鋪龍灣礦深部大斷面切眼聯合支護技術研究

薛文晗

（山西鋪龍灣煤業有限公司，山西 大同 037000）

隨著礦井采掘深度和開采強度的不斷增加，煤礦的開采已由埋藏較淺的煤層向深部圍巖應力大的煤層開展，圍巖結構條件越來越復雜，巷道在掘進工作過程中經常會受到圍巖破碎、自身承載能力不足以及地應力相對較高等方面因素的影響，使得整個礦山巷道掘進工作存在較大的困難和阻礙。隨著我國礦井開采工作不斷朝著綜合機械化以及自動化開采方向發展，綜采工作面當中所使用的液壓支架結構體積以及重量都在不斷增大，因此對切眼斷面有著更高的工作要求和標準，如何有效保證切眼圍巖結構的穩定性，是保證煤炭安全穩定開采工作的重要前提[1]。因此，本文以綜采工作面切眼掘進工作作為研究目標，根據圍巖巖性結構共同特點以及綜采工作面的具體環境條件，有效提出切眼掘進與相關支護工作方法。

1 礦井概況

鋪龍灣礦位于大同市西南部，設計生產能力為1.2 Mt/年，現主要開采5 號、8 號煤層，煤層總厚度18.78 m，煤種分貧煤、瘦煤和貧瘦煤。5110 綜采工作面現主要開采5 號煤層，平均厚8.55 m，是全區可采的穩定煤層，采用綜采開采工藝技術。為有效提高開采工作面綜合自動化水平和效果，該礦井擬定在開采工作面掘進工作中使用型號為ZY10000-23-45D 的電液綜采支架結構，該支架結構的體積和重量相對較大。在掘進工作過程中，需要保證掘進切眼斷面面積在27.5 m2以上。切眼沿著煤層的頂板位置掘進，切眼的凈寬度和凈高度需要達到8.0 m 和3.5 m。切眼為礦井生產過程中首次掘進工作的大斷面切眼[2]。整體而言，本次礦山生產工作面切眼圍巖結構的承載能力相對較低，如果一次性開挖斷面寬度超過8.0 m，很容易使切眼位置產生頂板下沉，以及出現切眼的頂板冒落情況。

2 大斷面切眼支護工作分析

2.1 切眼維護結構

通過對本次礦井開采工作面的整體環境情況進行分析發現，該綜采工作面煤層頂板巖層結構構成相對比較復雜，切眼位置存在厚度范圍在0～0.5 m 的碳質泥巖結構，頂板位置存在厚度為8.3 m 的泥巖和粉砂巖層結構。切眼頂板的硬度相對較小，在掘進工作過程中，不穩定性的復合頂板采用隨時掘進、隨時垮塌的形式。當出現頂板不及時垮落的情況時，由于受到鉆孔施工等因素的影響也會產生暴露問題。鑒于切眼圍巖結構的整體性，通過使用分次掘進工作方法，在具體工作當中先掘進小斷面位置遷移，同時當切眼和回采順槽完全貫通之后，再通過刷擴的方式將切眼的寬度提升到8.0 m。

2.2 錨網索支護設計

切眼部分的設計寬度和高度分別為8.0 m和3.5 m，同時切眼位置的掘進分為兩次。在初期掘進工作過程中，切眼的實際寬度設定為5.5 m，高度大小為3.5 m，等到切眼完全貫通之后，再進行刷擴到預先設定的高度，同時將切眼的寬度大小擴大到標準的設計寬度。切眼頂板位置以700 mm、800 mm 的間排距設置，采用玻璃鋼錨桿結構，錨桿的長度為1 600 mm，因為切眼頂板的完整性和基礎承載能力相對較差，同時成型效果較低，為了方便后續的噴漿和注漿工作，在頂板支護工作當中使用鋼絲網有效替代鋼帶支護頂板結構，頂板支護結構采用規格為Φ22 mm×6 500 mm的錨索，并且以1 000 mm、1 600 mm 的間排距展開錨桿間隔施工，如下頁圖1 所示。

圖1 巷道支護結構圖（mm）

2.3 噴漿和注漿施工

切眼掘進工作完成之后需要對表層的圍巖結構進行噴漿處理[3]，噴漿厚度大小為50 mm，二次噴漿工作需要在注漿工作完成之后進行。在滯后切眼掘進迎頭位置10～30 m 的距離條件下，需要使用中空注漿錨索的方式來進行注漿與加固施工，注漿錨索以1 000 mm、1 600 mm 的間排距進行控制，同時對已經施工完成之后的錨桿進行間隔布置。注漿錨索的加固距離為900 mm，在注漿工作過程中所使用的注漿設備型號為ZBYSB50/18-7.5，注漿材料選用的是MZY-80，這種注漿材料的滲透性能相對較強，同時材料凝結效果更好、材料強度更高，因此在噴漿加固工作當中應用效果非常明顯。

注漿工作過程中，將綜采料的水料質量比控制為1∶3，同時將注漿工作壓力控制在10 MPa 以上，等第一次注漿工作結束之后，再展開后續的二次噴漿工作。二次注漿厚度為100 mm，噴射漿液中的水泥材料選用普通硅酸鹽水泥，在噴射漿液過程中需要向其中加入一定量的速凝劑，噴射的水泥漿液的初凝和終凝時間大小分別為3 min 與10 min。

2.4 切眼頂板補強支護施工

因為該切眼位置的頂板巖層結構強度相對較低，同時周圍的圍巖破碎程度較高，在經過切眼掘進和后續的刷擴工作后，很容易使頂板位置產生外露面積過大問題，進而造成頂底板以及礦山巷道圍巖變形量過大。為了有效控制大斷面切眼結構所產生的變形問題，在對切眼進行刷擴之后再切眼，在兩幫位置設置出一排通過單體與工字鋼，采取一梁三柱的結構構成形式，對頂板和巷道外邊緣位置的變形問題進行有效控制，同時在切眼當中增加兩排一梁三柱架棚結構，這樣可以有效防止頂板圍巖結構出現進一步破碎和下沉。

2.5 大斷面切眼圍巖支護效果

在切眼掘進以及后續的刷擴工作當中，在切眼的中間位置相隔50 m 的距離分別布置1 個測量點位，并且對切眼周圍的圍巖結構變形總量進行監測和分析。通過監測發現，切眼在掘進支護工作結束后的7 d范圍內，圍巖結構的變形量有了明顯的提升；在10 d之后，圍巖結構的變形情況基本趨于穩定，雖部分區段的切眼表層噴射的混凝土層產生比較嚴重的開裂情況，但是圍巖結構的變形量始終處于較小的狀態；在監測到35 d 后，切眼頂板位置的礦山巷道的變形量基本處于穩定，最終頂部底板和礦山巷道邊部的變形量大小分別為120 mm 和90 mm，同時切眼的圍巖結構變形量大小控制在合理的范圍之內。因此，在本文研究工作過程中所提出的大斷面切眼圍巖支護結構技術可以有效滿足綜采設備的安裝，以及后續礦山開采工作的相關要求和標準。

3 結論

1）該切眼的埋深超過630 m，切眼位置的圍巖結構主要以強度較低的泥巖結構為主，同時切眼的斷面相對較大，圍巖結構破碎程度較高，圍巖結構強度較低，造成切眼圍巖穩定性差，控制工作存在一定的工作難度。根據現有的切眼支護施工技術方法，再結合工程類比法，確認針對切眼部分使用錨網索噴射和注漿支護工作體系，對圍巖結構支護方案進行深入闡述。

2）對切眼圍巖進行維護時，先掘進小段面切眼，可以有效降低圍巖結構的控制工作難度，同時通過后期刷擴工作來達到預先設定的寬度和要求。

3）通過使用錨網索噴+注漿支護工作方案，圍巖結構的自身承載能力及穩定性效果得到了全面提高，切眼刷擴工作結束后，通過使用單體和工字鋼結構構成的架棚可以全面提高巷道頂板位置的支撐強度，因此可以有效降低大段面切眼圍巖結構的變形量大小。