綜放工作面大斷面切眼施工工藝技術應用

白 宙，畢俊剛，白志兵

（1.西山煤電集團設計院，山西 太原 030053；2.山西西山晉興能源有限責任公司斜溝煤礦，山西 興縣 035300）

斜溝煤礦建井初期，為滿足生產銜接和盡快見效的實際需要，礦井采用了工作面“跳采”的方式進行回采作業。隨著礦井持續的開采活動，就出現了為數眾多的“孤島”工作面。為確保孤島工作面在回采過程中頂板安全，相應支架選型也選用大阻力液壓支架，根據支架參數，工作面切眼的跨度也隨之增大，給切眼施工帶來一定難題。為此，必須對大斷面切眼的施工工藝以及支護技術進行研究。

1 工作面情況

23105 綜放工作面位于斜溝煤礦的21 采區，所開采的13 號煤層平均厚度14.5 m，其東部和西部分別與已回采的23107 工作面和23103 工作面采空區相鄰，所留設的實體煤煤柱寬度均為20 m，其北部為未開采的實體煤。其上方有8 號煤層開采結束后的18107 工作面、18105 工作面、18117 工作面和18103 工作面的采空區。23105 工作面的走向、傾斜長度分別為2 572.3 m、253.15 m。

為滿足孤島工作面液壓支架安裝，綜放工作面切眼參數調整為掘寬9.3 m，掘高3.8 m，跨度較大，易造成巷道漏頂。此外，盡管與23105 工作面相鄰的23103 工作面和23107 工作面已結束回采作業較長時間，但23105 工作面兩條順槽的掘進又會對已恢復相對穩定狀態的圍巖產生二次擾動作用，使得順槽頂板圍巖與采空區相鄰的部位應力會重新分布，容易導致巷道的礦壓顯現；特別是煤柱上會賦存高的支承壓力，使得巷道出現不同程度的頂板破碎、裂隙、幫部片幫，幫錨桿破斷等現象，維護難度加大。因此，如何控制圍巖大幅度變形以及最大發揮上覆煤層組合梁支護理論技術研究是很有必要的。

2 大斷面切眼成巷后壓力與變形特征分析

在對特厚煤層大斷面切眼進行施工工藝及支護技術研究之前，必須結合地質條件、原施工工藝及支護方案、現場作業情況等各類問題進行綜合分析研究，經初步分析主要存在以下幾個方面的問題：

1）錨桿托盤強度不足。目前現場頂板支護多采用Φ22 mm 的高強錨桿，其自身的屈服、破斷強度分別為190 kN、265 kN，然而錨桿所配套的蝶形托盤，規格為100 mm×100 mm×8 mm，其承載能力僅為100～150 kN，比錨桿自身的破斷強度要低，因此未能充分發揮高強錨桿的支護作用。

2）巷幫塑料網護幫效果不好。塑料網通常由焊接或一次成型制作而成，然而其在安設幫錨桿后不能很好地貼合巷幫，因此幫錨桿未能對巷幫煤壁起到良好的支護作用。此外，由于掘進期間二次擾動影響，巷道兩幫的煤體會更加破碎，因此在其它工作面就出現過“肚兜”現象，極大地影響了現場支護效果。

3）巷幫支護效果不好。目前，礦井井下采用164 型槽鋼結合混凝土的支護方式對巷幫進行維護。如果幫錨桿承受載荷過大，會使得164 型槽鋼兩側產生凸起現象，使得幫錨桿未能充分發揮其錨固作用，嚴重影響到幫錨桿的支護效果。

4）錨桿、錨索預緊力不足。預緊力不足將會使得錨桿、錨索錨固范圍內的頂板及兩幫圍巖出現錯動和離層現象，極大影響到現場巷道的支護效果，進而影響到巷道正常安全的掘進作業。

3 大斷面切眼施工及支護方案

根據上述分析，23105 工作面切眼沿13 號煤層底板布置，長度為247.8 m，施工采用分次成巷，第一次成巷寬度4.6 m，第二次成巷寬度4.7 m。采用錨網與錨索聯合支護，單體柱配合鋼梁加強支護，同時對巷道底板進行混凝土硬化，支護方案如下：

1）支護參數

頂錨桿：采用矩形布置形式，每排12 根，間距0.8 m，排距0.8 m。

幫錨桿：采用矩形布置形式，每排3 根，間距1.2 m；排距0.8 m，最頂端錨桿距離頂板400 mm。（第一次掘進：布置于工作面幫側的幫錨桿采用矩形布置形式，每排3 根，間距1.2 m，排距1.2 m，最頂端錨桿距離頂板400 mm。）

錨索：采用矩形布置形式，每排4 根，間距1.6 m/3.2 m，排距1.6 m。

單體支柱：采用“一梁三柱”布置形式，排距1.6 m，間距3.2 m。

鋼梁：采用長度為7 m 的礦用π型鋼梁。

組合錨索：巷中一組布置，間距1.6 m。

2）支護材料

頂錨桿：規格為Φ22 mm×2 600 mm 的高強度螺紋鋼樹脂錨桿，每根錨桿采用1 支MSCK2380型和2 支MSZ2380 型樹脂錨固劑，配合規格為150 mm×150 mm×10 mm 的可調心拱形托板，以及高強托板調心球墊、尼龍墊圈。

幫錨桿：規格為Φ2 0 mm×2 100 mm 的全螺紋玻璃纖維錨桿，每根錨桿采用一支MSCK2380 型樹脂錨固劑，配合規格為BHW400-280-2.75W錨桿鋼護板、Φ125 mm 玻璃鋼托盤。

錨索：規格為Φ21.6 mm×12 000 mm 的鋼絞線，每根錨索采用1 支MSCK2380 型和2 支MSZ2380型樹脂錨固劑，配合規格為300 mm×300 mm×14 mm的可調心拱形托板、型號為MK22 的球形鎖具。

菱形金屬網：采用10#鐵絲編織的菱形金屬網，網孔規格為50 mm×50 mm。其中頂網尺寸為：長×寬=5 200 mm×1 000 mm；幫網尺寸為：長×寬=2 800 mm×1 000 mm。

鋼帶：4 200 mm×250 mm“W”型6 眼鋼帶，眼距800 mm。

巷道硬化：采用C30 混凝土硬化，硬化厚度200 mm，寬度8 300 mm，距煤柱幫1 m 寬巷道底板不硬化。

圖1至圖4分別為切眼一次成巷支護平面、斷面圖以及切眼最終支護平面、斷面圖。

圖1 切眼一次成巷支護平面

圖2 切眼一次成巷斷面

圖3 切眼最終支護平面

圖4 切眼最終支護斷面

4 結語

大斷面切眼成巷后，上覆頂板承載的載荷為中部較大，逐級向兩側遞減。開掘后形成的普氏免壓拱跨度較大，若不加強切眼中部頂板支護，易造成巷道淺部離層掉落，預計可能降低頂板整體的穩定性。切眼分次成巷，第一次成巷寬度4.6 m，第二次成巷寬度4.7 m。隨掘進過程中及時在巷道中部施工一排組合錨索，可避免切眼中部集中受力，保證上覆圍巖的穩定性，有效發揮組合梁理論的優勢，不僅使得大斷面的切眼的掘進取得了較好的支護效果，而且整體巷道圍巖的變形情況被有效的改善。整體巷道頂板下沉量和底板底鼓量都得到了有效控制，且在較小范圍內，保證了巷道整體圍巖的穩定性，以便在之后更好地保證了整體圍巖的穩定性，實現了切眼安全、高效、快速施工的目的，為綜放工作面下一步安全快速安裝提供了堅實基礎。