軟弱厚煤層大斷面切眼圍巖支護技術研究

付晶晶

（山西焦煤汾西礦業集團基建處， 山西 介休 032000）

引言

綜放開采是厚煤層主要開采方式，同時綜放開采對軟弱煤層有較強的適應性，但是由于采面回采巷道位于煤層中，也增加了巷道圍巖控制難度[1]。特別是隨著礦井綜合開采技術的不斷提升，綜放設備功率、體積及質量等均大幅提升，對切眼斷面要求不斷增加，大斷面切眼圍巖支護成為綜放開采時需要重點解決的問題[2-3]。為此，眾多學者對大斷面切眼巷道圍巖支護展開研究，其中張春光等[4]針對巷道交叉位置斷面大、支護難度高等問題，在綜合分析巷道斷面積及煤巖強度對圍巖支護影響的基礎上，提出綜合使用“錨網噴+U 型架棚+錨索”對圍巖進行控制，達到有效控制大斷面巷道圍巖變形目的；任志峰、郭建霖等[5-6]針對深部開采軟巖巷道煤巖強度低、變形量大等問題，綜合使用注漿+錨網索+架棚支護方式對圍巖進行控制，實現了高地應力軟巖巷道圍巖有效控制。本文在以往研究成果基礎上，以山西某礦31107 綜放工作面切眼支護為工程背景，對軟弱厚煤層大斷面切眼圍巖支護技術展開分析，以期為其他礦井類似情況下大斷面切眼圍巖支護提供經驗借鑒。

1 工程概況

山西某礦開采2 號、5 號、9 號及11 號等煤層，現階段礦井生產主要集中在9 號及11 號煤層。31107 綜放工作面開采11 號煤層，煤厚6.0 m、傾角5°，賦存為穩定，采放比1∶0.67。11 號煤層頂底板巖性以泥巖、砂質泥巖為主，具體見表1。

表1 11 號煤層頂底板巖性

31107 綜放工作面采用MG750/1760-WD 采煤機割煤、ZF16000/23/43 綜放支架管理頂板，設計的切斷斷面寬度達到9.6 m、凈高達到3.6 m。31107 綜放工作面回采的11 號煤層為典型的松軟煤層，現階段礦井針對此類煤層巷道支護多采用被動支護方式，即通過工字鋼、單體支柱對圍巖進行控制，但是此類支護方式存在巷道圍巖變形嚴重問題，甚至某些位置出現棚腿斷裂現象，需要耗費大量的人力及物力對巷道進行修整。為提高切眼圍巖穩定性控制能力，提出采用分次掘進方法掘進切眼，并綜合使用“錨網梁+錨索梁+桁架錨索”及單體支柱對切眼圍巖進行控制。

2 大斷面切眼圍巖支護技術

31107 綜放工作面大斷面切眼采用分次掘進方法，即先掘進采面側，一次掘進寬度為4.6 m，后刷擴5.0 m，從而將采面切眼斷面刷擴至設計寬度。對于31107 綜放工作面大斷面切眼如何有效控制切眼中部頂板上覆不穩定煤體及巖層是實現切眼圍巖支護的關鍵。為此，在以往研究成果基礎上結合工程類比法，提出采用錨網梁對切眼頂板上覆不穩定煤體進行支護[7]；采用長錨索+槽鋼構成錨索梁，將切眼表層不穩定性煤巖層懸吊在上覆堅硬細砂巖層上；通過桁架錨索給切眼頂板巖層施加一定量壓應力，抵抗切眼上覆巖層垂向應力。具體大斷面切眼支護設計如下頁圖1 所示。

圖1 大斷面切眼支護斷面（單位：mm）

2.1 切眼頂板支護設計

切眼頂板主要通過高強錨桿（Φ22mm×3000mm）、槽鋼錨索（Φ21.6 mm×8 300 mm）、桁架錨索（Φ21.6 mm×8 500 mm）、12 號槽鋼、金屬網等構成的“錨網梁”結構支護。高強錨桿按照700 mm×700 mm 間排距布置，兩側錨桿均有15°外插角；槽鋼錨索間排距1 400 mm×1 400 mm，3 根槽鋼錨索固定1 根12 號槽鋼；桁架錨索采用專用連接器連接，間排距均為2 100 mm，桁架錨索均有30°外插角，預先施加120 kN 預緊力。切眼頂板護表采用梯形梁（Φ14 mm 圓鋼制作加工）、網孔100 mm×100 mm 鋼筋網（Φ6.5 mm鋼筋編制）。

在一次成巷側及二次成巷側中間分別布置一排單體支柱對頂板進行支護，單體支柱間距均設置為1 000 mm。

2.2 巷幫及底板支護參數

在采面幫采用玻璃鋼錨（規格為Φ20 mm×2 400 mm）支護，共布置6 根錨桿，上下2 根錨桿均有30°外插角；在采空區幫采用螺紋鋼錨桿（規格設為Φ22 mm×2 600 mm）；巷幫均布置鋼筋梯子梁，巷幫錨桿間排距均為700 mm。

一次成巷及二次成巷后均在后巷位置安裝專人進行清底，并對底板澆筑厚度400 mm、強度C25 混凝土，其不僅可用于底板支護，而且可為綜放設備安裝創造良好條件。

3 切眼支護效果分析

待對大斷面切眼支護完成后，對切眼頂板離層情況及錨索受力情況進行監測，具體監測結果如圖2 所示。從圖2 監測結果看出，31107 綜放工作面大斷面切眼在“錨網梁+錨索梁+桁架錨索”及單體支柱支護下，頂板巖層離層量較小，最大離層量僅為15 mm（監測結束時即監測10 d 時觀測讀數為He=1 378 mm、監測開始時即監測0 d 時觀測讀數為Hs=1 363 mm，頂板離層量為He-Hs=15 mm）；同時切眼頂板錨索受力呈逐漸增加后穩定趨勢。切頂頂板及巷幫表層變形量最大分別為32 mm、15 mm，表明在31107 綜放工作面大斷面采取的圍巖支護技術取得較好應用成果。

圖2 大斷面切眼圍巖支護效果

4 結論

1）31107 綜放工作面切眼斷面大，煤層軟弱加之煤層直接頂含有軟巖夾層，從而導致切眼支護難度較大；切眼圍巖控制中面臨的主要難點為頂板巖層控制。為此，提出綜合使用“錨網梁+錨索梁+桁架錨索”及單體支柱方式對切眼圍巖進行控制。

2）依據切眼實際情況，對切眼圍巖支護參數進行設計，并進行現場工程應用。結果表明，對切眼進行支護后，切眼頂板巖層離層量最大值僅為15 mm、頂板支護錨索起到較好的懸吊作用，切眼頂板及巷幫最大變形量分別控制在32 mm、15 mm 以內，切眼圍巖變形量整體較好，可滿足后續綜放設備布置需要。