大斷面切眼支護技術研究與實踐

馬衛波 張景文

（1.潞安集團古城煤礦，山西 長治 046100；2.中煤五公司第一工程處，江蘇 徐州 221006）

古城煤礦主采3#煤層，煤層厚度平均6.5m，綜采工作面采煤方式為走向長壁綜采放頂煤采煤法。S1303工作面開切眼沿煤層底板掘進，傾斜長度為302.8m，巷道斷面寬為9000mm，高為3800mm，屬于大斷面巷道，頂板管理難度較大，尤其施工至開口48m位置時，巷道揭露DF20的正斷層，落差為3～4m，導致迎頭頂煤冒落高度1.5m，煤體極其破碎，繼續掘進可能存在冒頂危險。

據地測部門預計，巷道前方還存在多個斷層構造。為滿足礦井接替要求，保證開切眼能夠保質保量地如期完成施工，針對此類條件，開展厚煤層大斷面支護技術研究很有必要。

1 開切眼的施工工藝

由于切眼斷面大，留頂煤施工較困難，為優化施工工藝，提高質量標準化管理，擬采用兩次成巷的施工工藝。一次切掘進斷面5300×3800mm，二次切掘進斷面3700×3800mm。

開切眼采用錨網索支護，一次切掘過后采用“單體柱+π型鋼棚”對其頂板進行補強，為二次切頂板提供較好的頂板條件，對二次掘進破碎頂煤進行超前預注漿，確保二次掘進安全。

2 開切眼的支護技術參數

2.1 開切眼支護參數

一次掘進頂板與采空區幫部采用型號為HRB500的Φ22×2400mm的高強螺紋錨桿錨固，工作面幫采用Φ22×2400mm的玻璃鋼錨桿支護，等間距布置方式，頂板間排距為800×800mm，每排布置7根；幫部錨桿間排距為800×800mm，兩幫各布置5根，幫部頂角錨桿距頂板300mm布置。錨索材料為Φ21.8mm×8300mm的鋼絞線，間排距為1600×800mm，按照3-3布置。待一次掘進工作面推過后，超前二次掘進工作面50m處，開始架設一梁兩柱π型梁棚支護，梁長4500mm，棚距800mm，架設在頂板錨桿排距中間，單體柱要求穿鞋帶帽，鞋板規格為250×250×60mm，采用枕木背實棚梁與頂板之間的空隙，確保棚梁接頂到位。二次掘進刷擴時，直接截割掉一次掘進工作面幫的玻璃鋼錨桿，頂板間排距為800×800mm，每排布置5根；工作面幫玻璃鋼錨桿間排距為800×800mm，兩幫各布置5根，錨索間排距為1200×800mm，按照3-3布置（見圖1）。

圖1 開切眼斷面支護圖

2.2 二次掘進破碎頂煤超前預注漿處理

二次掘進開始刷擴至距開口48m時，迎頭揭露DF20正斷層，工作面頂煤特別破碎，錨桿、錨索錨固端不穩定，不能起到應有的錨固效果，無法繼續刷擴，需在一次掘進巷道內進行超前預注漿。

2.2.1 注漿加固材料的性能特征

FSS加固材料應速度塊、初凝時間短、可注性好、黏度低，能很好地滲入到煤巖體細小的裂隙中，極易與煤巖體很好地黏合并快速凝固，使得松軟破碎的煤巖體形成新的網絡狀骨架結構，成為連續完整的固結體。力學試驗表明：標準砂固結體抗壓強度為39MPa，粘結強度為12.7MPa，抗拉強度能夠達到24MPa。

2.2.2 預注漿方案

在二次掘進開始前，在一次掘進工作面幫布置一排注漿鉆孔，參數如下：

（1）鉆孔布置：鉆孔直徑為42mm，角度為上仰角45°，間距為3m，開孔位置在二次刷擴頂板下方1000mm處，總共布置鉆孔80個。由于圍巖破碎程度高，注漿孔成孔效果差，注漿過程中采用鉆桿作為注漿管。注漿孔布置剖面與側視圖如圖2所示。

順著注漿孔方向預埋注漿管。注漿管采用直徑為20mm鋼管制成，注漿管長2.5m，距注漿管外1.35m、1.6m、1.85m、2.1m、2.35m位置處分別打直徑6mm的圓孔，即為漿液出漿孔。注漿管結構示意圖見圖3。在注漿孔開口處使用封孔材料封閉鉆孔防止漏漿。

圖2 注漿孔布置平面、剖面圖

圖3 注漿管結構示意圖（單位：mm）

（2）注漿順序與壓力控制：采用高壓膠管配合雙液注漿泵對松散煤巖體進行預注漿加固。為保證注漿效果，減少串漿，采用間隔跳孔注漿方式，相鄰的間隔注漿孔的漿液擴散形成類似“止漿墻”的具有止漿效果的整體煤體，保證深部鉆孔的注漿效果。注漿壓力值應控制在2～4MPa 范圍內，若注漿過程中發現注漿泵壓力表度數明顯上升時立刻停止注漿。

等待注漿后的煤巖體穩定一段時間后，開始施工二次掘進工作面，嚴格控制二次掘進工作面的最大空頂距。注漿材料FSS將破碎的松散煤巖體重新膠結為具有自身承載能力的錨固體，有效保證二次掘進時頂板的長期穩定。

3 結論

針對大斷面開切眼留頂煤施工過程中頂板管理較困難，提出了采用“錨網索+π型梁棚”的方法來控制頂煤，保證兩次施工的安全。

開切眼二次切巷道采用巷幫預注漿加固后，FSS注漿材料能夠很好地滲入到頂板煤巖體中，重新將破碎松散煤巖體膠結為具備自身承載的錨固體，頂板變形得到有效控制，能夠滿足巷道的穩定性要求。