切眼大斷面支護設計及頂板管理應用與分析

侯君朝

（山西蘭花科創玉溪煤礦有限責任公司,山西 晉城 048100）

1 工程概況

1301工作面切眼位于玉溪井田東南部，二疊系下統山西組，南側為1301工作面輔運、膠帶順槽，北側為1301工作面回風1、2、3巷，東側為1301工作面聯絡巷，西側為未開采區域。工作面設計長度200m，設計斷面為矩形，其中南北兩端各12m巷道斷面設計掘寬9500mm，掘高4000mm，中間段176m斷面設計掘寬為9000mm，掘高為4000mm。

1301工作面切眼沿3號煤層頂板掘進，工作面老頂為細粒砂巖，厚度約4.5m；直接頂為泥巖，厚度約1.1m；老底為粉砂巖，厚度約3.0m。

2 支護設計研究

2.1 工程類比法

工程類比法是將圍巖條件與同等條件下巷道成功支護經驗聯系起來，做出準確的支護設計[1][2]，根據巷道圍巖條件及施工經驗支護方案見表1。

2.2 矩形巷道框型錨固結構

工程實踐以及有關的相似材料模擬實驗研究表明，當巷道采用普通錨固結構方式進行錨桿支護時，如圖1所示，在頂板和兩幫中形成的錨固結構是彼此獨立的，二者的結合部（巷道兩個頂角范圍）是穩定性控制的薄弱環節[3]。

表1 巷道頂板錨桿基本支護形式與主要參數選擇

為加強頂板和兩幫結合部支護強度，采用框形錨固結構，如圖2所示，從機理上看，頂、幫靠近頂角處的錨桿在安裝時各自向外側和上方偏轉適當角度后，在錨桿預緊力的作用下，頂角范圍內的圍巖受橫向擠壓作用使它們成為錨固結構的一部分，從而使頂板錨固結構和兩幫錨固結構聯結為一個整體[4]。框形整體錨固結構可將頂板和兩幫錨固結構聯結為一個整體，克服了普通錨固結構圍巖控制的不足，同時還注重巷道底角圍巖的控制，對玉溪煤礦1301工作面切眼圍巖控制具有良好的適應性。

圖1 普通錨固結構圍巖控制薄弱環節

圖2 框形整體錨固結構圍巖控制機理示意圖

2.3 支護方式選擇

玉溪煤礦1301工作面切眼埋深在550m左右，巷道圍巖屬于Ⅳ類不穩定圍巖。針對玉溪煤礦1301工作面切眼地質及生產技術條件，確定采用錨網索+W鋼帶+鋼筋梯子梁聯合支護方式。

3 支護方案

3.1 支護材料

1）巷道頂板及非采幫錨桿采用Φ22mm×2400mm高強度螺紋鋼錨桿，每根錨桿選用K2335、Z2360錨固劑各一支，配套使用150×150×10mm的托盤。

2）采幫支護錨桿采用玻璃鋼樹脂錨桿，規格采用Φ22mm×2000mm，錨固劑選用一支Z2360樹脂藥卷，錨固長度763mm，使用玻璃鋼配套托盤和250×150×500mm的木托盤。

3）頂板及非采幫網片為10號鐵絲編織的網孔規格為50×50mm的金屬菱形網。

4）采幫鋪設礦用阻燃塑料網，規格型號：PP180MS，帶寬不小于14.5mm，帶厚不小于0.9mm。

5）錨索采用Φ21.8mm～8300mm高強度低松弛高預應力鋼絞線，每根錨索選用1支K2335、2支Z2360錨固劑，W護板托盤規格為 300×280×14mm。

6）鋼筋梯子梁采用φ14mm圓鋼制作，寬度80m。

7）頂板W鋼帶厚2.5mm，寬280mm。

3.2 支護參數

支護參數具體詳見表2和圖3。

表2 1301工作面切眼支護參數表

圖3 1301工作面切眼支護斷面圖

4 頂板管理措施

4.1 導硐法施工

切眼斷面為矩形，其中南北兩端各12m巷道斷面設計掘寬9.5m，掘高4m，中間段176m斷面設計掘寬為9m，掘高為4m。根據巷道斷面及生產條件，采用導硐法施工[5]，9.5m寬斷面先掘5m，后刷4.5m；9m寬斷面先掘4.5m，后刷4.5m。

4.2 雙排點柱

為保證施工安全，刷擴期間打設雙排點柱，排距1.8m，矩形布置。第一組木點柱距離巷道采幫1.5m，滯后工作面不能超過25m，第二組木點柱距離巷道非采幫3m，超前工作面20m。木點柱直徑不小于250mm，長4.3～4.5m，穿鞋戴帽。木鞋及木帽規格為420×230×50mm。

5 支護效果分析

通過頂板離層儀、錨索壓力表和巷道圍巖移進量進行監測，根據施工完成后3個月的觀測情況，錨索壓力表無明顯變化，頂板離層儀最大值為15mm，巷道圍巖變形量控制在25mm以內，且逐步穩定，支護效果良好，變形量情況如圖4。

圖4 巷道變形情況

6 結 論

玉溪煤礦1301工作面切眼埋深在550m左右，巷道斷面在36m2～38m2，通過以工程類比法為主，輔以矩形巷道框型錨固結構的分析，采用錨網索+W鋼帶+鋼筋梯子梁聯合支護方式有效的控制了巷道圍巖變形。針對大斷面、高地應力的特點，施工中采用導硐法、雙排點柱、復合頂板檢測等措施，大大提高了頂板管理水平，保證了頂板管理安全，為同類條件巷道施工提供了借鑒經驗。