臨空區傾斜大斷面切眼支護施工技術研究

路 昭

（晉能控股煤業集團北辛窯煤業有限公司， 山西 忻州 036700）

礦井能夠實現多產增效，離不開開采掘進程中有序不穩的銜接。隨著礦山機械化程度的不斷提升，人工智能與礦井機械化的進一步融合，更加容易導致工作面接替不足的局面[1-2]。因而，為了有效提升采煤工作面接替率，同時順利保障工作面前期準備、安裝回采，這就要求切眼在掘進前期維護好支護技術管理[3-5]。盡管目前對于切眼掘進支護技術研究比較成熟，但是，對于傾斜綜放大斷面切眼支護技術需近一步完善，考慮到礦山井下特殊的作業空間，特開展傾斜煤層大斷面切眼支護技術研究。

1 工程概況

某礦8102 工作面位于11 采區，西臨+1 040 mm南翼回風巷。8102 工作面兩順槽呈近東西方向布置。北部與8103 工作面之間僅保留8 m 煤柱。

8102 工作面傾斜長度150 m，開采石炭系太原組2 號煤層，煤層平均傾角25°，煤層平均厚度5.92 m，采用綜采放頂煤開采工藝，采高3.3 m，放煤厚度2.62 m，工作面無巖漿巖，目前未揭露陷落柱，無沖刷帶。

距2102 皮帶順槽北幫留設8 m 小煤柱且與8103 工作面相鄰。兩順槽掘進過程中共揭露4 條斷層，揭露斷層位置全部位于停采線以外，對煤層回采影響較小。5102 回風順槽與切眼交叉點位置東側臨近F8 斷層（落差為260～290 m，傾角為60°～75°），斷層兩側煤巖層垂直與斜向裂隙發育，巖石破碎，煤層容易垮落。

2 切眼掘進過程中頂板支護技術

考慮到切眼存在大傾角、大斷面且通過應力集中區域的特殊性。在施工過程中，為確保支護形式合理，通過對頂板潛在冒落范圍進行分析計算，宜采用短錨索+金屬網+鋼帶為基本支護，預應力錨索為補強加固措施的支護形式。短錨索旨在使其長度范圍內的頂板形成“似整體結構”，長錨索旨在把冒落范圍內的頂板懸吊在上部穩定的直接頂巖層上，防止其發生垮落。

一次掘進時，切眼頂板采用鋪網W 型鋼帶，規格為250 mm×4 mm，長度為4 800 mm（7 個眼，間距為800 mm），短錨索、長錨索支護+組合錨索。菱形金屬網護頂金屬網采用8 號鉛絲（1 000 mm×6 000 mm），短錨索規格為Φ17.8 mm×4 300 mm，每根錨桿采用3 支K2360 樹脂錨固劑，間排距800 mm×800 mm，托板規格為150 mm×150 mm×10 mm。長錨索采用直徑17.8 mm 鋼絞線，長度為7 300 mm，每根錨索采用3 支K2360 型樹脂錨固劑，托板長度為5 m 的11號礦用工字鋼，間排距為2 100 mm×1 600 mm，排列方式為3-3 布置；在切眼下端頭10 m 范圍，錨索排列方式為3-3 布置，間排距為2 100 mm×800 mm。同時，在兩順槽工作面側支設單體柱加強支護。

二次掘進，切眼頂板采用鋪網W 型鋼帶，規格為250 mm×4 mm，長度為3 500 mm（5 個眼孔，間距為800 mm），短錨索、長錨索支護+組合錨索。菱形金屬網護頂金屬網采用8 號鉛絲（1 000 mm×6 000 mm），短錨索規格為Φ17.8 mm×4 300 mm，每根短錨索采用3 支K2360 樹脂錨固劑，間排距800 mm×800 mm，托板規格為150 mm×150 mm×10 mm。錨索采用直徑17.8 mm 鋼絞線，長度為7 300 mm，每根錨索采用3 支K2360 型樹脂錨固劑，托板采用長度為3.3 m的兩眼11 號礦用工字鋼梁，間排距為2 100 mm×1 600 mm，排列方式為2-2 布置；三眼錨索鋼梁，在切眼巷兩端頭位置三眼錨索鋼梁布置排距為2 100 mm，錨索間距為1 600 mm。切眼在二次擴刷時，由于巷道掘進斷面太大，故在巷道增設單體液壓支柱配合л型鋼梁支護。單體液壓支柱為DW40-300/110X 型，間排距為3 600 mm×1 000 mm，支柱距切眼中心線1 800 mm，單體液壓支柱配合л 型鋼梁支護。如圖1、圖2 所示。

圖1 8201 切眼平面圖（此圖請清楚）

圖2 8201 切眼平面示意圖（mm）

切眼二次擴刷掘至80～110 m 段出現壓力顯現，在巷道頂板原支護的基礎上增加三眼組合錨索加強支護，錨索采用Φ17.8 mm×7 300 mm 鋼絞線，“2-1-2”布置，間排距為1 500 mm×2 400 mm，組合錨索托盤規格為500 mm×500 mm×16 mm。巷道頂板鋼帶變為JW 鋼帶加強支護，鋼帶規格為5 200 mm×330 mm×6 mm，錨索采用Φ17.8 mm×4 300 mm 鋼絞線，托板采用150 mm×150 mm×10 mm。在單體液壓支柱配合л 型鋼梁支護的同時還增加了木對柱作為信號柱補強支護。木柱選用不小于Φ20 cm圓木柱，間排距3 600 mm×1 000 mm，木柱必須帶柱帽，與頂板接實，用木楔背緊背牢，支設木柱時打設柱窩，柱窩打至堅硬底板，木柱長度根據現場巷道高度確定，保證滿足“一柱一帽三楔”支設要求，雙木柱必須迎山有力，迎山角為3°～3.5°。8102 工作面切眼采用矩形斷面，規格5.2 m×3.5 m，后擴為9.0 m×3.5 m，采用錨網索+鋼帶+組合錨索+單體液壓支柱+木對柱聯合支護。施工如圖3、圖4 示。

圖3 8201 切眼加強支護平面示意圖（mm）

圖4 8201 切眼組合錨索加強支護平面示意圖（mm）

3 大傾角、大斷面切眼下山掘進期間安全技術

由于切眼下山角度大，頂部短錨索一般很難與頂板垂直，為保證短錨索錨固頂板巖體深度滿足設計需要，要求短錨索孔與頂板的夾角不小于75°。短錨索安裝完畢，按設計要求施加足夠的預緊力，并且嚴格執行錨固力檢查制度，對達不到要求的短錨索必須及時補打，藥卷使用符合設計要求，確保達到錨固長度。施工期間，可根據迎頭頂板實際情況適當調整間排距。錨索布置按照設計要求要緊跟工作面，保證其支護的及時性、有效性。炮掘施工時，必須對工作面電纜，風筒，機具等設備做好防護，炮掘施工期間最大循環進尺不超過1.8 m，過斷層、頂板壓力大或破碎時不超過1.0 m，采用短掘短支，并適當縮小長錨索間排距。由于切眼施工坡度較大，為防止迎頭掉碴滾落傷人，必須保證后路通暢，防止人員滑倒。迎頭必須加強找掉工作，及時處理迎頭的大渣塊及幫網跟頭，否則不得進行下一道工序；各跟班人員和班組長必須現場嚴格把關，采用手拉手交接班緊盯各施工工序，切實有效采取措施解決施工技術難題并防止頂、幫掉渣、片幫傷人。所有機械、工具（包括溜槽、大鏈、錨桿機等）固定牢固，防止下滑傷人。

4 技術優化內容

1）由于8102 工作面與8103 工作面相鄰，在切眼掘進至80～110 m 范圍及8103 工作面采空區附近出現壓力顯現，頂部采用短錨索+JW 鋼帶+三眼組合錨索加強支護，同時，在應力集中區域安裝頂板離層儀并提前使用木對柱作為信號柱及時監測頂板壓力顯現情況，隨后增加單體液壓支柱+π 型鋼梁配合支護。

2）根據實際縮短炮眼深度，加大炮眼距離，減少炮眼數量，減少裝藥量，降低爆破時對頂板的震動，減小巷道實際高度與設計高度的誤差，有效提高了掘進速度。

5 結論

1）提高了切眼的支護效果，減少了復雜的安裝工序，有利于支護安裝。剛性支護與柔性支護相結合，能有效加固圍巖，控制住圍巖變形，抑制頂板離層下沉，保證切眼穩定，變形量小，為綜放工作面支護安裝提供足夠空間。

2）采用該方式進行施工，不僅縮短了施工工期，簡化了施工工藝，而且從根本上降低了成本，材料費用比原設計節省了100 000 元，由于工期縮短人工費用比原設計減少了60 000 元，輔助費用比原設計減少了40 000 萬元。施工質量及安全也得到了保證。該項技術研究值得推廣使用。8102 工作面切眼在一次掘進、二次擴刷及壓力顯現段采用上述支護方式后，保證了切眼安全通過了壓力顯現區域，為后續工作面安裝做了充分的準備，確保工作面按期回采。