縮量為17 mm，變形量基本可忽略。

4 結語

切眼支護質量直接影響著巷道掘進效率和工作面綜采設備的安裝是否順利。根據21190工作面的圍巖特性和地質條件，在正常地段和異常地段分別采用錨網索主動支護和架棚被動支護，有效的控制了切眼巷道收斂變形，提高了巷道圍巖的穩定性和自承載能力。21190工作面切眼支護實踐也表明，在進行切眼支護時要充分考慮每種支護方式的利弊，要取其利、去其弊，對于切眼支護根據地質條件和圍巖特性選擇多種支護方式并行不失為切眼支護的有效手段。