厚煤層大跨度切眼掘進及支護技術研究

降承春

（山西焦煤汾西礦業水峪煤業，山西 孝義 032300）

現階段，在我國各大煤礦開采工作過程中，對于煤礦井下的開采技術方法的應用越來越多樣化，其中包含部分開采技術、填充開采技術、分層開采技術以及留煤柱開采技術方法等。在實際工作過程中，需要有效結合煤礦井下的地層條件情況以及煤礦的分布情況進行有效調整。由于長期受到煤礦停采之后煤壁支撐壓力所產生的影響，原有的采煤工作面在采空區域的邊緣部分，巖體結構的邊緣部分會受到比較嚴重的損傷，同時繼續開采的工作面仍然需要沿著原有的采煤工作面采空區域邊緣重新進行掘進開切眼[1]。在實際工作過程中出現了沿空大跨度開切眼支護問題，對整個煤礦井下開采工作造成了較大的工作難度。

1 工程概況

某礦一綜采工作面煤層的平均厚度為4.5 m，并且使用的是綜合開采工藝方式。煤礦開采單位為了全面提高開采工作面的工作效率和安全性，在本次開采工作面的掘進工作當中使用的是電液綜合支架開采作業模式。這種支架結構形式在自身的重量方面相對較大，因此在井下掘進工作當中，要有效保證切眼斷面面積大小，需要超過27.5 m2以上，同時在煤礦井下的掘進工作當中需要沿著頂板的位置進行切眼寬度和高度需要達到8.5 m 和3.5 m。在本次煤礦生產工作當中，沿著綜采工作面頂部切眼，并且經過分析之后發現工作面的周圍圍巖結構穩定性相對較差，在掘進工作當中如果使用一次性斷面開挖使用方法，很容易出現切眼的位置產生頂板下沉情況，同時切點的頂板位置還會出現明顯的冒落問題，影響到整個綜采工作面的掘進效率和穩定性。

2 厚煤層大跨度切眼掘進及支護技術應用策略

2.1 切眼維護結構

由于本次開采過程中煤層的厚度較大，因此在開始工作之前，需要對整個井下開采工作環境進行全面分析，該綜采工作面頂板的巖層結構，整體條件構成相對比較復雜，同時在工作面的切眼位置存在大面積的泥巖結構，同時在頂板區域分布，厚度大約為8.5 m的泥巖和粉砂巖層結構。開采工作面切眼，頂板的硬度相對較低，不穩定性的復合頂板在實際開采工作當中使用的是一邊開挖一邊垮塌的工作方式，當產生頂板沒有及時垮落的工作條件下，因為受到鉆孔施工因素的干擾和影響，也容易產生冒落情況，整個切眼的結構穩定性會受到一定的影響。同時承載能力相對較差，在支護工作過程中必須要進一步強化支護體系，對周圍圍巖所產生的約束力作用和效果，因此會進一步限制圍巖結構破碎區域，進一步朝著沿層深部方向上擴張，該切眼使用的是錨網索聯合支護技術方法[2]。

2.2 開切眼支護方案和相關參數

結合切眼地質條件情況并且結合現場生產工作要求，提出注漿錨索+高強錨桿+金屬網+噴漿聯合支護工作方法，因為切眼的寬度達到8 m 以上，同時頂板區域主要是以破碎程度較高、承載能力較弱的圍巖結構為主。在切眼掘進和后續的使用過程中，經常會產生漏頂和冒頂等各種事故問題，不利于煤礦巷道圍巖結構的穩定性控制，對此切眼掘進工作過程中，通過采取分批次掘進工作方式，在實際操作過程中需要先沿著小斷面位置來進行移動，并且在切眼和回采順槽位置充分貫通之后，再將切眼的寬度大小加大到8 m，有效保證開切眼支護工作的安全性和穩定性。

2.3 切眼掘進工作要點

本次綜采工作面后煤層大跨度切點徑寬度為8.5 m，總長度為195 m，通過使用聯合支護方法，開切角前20 m 以方便角80°方向進行掘進后，170 m 以90°角方向進行掘進。在錨桿材料的選擇過程中，頂部錨桿直徑為22 mm，長度為2 500 mm。煤層兩側區域錨桿長度為1 800 mm 頂部錨桿間排距大小為800 mm×800 mm，側方位置錨桿排間距為900 mm×700 mm。錨索規格為K21/9.0-1700Q/TZK038，錨索的孔口位置和煤礦巷道側幫之間的距離大小為0.35 m錨索安裝角度為60°，橫架中間位置的錨索規格為K21/9.0-1700Q/TZK038。煤礦巷道擴張部分橫架錨索設置在兩排鋼帶的中間位置，橫架錨索安裝完成之后需要進行加固處理，預緊力大小需要達到100 kN 達到相應的支護工作效果[3]。

2.4 支護工藝方法

2.4.1 臨時支護結構

在掘進施工過程中需要使用超前探梁來進行臨時性支護，前探梁使用50.5 mm 的鋼管材料來進行制作，長度大小需要達到4 000 mm。

2.4.2 錨網支護安裝施工

在現場錨網支護施工過程中，主要的施工流程主要包含巷道施工成型、鋪設梯網、臨時性支護施工、安裝錨桿錨桿加固、兩幫位置清理以及緊固錨桿，錨網支護工作過程中錨桿位置需要使用快速安裝施工工藝方法，同時使用錨桿鉆機實現一次性安裝完成。在進行橫架錨索安裝施工過程中，工程施工現場需要使用預先準備好的錨索施工機具來進行操作，錨索施工過程中需要跟隨蠅頭部分。桁架錨索支護施工過程中，需要做好臨時性加固結構，并且需要對托盤的方向進行有效調整，加固錨索托盤和固定中間錨索、桁架錨索的孔口位置和煤礦巷道兩幫之間的距離控制在0.35 m，安裝施工角度為60°，桁架錨索設置在兩排鋼帶的中間位置。

2.4.3 噴漿支護施工

在噴漿支護施工過程中要求噴漿施工厚度不能小于50 mm，噴漿完成之后需要做好密封處理，不能存在明顯的孔洞，回彈率大小需要控制在15%以下，在施工過程中使用的是一邊開挖一邊噴漿的施工方法，噴漿距離迎頭位置的間距不能超過20 m，在首次注漿工作結束之后需要及時進行二次噴漿施工，在后續切眼的掘進工作的迎頭位置間隔10～30 m 的距離，通過使用空中注漿錨索的施工方法進行噴漿支護和加固處理，本次開采工作中注漿錨索規格使用的是1 000 mm×1 600 mm 的間距，并且對已經施工完成之后的錨桿間隔大小進行有效布置，注漿錨索的加固間距大小為900 mm，在實際注漿工作當中要求對注漿設備型號進行合理選擇，需要充分的滿足注漿加固施工的技術要求和標準。通過對注漿設備和材料的正確選擇，提高材料注漿完成之后的滲透性和穩定性，并且在材料充分凝結之后穩定性更強，因此通過使用噴漿加固施工技術，在本次綜采工作面當中的加固效果達到了預期要求[4]。

2.5 厚煤層切眼圍巖支護效果

在切眼掘進工作和支護工作過程中，需要對切眼的具體位置進行設置，需要保證在切眼的中間間隔50 m 的位置需要設定出一個測量工作點位，同時需要對切眼周圍的威嚴結構穩定性情況進行判斷，有效監測圍巖結構的實際變形量大小。在監測工作結束后需要對其中的關鍵性信息進行收集，并且在切眼掘進知乎工作完成7 d 之后，發現周圍的圍巖結構的變形量有了一定的提升，在后續的10 d 時間整個圍巖結構的變形量大小基本上已經處于了相對穩定的工作狀態，在厚煤層的切眼部分表層，通過混凝土噴射加固的表層位置產生了肉眼可見的裂縫情況，但是整個圍巖結構的實際變形量仍然處于一種相對較小的狀態。在完成切眼頂板的監測時間之后，整個巷道的結構穩定性達到了正常狀態，頂板頂部和巷道的變形量分別為130 mm 和95 mm，這一數值復合正常的變形量大小。

3 結語

在厚煤層大跨度開切眼掘進工作過程中，必須要配合使用合理的支護工作方法，有效保證煤礦井下掘進開采工作的安全性和穩定性，提高煤礦開采工作效率和整個作業的安全性。