綜采工作面大跨度切眼支護實踐研究

張紅斌

（山西蘭花科技創業股份有限公司， 山西 晉城 048400）

科學合理確定綜采面切眼的支護方式是確保切眼支護質量、提高掘進速度、降低勞動強度、確保綜采設備快速安裝的重要基礎，因此，在選擇切眼支護方式時，要充分考慮切眼的圍巖特性、切眼斷面尺寸等基本條件。以往綜采工作面切眼寬度多不超過6.5 m，采用架棚支護，為了提高工作面回采效率，決定在3103工作面引進ZY76000/18/42D型支架，該支架要求切眼寬度不低于8.5 m，架棚支護施工速度慢，大跨度支護效果較差，屬于被動式支護，為了滿足大跨度切眼支護要求，確保支護質量，綜合考慮決定實施“錨索網+托棚”支護方式，在局部頂板較差處采用梯形棚支護。3103工作面切眼新支護實踐表明，采用該支護方式切眼施工速度快，能夠有效控制切眼圍巖變形，可滿足設備安裝需求。

1 切眼概況

3103工作面北鄰3105工作面采空區，南部為3101工作面采空區，西部為采區集中巷道，東部為邊界保護煤柱。工作面所采煤層為山西組3號煤層，煤層厚度為3～4.1 m，平均為3.2 m，中間含有1層均厚 0.2 m 的夾矸，煤層傾角為 6～11°，平均為 6.9°，為穩定可采厚煤層。3103工作面直接頂為均厚3.2 m的砂質泥巖，基本頂為均厚4.1 m的中-粗粒砂巖，直接底為均厚3.1 m的泥巖-砂質泥巖，基本底為均厚2.6 m的粗粒砂巖。根據圍巖力學試驗可知，直接頂抗壓強度平均為17.2 MPa，基本頂抗壓強度平均為34 MPa，屬于較穩定頂板，但是受到斷層等構造的影響，局部頂板破碎。3103工作面切眼設計長度為210 m，根據選用支架型號，切眼設計斷面（寬×高）為8500 mm×3800 mm。鑒于頂板整體狀況，決定采用長短錨索配合金屬網對切眼進行支護，局部頂板破碎地帶，采用架設U型鋼棚進行支護。

2 傳統支護方案利弊分析

以往礦井工作面切眼均采用架設梯形棚支護，切眼設計棚子中寬一般不超過6.5 m，高度不超過3.2 m，在架設梯形棚后，在距離煤墻側2 m布置金屬單體柱沿傾向架設托棚進行加強支護。架棚支護屬于被動式支護，其優點是支護強度大、抗壓效果好、材料回收利用率高、巷道成型效果好，其缺點是職工勞動強度大、掘進速度慢、人工成本高。切眼采用架棚支護，在綜采工作面安裝過程中需要對梯形棚進行回收，影響安裝進度，且在回撤梯形棚時存在一定的安全隱患，不利于高效掘進和安裝[1-2]。另外，架棚支護不能主動給予巷道以支護作用，不能有效抑制頂板前期離層和巷道收縮，巷道穩定性較差[3-4]。

3 大跨度切眼支護方案的選擇

鑒于梯形棚支護切眼存在諸多弊端，且對于大跨度斷面而言，頂梁對于頂板支護作用有限，若不在頂梁進行補強支護，容易造成頂梁彎曲下沉，降低梯形棚支護效果，因此針對于3103工作面切眼，有必要尋求新的支護方式。錨索支護作用主要是懸吊、組合梁和組合拱作用，能夠將巷道頂板與上部堅固巖層穩定在一起，相比于錨桿支護而言，其抗破斷力大、錨固深度大，配合金屬網能夠促使支護體系形成一個整體，對巷道支護效果較好。同時考慮到3103工作面兩側均為采空區，工作面屬于孤島工作面，礦壓顯現明顯，為了加強支護效果，決定對工作面切眼實施錨索網配合傾向托棚支護，其中頂板采用長短錨索支護，兩幫采用短錨索支護，對于頂板穩定性較差、易出現頂板失穩地段采用架設梯形棚支護。

1）錨索網+托棚支護。對于巷道條件較好地帶采用錨索網+托棚支護。頂板長錨索選用規格Φ17.8 mm×7600 mm的鋼絞繩，頂板和兩幫短錨索選用規格17.8 mm×4000 mm的鋼絞繩，要求長錨索間排距為1600mm×1600mm，短錨索間排距為800 mm×800 mm，長短錨索均配備規格200 mm×200 mm×12 mm的鋼托棚。要求每根錨索采用1卷CK23/25型錨固劑和2卷MSK23/60型錨固劑進行錨固，其中長錨索要求預緊力不低于120 kN，短錨索要求預緊力不低于100 kN。切眼頂板和兩幫所用網片選用規格為1.2 m×0.8 m，網孔為80 mm×80 mm的金屬網，金屬網搭接要求不低于200 mm，搭接處用鐵絲捆扎牢固。3103工作面切眼采用刷巷的形式進行掘進，即首次掘進斷面寬度為5.5 m，掘進施工完畢后，從兩巷進行刷巷，刷巷寬度為3.0 m，巷道成型最終凈寬為7.5 m。錨網索支護要求實時跟進，最大控頂距和最小控頂距為1.2 m和0.4 m。在第一次掘進過程中，每掘進5 m，即沿掘進方向在距離老空側4.5 m處架設兩列傾向托棚，托棚為單體柱配合長3 m的11號礦工鋼，要求“一梁三柱”，且單體柱初撐力不低于90 kN，托棚間距為150 mm。3103工作面切眼錨索網+托棚支護參數具體見圖1所示。

圖1 3103工作面切眼錨索網+托棚支護示意圖（mm）

2）架棚支護。受到斷層等構造的影響，局部巷道頂板較破碎，上部穩定巖層遭到破壞，且存在一定的離層現象，若采用錨索支護，則難以達到預期支護效果。此時，根據巷道實際采用架設梯形棚支護，考慮到切眼跨度較大，在首次掘進過程中頂梁采用長5.5 m的11號礦工鋼進行架設梯形棚，在刷巷后頂梁采用長4 m的礦工鋼進行架設梯形棚，相當于頂梁交叉使用1.0 m。考慮到梯形棚屬于被動支護，若與巷道圍巖存在空間較大，梯形棚難以及時對圍巖形成有效支護，梯形棚先期處于等壓狀態，不利于巷道支護，因此，在架棚支護時要采用背板、網片等將頂板和兩幫背實。

4 支護效果分析

3103工作面為礦井首個大跨度切眼，為掌握新支護方式下的切眼支護效果，在掘進施工過程中每隔30 m布置1個測點進行巷道收斂變形觀測。觀測結果顯示，錨索網支護段巷道變形主要發生在距掘進工作面40 m范圍內，兩幫累計移近量和頂底板移近量分別平均為260 mm和136 mm，主要影響范圍為距掘進工作面25 m范圍內，兩幫和頂底移近量分別約占總移近量的78%和69%，整體來看巷道支護效果較好，能夠滿足設備安裝需要；架棚段巷道整體變形較小，局部存在頂梁出現輕微彎曲下沉現象，平均下沉量僅為12 mm，不影響設備安裝。為了了解“錨索網+托棚”支護對頂板支護效果，向頂板上方布置鉆孔采用頂板窺視儀進行觀測，結果顯示，僅在頂板上方2～3 m出現頂板離層現象，離層量平均為3 mm左右，說明采用“錨索網+托棚”支護對頂板支護效果較好。

5 結語

切眼支護方式的選擇關乎著切眼支護質量和綜采設備是否順利安裝，同時，選擇合理的支護方式還有利于提高切眼掘進速度，可有效緩解采掘接替。在選擇切眼支護方式時，要充分考慮切眼圍巖特性、切眼斷面尺寸，同時要考慮到不同支護方式的利弊，最終決定采用何種支護手段。3103工作面大跨度切眼采用采用“錨索網+托棚”支護和局部采用架棚支護有效保證了切眼的支護質量，相比于架棚支護掘進施工提前了17 d，設備安裝速度相比于架棚支護條件下提前了8 d，經濟效益顯著。