厚煤層綜放工作面大斷面切眼支護實踐研究

秦會錦

（山西潞安集團臨汾分公司，山西 臨汾 041000）

綜放工作面所采煤層較厚，在滿足綜放設備安裝尺寸條件下，會預留一定厚度的頂煤。但是因受切眼施工、煤巖特性和地質條件的影響，頂煤強度和完整性會下降，特別是對于頂板圍巖條件差、煤層節理裂隙發育的切眼，支護難度較大。傳統的綜放工作面切眼多采用先掘主切眼，而后進行副切眼的刷大，切眼的支護多采用架棚支護。綜放工作面在進行主切眼掘進和刷切眼時均需要架棚，施工繁瑣，且棚架在巷道施工成型較差時易出現棚子變形、扭斜等問題，影響切眼支護效果；在安設綜采設備時，需要對棚架進行回撤，不利于高效快速安裝[1-4]。山西潞安集團余吾煤業以往切眼多采用架設11#礦工鋼支護，為了克服架棚支護弊端，提高切眼施工和設備安裝速度，在1205放頂煤工作面切眼實施錨網索支護，局部破碎地帶采用架設U型鋼棚支護，取得了較好的支護效果。

1 工作面切眼概況

1205工作面位于北一采區，工作面所采煤層為山西組3#煤層，煤層厚6.0～7.0m，平均為6.6m，中部含有一層均厚0.15m的夾矸，工作面傾角為3°～4.5°，平均為3.7°，整體呈現西低東高形態。1205工作面設計可采走向長度為1024m，傾向長度為301m，采用放頂煤開采，采放比為1:1.2。工作面所采3#煤層煤體松軟，節理裂隙發育，偽頂為均厚0.4m的灰黑色含砂泥巖，直接頂為均厚3.5m的深灰色泥巖-粉砂質泥巖，基本頂為均厚14.2m的細中粒砂巖，直接底為均厚1.8m的砂質泥巖，基本底為均厚2.1m的粉細粒砂巖。工作面切眼設計尺寸（高×寬）3700mm×8500mm，采用錨網索支護；局部圍巖條件較差地段采用架設U型鋼棚子支護，設計尺寸（高×寬）3600mm×8200mm。

2 架棚支護弊端分析

放頂煤工作面采用架棚支護，屬于被動支護，其優點是抗壓強度大，對巷道條件適應性較好；缺點是施工繁瑣，勞動強度大，不利于高效掘進，且在安裝綜采設備時需要對棚子進行回撤，存在回撤風險，不利于安全高效安裝。

架棚支護在支護前期與巷道圍巖接觸不實，處于等壓狀態，這樣易造成支護初期巷道圍巖處于弱支護或者無支護狀態，引發圍巖離層和變形，尤其對于圍巖條件較差的巷道和煤巷，易出現頂板變形破壞。圍巖變形破壞促使巷道成型較差，致使棚子與圍巖接觸較差，受力不均，出現棚子扭曲變形，不利于棚架對圍巖形成及時有效的支護。

3 支護方案的確定

3.1 正常地段錨網索支護

錨網索支護屬主動式支護，是錨索支護、錨桿支護和金屬網護幫護頂的聯合應用。支護參數如下：

頂錨桿選用規格為Ф20mm×2600mm的左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，錨桿間排距為800mm×800mm，頂角錨桿與水平呈70°夾角，頂錨桿錨固力不低于75kN。

頂錨索采用規格為Φ17.8mm×8000mm的鋼絞繩，錨索間排距為2000mm×2000mm，要求錨索預緊力不低于120kN。

幫錨桿選用規格Ф20mm×2400mm的左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，錨桿間排距為1000mm×800mm，幫錨桿錨固力不低于60kN。

頂板和兩幫在施工錨桿或錨索前，提前鋪設孔徑為30mm×30mm的金屬菱形網和W鋼帶，金屬網搭接不低于200mm。鑒于1205工作面切眼寬度已經達到8.5m，屬于大跨度支護，為了進一步提升頂板的穩定性，在錨網索支護的基礎上打兩排傾向棚子，棚梁采用3.5m長11#礦工鋼，棚腿采用4.15m的單體柱，兩排棚子間距為1.6m。如圖1所示。

圖1 1205工作面切眼正常地段錨網索支護參數

3.2 異常地段U型鋼棚支護

因受F14斷層影響，1205工作面切眼個別地段圍巖條件較差。根據礦井巷道支護經驗，北一采區順槽寬度超過4m的巷道均采用架設U型鋼棚支護。鑒于1205工作面切眼跨度已達8.5m，采用錨網索支護難以達到預期支護效果，決定采用U32型鋼支護。棚子下寬8.2mm，高3.6m，棚距0.6m，棚腿與棚梁搭接處采用專用卡纜進行固定，棚子與棚子間采用連桿進行固定，以期提高棚子的抗扭斜性能和抗傾倒性能。要求架設U32型鋼棚子前先采用金屬網進行護幫和護頂，架設棚子后，采用背板或者半圓木將棚子與圍巖間的縫隙填充背實，確保棚子接幫、接頂嚴實，避免棚子因受力不均引起扭斜或變形。為了進一步提高拱形棚子支護質量，在拱形棚子中部補加液壓單體柱。U32型鋼棚子參數如圖2所示。

圖2 1205工作面切眼異常地段支護參數

3.3 支護效果監測

為了研究新支護形式下1205工作面切眼支護效果，在掘進期間距離掘進迎頭每隔20m布置一個“十字觀測點”，測量周期為掘進施工至設備安裝完畢。觀測結果顯示：正常地段錨網索支護條件下頂底板移近量為179mm，頂板下沉量為48mm，分別為設計高度的4.8%和1.2%，兩幫移近量為339mm，為設計寬度的4.0%；異常地段U型鋼拱形棚支護條件下頂底板移近量為121mm，頂板下沉量為22mm，分別為設計高度的3.4%和0.6%，兩幫移近量為226mm，為設計寬度的2.7%。由此可知，在新支護條件下，1205厚煤層綜放工作面切眼變形量不足5%，支護效果較好，能夠滿足綜采設備安裝所需尺寸要求，且錨網索支護施工速度相比于傳統架棚支護施工速度提高了1/4，避免了后期棚架回撤，實現1205工作面切眼的快速掘進和快速安裝。

4 結語

1205工作面屬于厚煤層綜放工作面，通過在不同地段實施不同支護方式有效地保證了切眼的支護效果，尤其是正常地段采用錨網索配合單體柱托棚代替了傳統的架棚支護，不僅取得了較好的支護效果，且施工速度顯著提升，職工勞動強度明顯下降，避免了設備安裝期間棚架回撤問題，有利于工作面的高效掘進和安裝，具有較好的推廣應用價值。