大斷面切巷掘進支護工藝研究與應用

孫亞鵬

（晉能控股煤業集團馬脊梁礦，山西 大同 037000）

1 概況

馬脊梁礦8125 工作面切巷為矩形斷面，其斷面尺寸為高×寬=3950 mm×9600 mm，斷面面積37.92 m2，其斷面尺寸和跨度都比較大，屬于超大巷道斷面[1]。由于切巷處煤層厚度為8.9 m，圍巖強度低，裂隙發育，容易出現破碎變形的現象。因此，若采用順槽支護形式，會造成切巷掘進中產生幫部鼓出或者頂板下沉等現象[2]，不僅影響設備的正常安裝，也會對礦井接續計劃產生影響。為保證巷道頂板的安全，確保采煤工作順利進行，結合該工作面的特點，對其掘進支護工藝進行研究應用。

2 兩次掘進工藝

設計采用兩次掘進成巷工藝：第一次掘進支護，即較小斷面的導硐掘進，其斷面設計尺寸：高×寬=3950 mm×4600 mm；第二次掘進支護，即擴刷寬度為5000 mm，掘進至切巷設計的斷面尺寸：高×寬=3950 mm×9600 mm。

2.1 第一次導硐掘進支護設計方案

（1）切巷導硐頂部支護

切巷導硐頂部支護采用錨帶網配合錨索支護的形式[3]。

頂板錨帶網采用規格為Ф20 mm×2600 mm 的左旋無縱筋螺紋錨桿，并配合W 型鋼帶和金屬網。其參數為：錨桿設計間排距700 mm×700 mm，鋼帶長度4500 mm，菱形金屬網寬度是800 mm。

頂板錨索加固方式，采用錨索梁配合桁架共同支護形式，即錨索梁和桁架錨索交替相互布置。導硐掘進施工期間，頂板槽鋼每排設置3 根錨索，并采用規格為Ф21.6 mm×8300 mm的高強度鋼絞線。導硐掘進支護斷面圖如圖1。

圖1 切巷導硐掘進支護斷面圖（mm）

（2）切巷導硐幫部支護

切巷導硐幫部支護選用錨帶網的支護形式。

幫支護采用規格為Ф20 mm×2600 mm 高強錨桿，并配合菱形金屬網、鋼筋梯子梁的共同聯合支護結構；臨時幫支護采用玻璃鋼錨桿，其規格為Ф20 mm×2400 mm，并配合菱形金屬網支護。錨桿間排距設計尺寸為700 mm×700 mm，位于下側錨桿距離底板設計為250 mm，位于上側錨桿距離頂板設計為200 mm，中部錨桿與幫部巖面垂直施工；菱形金屬網寬度800 mm，鋼筋梯子梁采用14 號圓鋼焊接而成，長度定為3700 mm。

2.2 第二次掘進擴刷支護設計方案

（1）切巷掘進擴刷頂部支護

切巷擴刷頂部支護采用錨帶網配合錨索聯合支護。

頂板采用規格為Ф20 mm×2600 mm 的左旋無縱筋螺紋錨桿，并配合W 型鋼帶和金屬網。錨桿設計間排距尺寸為700 mm×700 mm，W 型鋼帶長度為4500 mm，菱形金屬網寬度是800 mm。

頂板錨索采用錨索梁配合桁架錨索的共同支護結構，即錨索梁和桁架錨索交替相互布置[4]。其中，頂板槽鋼每排設置3 根錨索，采用高強度低松弛預應力鋼絞線，規格為Ф21.6 mm×8300 mm，與頂板巖面垂直施工；桁架錨索采用高強度低松弛預應力鋼絞線，規格為Ф21.6 mm×8500 mm。當切巷擴刷至設計斷面后，距離幫部4000 mm 位置處安裝單體支柱，每1400 mm 安設一排2 根單體支柱，間距是1600 mm。其擴刷期間掘進支護斷面圖如圖2。

圖2 擴刷期間掘進支護斷面圖（mm）

（2）切巷擴刷回采幫支護

切巷擴刷回采幫采用錨網梁的支護形式。回采幫采用玻璃鋼錨桿，規格為Ф20 mm×2400 mm，配合高強塑鋼網、鋼筋梯子梁聯合支護。錨桿間排距是700 mm×700 mm，鋼筋梯子梁長3700 mm，高強塑鋼網寬度是800 mm。

3 應用效果

為驗證切巷掘進支護斷面的實際應用效果，對巷道進行表面位移監測，監測其相對變形量。

（1）導硐圍巖表面位移監測分析。經過一個月的導硐表面位移監測，得到圍巖頂底板和兩幫隨監測時間的變化曲線圖，如圖3。

圖3 導硐表面位移隨監測時間的變化關系圖

從圖3 中可看出，隨監測天數的變化，導硐底板底鼓量、兩側幫部移近量和頂板下沉量逐漸增大，且各位置的位移變化量達到穩定的時間不同。經過7 d，最先進入穩定狀態的是底板，緊接著是兩幫，而頂板經過16 d 后才趨于穩定。此外，在監測期間內，導硐底鼓量最大值是18.8 mm，頂板變形的最大值是61.9 mm，頂底板相對移近量是80.7 mm。兩幫中臨時幫的支護強度弱，變形最大77.5 mm，兩側幫部相對移近量是125.3 mm。監測結果表明，導硐圍巖變形小且穩定，掘進支護效果好。

（2）擴刷圍巖表面位移監測分析。導硐掘進擴刷后的圍巖采取一個月的表面位移監測，得到圍巖頂底板和兩幫隨監測時間的變化曲線圖，如圖4。

圖4 切巷表面位移隨監測時間的變化關系圖

從圖4 中可看出，隨監測天數的變化，切巷底板底鼓量、兩側幫部移近量和頂板下沉量逐漸增大，且各位置的位移變化量達到穩定的時間不同，最先穩定的是底板，經歷二次擾動的煤柱幫，相比于第一次的穩定時間短，頂板因受跨度的影響，16 d 后達到穩定。此外，在監測期間內，切巷底鼓量基本保持不變，而頂板變形量最大 73.6 mm，頂底板相對移近量是92.4 mm。煤柱幫的第二次穩定變形量減小到28.7 mm，工作面幫因支護強度大，變形量48.3 mm，兩側幫部最大移近量是77 mm。監測結果表明，切巷圍巖兩幫及頂底板位移量都在要求范圍內，圍巖穩定，掘進支護效果好。

4 結語

針對馬脊梁礦大斷面切巷工作面，提出采用兩次掘進成巷的支護工藝，第一次掘進小斷面導硐，第二次掘進擴刷至設計斷面。經礦壓觀測發現，切巷圍巖表面變形量都在要求范圍內，圍巖穩定，大斷面切巷得到很好的控制。