薄煤層托夾矸掘進支護技術的實踐

張 沖

（山西焦煤集團西山煤電官地礦，山西 太原 030000）

官地礦薄煤層半煤巖巷道托夾矸掘進時，由于頂板泥巖的自穩能力較差，施工過程中破壞了直接頂泥巖的完整性，特別是在爆破掘進時，需要把部分未掘泥巖懸吊，增加了巷道掘進支護工作的難度。在保證經濟、安全的前提下，優化巷道支護參數，提高了巷道圍巖穩定性，滿足礦井安全生產需要。

1 工程概況

官地礦主采煤層為12下煤，煤層平均厚度為1.3m。直接頂為夾矸和12上煤，夾矸厚度0.8～3.0m，平均2.1m，12上煤平均厚0.4m；基本頂為七灰。在布置回采、準備巷道時均沿12煤頂底板七灰、八灰全斷面掘進，巷道高度4.0m以上。由于巷道高、斷面大，出矸量多，掘進效率低，掘進及洗矸費用較高。礦井曾嘗試在布置工作面順槽時托夾矸掘進，但因支護參數選擇不當，支護強度不夠，造成巷道局部發生漏頂事故，影響施工安全。因此對礦井41201兩順槽進行了托夾矸掘進支護試驗，對支護參數進行了優化調整，取得了一定效果。

2 巷道斷面形狀及尺寸確定

半煤巖巷托夾矸掘進巷道斷面形狀有矩形和拱形，根據巷道圍巖受力、變形規律及夾矸破除量，確定采用直墻圓弧拱形斷面。托夾矸掘進巷道斷面尺寸必須滿足工作面通風、行人、運輸的需要，同時必須考慮支護成本、施工效率及出矸量。經分析論證，將巷道斷面規格確定為：凈寬2.6m，凈高2.5m，其中墻高為1.5m，圓弧拱高為1.0m。

3 優化掘進施工工藝

托夾矸掘進工作面，爆破、臨時支護等工藝對夾矸頂板的完整性、穩定性影響較大，是對頂板進行有效控制的關鍵。因此優化調整爆破、臨時支護等施工工藝是保證托夾矸掘進工作面支護效果的關鍵。

3.1 光面爆破

半煤巖巷托夾矸掘進工作面爆破后，夾矸完整性受到破壞。巷道頂板所留設的部分夾矸由于巷道成巷較差，造成頂板支護困難，因此必須確定合理的光面爆破巷道拱部周邊眼參數。夾矸段周邊眼應加空心眼不裝藥，炮眼間距為200～250mm。周邊眼采用細藥卷不耦合裝藥，炮眼直徑為32mm，采用細藥卷直徑為20mm（原藥卷為27mm），其不耦合系數為1.6，不耦合系數值越大，周邊眼留下半邊眼痕越多，光爆效果越好。炮眼采用眼底集中空氣柱裝藥，裝藥時先將藥卷裝入眼底，再裝入小塊炮泥，最后在眼口用長度不小于300mm炮泥塞緊。為了減小爆破對留設巖體的震動，將拱部周邊眼裝藥量調整為200g（1卷）。

3.2 臨時支護方式的優化

工作面爆破后，必須及時對頂部留設（夾矸）巖體進行控制，防止其冒落造成托夾矸失敗。爆破后及時使用臨時支護對頂板進行控制，減小循環進尺，將其調整為1.6m，縮小托矸頂板巖體的空頂距離及時間。

托夾矸掘進時，臨時支護方式的選擇尤為重要。原前探梁（板）方式對拱部頂板支護效果不好，因此托夾矸掘進工作面臨時支護形式采用單體液壓支柱配合木板。單體液壓支柱采用兩棵輕型DN28，柱距為1.3m，初撐力不低于4MPa；木板規格為長×寬×高=1500mm×250mm×50mm，木板敷設在金屬網下方充分接實頂板，單體液壓支柱必須打到實底、牢固有力。

4 錨網索耦合支護技術

4.1 錨網初次耦合支護

巷道托夾矸掘進后，首先實施初次耦合支護，初次耦合支護巷道圍巖變形的釋放通過使用復合托盤來實現。復合托盤即鐵托盤內加木托盤，木托盤面積大于鐵托盤，厚度一般可取20～60mm。支護參數設定如下：

（1）錨桿：全螺紋錨桿，頂部為直徑18mm、長度2100mm，幫部為直徑18mm、長度1700mm，間排距為800mm。

（2）樹脂錨固劑：樹脂錨固劑直徑為25mm，長度為500mm，錯固劑型號為CK255，每根錨桿配一塊錨固劑。

（3）金屬網：幫網采用Φ4mm鋼筋編織的經緯網，金屬網的規格為長×寬=2000mm×900mm，網孔為70mm×70mm；頂網采用冷拔絲編織的焊網，焊網為長×寬=2000mm×900mm，網孔為60mm×60mm。交接處采用搭接，搭接寬度為1個網格，金屬網扣連接使用16#鍍鋅鐵絲雙股雙排扣菱形綁扎，聯網扣間距不大于200mm。

（4）錨桿托盤：錨桿托盤為復合托盤，外托盤為8mm厚的正方形鋼板，中部壓制成弧形，規格為長×寬=150m×150m，內為木托盤，長×寬×厚=170mm×170mm×25mm。

4.2 錨索二次耦合支護

初次耦合支護后，根據巷道圍巖的變形特征，巷道頂底板、兩幫移近量以及錨桿應力的監測來實施二次耦合支護。支護參數設定如下：

（1）錨索采用15.24mm鋼絞線，長度為5000mm，外露長度150～250mm，采用樹脂藥卷端頭錨固，每根錨索配2卷CK2550型樹脂錨固劑，錨索間距為3000mm，沿巷道走向單排布置。

（2）錨索梁使用11#工字鋼制作，長度800mm。

（3）施工過程中緊跟迎頭實施錨索支護，其預應力為100kN。

巷道支護設計圖見圖1所示。

圖1 巷道支護斷面示意圖

5 支護效果檢測

托夾矸巷道支護參數確定后，必須及時通過檢測設備對現場支護效果進行檢測。通過檢測結果信息反饋，不斷對支護參數進行調整、優化，使現場支護能滿足安全、經濟的要求。

5.1 頂板離層檢測

托夾矸掘進工作面如果支護強度不能滿足要求，會造成頂板離層變形，發生漏頂、冒頂事故。掘進工作面支護完成后，安設KGE30B頂板離層指示儀對頂板離層情況進行動態觀測，頂板離層儀每50m安設一組，每5d觀測一次，對每次觀測結果進行記錄分析，發現異常時必須及時對支護參數進行調整。

對觀測結果分析可知，頂板變形量在20～25d時達到最大值，在25d后頂板變形趨于穩定。設計頂板變形量為20mm，實測頂板最大變形量為10mm，頂板離層變形量在可控范圍內，頂板支護強度滿足支護要求。

5.2 錨桿工作阻力檢測

托夾矸掘進工作面錨桿工作狀態和安裝質量的檢測是錨桿支護中的一項基本工作。施工現場在頂板安設MJ-40錨桿測力計，測力計每20m安設會出現預應力松弛，錯組，每3d觀測一次，對每次觀測結果進行記錄分析，及時對錨桿支護參數進行優化、調整。

對觀測結果分析可知，錨桿工作阻力在15～18d時達到最大值，在18d后錨桿軸向工作阻力趨于穩定。設計錨桿錨固力為100kN，實測最大工作阻力為85kN，錨桿支護強度能滿足支護要求。

6 結語

對托夾矸掘進現場施工及支護工藝、支護參數進行優化調整，通過對巖層變形量、支護工作阻力等支護效果參數進行檢測，支護強度能滿足安全、經濟施工要求，托夾矸掘進施工效率提高了20%以上，減少了掘進出矸量，提高了煤質。