厚煤層大斷面切眼支護及監控技術

韓景輝

（大同煤礦集團宏泰礦山工程建設有限責任公司，山西 大同 037003）

大同塔山煤礦現開采石炭系太原組 3～5號煤層，煤層節理裂隙發育，受掘進的擾動，煤體呈現層狀碎裂甚至散體結構，加上地應力較大，支護非常困難，特別是切眼施工，跨度大的切眼施工，極易發生頂板離層和冒頂。因此優化巷道設計對塔山礦的生產具有重要的現實意義。在厚煤層中掘進大斷面巷道，解決巷道變形大、整體穩定性差的問題顯得尤為重要。

1 工程概況

8112工作面位于塔山礦一盤區西部，東鄰8111回采工作面，南與1070回風巷為界，聯通1070皮帶巷、輔運巷。西部為三盤區大巷，北至口泉鐵路保護煤柱。上覆為山4號層8105采空區，與3～5號層層間距為18～53m，平均35m。切眼巷道斷面全寬9100mm，全高3700mm。地坪厚度200mm，頂板、古塘幫噴漿厚度120mm，混凝土強度C20。

8112工作面頭部為一單斜構造，尾部形成一個兩邊高中間低的向斜區域。煤層傾角1～2°，平均2°，煤層走向西南～北東，傾向北西，局部傾向東南。傾角1°。煤層結構復雜，3～5號煤層分叉為3-1、3-2～5號層，3-1號煤層厚度為0.40～1.56m，平均0.94m，與3-2～5號煤層間距在2.20～5.95m之間，平均3.57m。3-2～5號層利用厚度為9.60～12.82m，平均11.86m。煤層中含4～12層夾矸，平均9層，厚度為3.06m，巖性為灰黑色炭質泥巖、泥巖、灰褐色高齡巖。基本頂巖性為灰白色礫巖、粗砂巖。直接頂巖性自下而上為灰黑色、深灰色，砂質泥巖（泥巖下部局部夾有粉砂巖）。

2 施工方法

2.1 巷道施工方法

采用掘進機組沿煤層底板掘進，掘進時以斷面5000×3700mm（全寬×全高）掘進古塘側。掘進時采用機組割煤、出矸，皮帶運輸煤矸。

2.2 巷道開口

巷道采用掘進機割煤開口，5112巷掘進到8112切巷南幫后向前掘進9.1m至掘出交岔點，8112切巷使用掘進機于5112巷左幫開口，交岔點處施工4排組組合錨索，每排3組，組合錨索間距1600mm，排距1800mm；5112巷自切巷南幫往外5.4m范圍內施工8組組合錨索，組合錨索排距1800mm、間距2000mm。必須支護到位，初噴緊跟至工作面。

2.3 交岔點施工

5112順槽掘進至切巷開刀幫后，為方便機組進出，切巷轉角處施工2×2m搬角。交岔點處使用組合錨索加強支護。搬角處如空頂過大，根據現場實際另行增加組合錨索加強支護。因后期施工調向硐室需要，交岔點處5112巷前掘方向右幫使用Ф22×2000mm玻璃鋼錨桿支護。

3 支護設計參數

3.1 掘進支護形式

掘進時頂錨桿規格為Ф22×2500mm左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，配合使用規格為4800×280×3.75mm的W鋼帶、150×150×10mm高強球型托盤，每排6根，排間距900×900mm，頂板鋪100×100mm網格金屬網。古塘幫支護使用規格為Ф22×2000mm的左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，配合使用450×280×4.75mm鋼護板、150×150×10mm高強球型托盤，鋪100×100mm網格金屬網，每排4根。待擴幫側支護使用規格為Ф22×2000mm的玻璃鋼錨桿、Ф200×15mm托板，鋪單層塑料網，排間距900×900mm。錨索材質為強度不低于1860MPa鋼絞線，錨索規格Ф21.8×8300mm，排間距1800×1600mm，每排3根，配合使用3600×330×6mm JW鋼帶及配套托盤。組合錨索排間距3600×2200mm，每排2組，每組組合錨索使用規格為Ф21.8×10300mm鋼絞線1根，Ф21.8×8300mm、Ф21.8×6300mm鋼絞線各2根成對角線布置。

巷道頂板、古塘側噴漿，噴漿厚度120mm，鋪底厚度200mm。巷道鋪底完成后，沿切巷方向（斷面5.0×3.7m）支設1排單體支柱和1排木垛，單體支柱柱距1600mm，單體支柱支設于待擴幫側，距切巷中心線1200mm。木垛從里往外支設，成“井”字形搭設，木垛規格2×1.6m，垛距10m，木垛中心線靠待擴幫側距切巷中心線200mm。

單體液壓支柱初承力必須達到11.5MPa（90kN）,柱帽為金屬柱帽；梁及單體支柱要用鉛絲與頂網固定牢固，防止單體支柱泄液傷人；單體支柱缺液及時補充，損壞單體支柱及時更換，單體支柱之間使用抱箍、扁鐵聯接。

3.2 擴幫側支護形式

擴幫時以斷面4100×3700mm（寬×高）擴刷采煤幫，頂錨桿規格為Ф22×2500mm左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，配合使用規格為2800×280×3.75mm的W鋼帶、150×150×10mm高強球型托盤，每排5根，排間距900×900mm，頂板鋪100×100mm網格金屬網。采煤幫支護使用規格為Ф22×2000mm的玻璃鋼錨桿、Ф200×15mm托板，鋪單層塑料網，排間距900×900mm。

4 礦壓監測

4.1 監測方法

使用YHW300型圍巖位移測定儀（頂板離層儀）觀測巷道頂板離層情況。在8112巷每隔50m安裝一臺YHW300型圍巖位移測定儀（頂板離層儀），安裝在巷道中部，硐室、大斷面等特殊情況，應選擇在斷面中部安裝離層儀。離層儀鉆孔孔深不得小于8m，安裝離層儀時，先安裝深基點至孔底，后安裝淺基點至孔深2.7m位置。交岔點、特殊地質構造等區域再增設頂板離層儀。派專人定期對離層儀進行讀數并記錄。統計的下沉量見圖1。

圖1 頂板下沉曲線

4.2 監測結果分析

數據顯示，巷道在開挖時頂板開始下沉，初期下沉量較大，逐步減緩，經過幾天下沉加速期后，頂板下沉趨于穩定。巷道下沉趨于穩定約需要13d左右，下沉最大位移量為22.3mm。因此針對此巷道設計的錨網索的支護方法對巷道變形的控制非常有效。

5 結論

錨網索的支護方法可以有效地控制圍巖的變形，且施工簡單，經濟效果好。厚煤層大斷面開切眼的圍巖變形量和破裂范圍都很大，應及時對巷道施加支護，特別是硐室、巷道連接位置跨度更大，及時支護可以改善圍巖的應力狀態，提高圍巖自身的承載能力和殘余強度。