榆樹坡煤業5106 工作面特大斷面切眼錨網索支護技術應用

程德中

（山西寧武榆樹坡煤業有限公司，山西 寧武 036700）

煤炭作為儲量豐富、成本低廉的工業原料，支撐著我國經濟的快速發展，隨著煤炭開采強度不斷提高，賦存條件優越的煤炭資源逐漸開采殆盡，資料顯示，我國煤炭資源中厚煤層占比約45%，因此，厚煤層煤炭資源的開采逐漸得到關注。厚煤層開采常采用綜放開采工藝，具有噸煤成本低、煤炭采出率高等優點，綜放開采一般采用的機械設備尺寸較大，這就要求斷面尺寸更大的切眼巷道。但大斷面切眼跨度大，通常巷道圍巖控制困難，尤其當頂板遇到泥質膠結軟弱巖層時，切眼圍巖控制難度進一步加大。榆樹坡煤業5106 工作面切眼采用矩形巷道，巷道掘進寬度9.6 m，掘進高度3.9 m，屬于特大斷面切眼，且工作面切眼頂板巖性主要為砂質泥巖，其承載能力較低、自穩性差，圍巖控制難度較大。

1 概 況

榆樹坡煤業5106 工作面位于5 號煤一采區，工作面標高為900—1 011 m，埋藏深度為346～447 m，工作面東部為DF27 逆斷層，西部為北同蒲鐵路保護煤柱，北部為5 號煤皮帶大巷。工作面上覆存在2 號煤1202 采空區及舊回風巷、1204 采空區、1208 采空區和1210 采空區，四鄰無其它采空區存在。5106 工作面煤層厚度14.5～16.9 m，平均15.5 m，結構簡單，含夾矸4 層，為全區穩定可采的巨厚煤層。5106 工作面偽頂為砂質泥巖，厚0.3 m；直接頂板為細砂巖，厚0.8 m；老頂為砂質泥巖，厚15.46 m；直接底板為粉砂巖，厚1 m；老底為砂質泥巖，厚1.9 m，詳見表1。5 號煤與5上煤相距16.56 m、5 號煤與5 下煤相距2.92 m。榆樹坡煤業5106 工作面采用綜放開采工藝，工作面采高4.0 m，采放比為1：2.88，根據工作面采掘設備安裝、通風安全等要求，榆樹坡煤業5106 工作面切眼設計采用矩形巷道，巷道掘進寬度9.6 m，掘進高度3.9 m，屬于特大斷面切眼。5106 工作面采掘工程平面如圖1 所示。

表1 5106 工作面煤層頂底板巖性特征Table 1 Coal seam roof and floor lithology characteristics of No.5106 Face

圖1 5106 工作面采掘工程平面示意Fig.1 Mining engineering plane diagram of No.5106 Face

2 特大斷面切眼錨網索支護技術

榆樹坡煤業5106 工作面切眼掘進寬度9.6 m，掘進高度3.9 m，屬特大斷面巷道，工作面存在超過15m 的砂質泥巖，承載能力較低、自穩性差，圍巖控制難度較大。由于5106 工作面切眼跨度較大，因此采用一次掘巷、二次擴巷的成巷工藝，初次掘巷寬度5.5 m，二次擴巷寬度4.1 m。為保證榆樹坡煤業5106 工作面切眼的穩定，根據實際生產地質條件，研究特大斷面切眼錨網索支護技術，具體支護技術參數如圖2 所示。

圖2 切眼支護示意Fig.2 Incision support diagram

（1） 5106 工作面切眼頂板采用全錨索+金屬網支護，錨索規格為φ21.8 mm×9 200 mm，初次掘巷頂板布置7 根錨索，采用5.5 m 的7 眼W 鋼帶連接，錨索間排距為850 mm×1 000 mm，擴至全斷面后；內錯500 mm 布置5 根錨索，采用4.3 m 的5 眼W 鋼帶連接，錨索間排距為1 000 mm×1 000 mm，每根錨索配1 塊300 mm×270 mm×14 mm 的拱形托板，配1 根MSCKa/b23/1200 mm 錨固劑，錨索設計張拉預緊力40 MPa。頂板采用高預緊力全錨索主動支護，長度9 200 mm 的錨索可將淺部軟弱砂泥巖錨固至深部巖層，使淺、深部圍巖形成統一承載結構，充分發揮深部巖層的承載性能，形成良好的控頂效果。

（2） 5106 工作面切眼采幫及煤柱幫采用錨桿+金屬網支護，錨桿采用φ22 mm×2 400 mm 的螺紋鋼錨桿，幫部距頂板400 mm 處打注第一根幫錨桿（即W 鋼帶護板豎向布置），自上往下共打注4 根幫錨桿（全部上W 鋼護板），幫錨桿間排距1 000 mm×1 000 mm，每根錨桿配1 塊150 mm×150 mm×10 mm 錨桿托板，以及1 塊450 mm×280 mm×4 mm 的W 鋼帶護板，配1 根MSCKa23/800 mm 錨固劑，錨桿預緊扭矩設計300 N·m。兩幫均采用高預應力錨桿主動支護，強化幫部軟弱煤體力學性質，使支護結構與圍巖體形成統一承載結構，形成良好的固幫效果。

（3） 頂、幫金屬網均采用14 號鐵絲聯結成菱形網片，菱形網規格為1 300 mm×7 000 mm、1 300 mm×3 000 mm，且每10 cm 聯結一道，每道雙股絲繞匝3 圈，網與網搭接長度100 mm，形成良好的護表效果。

3 圍巖控制效果

將上述特大斷面切眼錨網索支護技術應用于榆樹坡煤業5106 工作面切眼，同時監測切眼的變形情況。切眼巷道移近量如圖3 所示，移近速度如圖4 所示。5106 工作面切眼變形呈分階段特征，首階段為快速變形階段，發生在切眼初掘1.5 個月內，該變形階段切眼圍巖移近速度較快，頂底板移近量約91 mm，兩幫移近量約100 mm，頂底板最大移近速度3.74 mm/d，兩幫最大移近速度5.72 mm/d；第二階段為緩慢變形階段，發生在切眼掘出1.5～3個月內，該變形階段切眼圍巖移近速度有所減緩，頂底板移近量約141 mm，兩幫移近量約178 mm，頂底板最大移近速度1.87 mm/d，兩幫最大移近速度2.31 mm/d，圍巖變形速度降低近一半；最后一個階段為穩定變形階段，發生在切眼掘出3 個月后，該變形階段切眼圍巖移近速度很小，切眼圍巖趨于穩定。

圖3 切眼巷道移近曲線Fig.3 Roadway approaching curve of cut hole

圖4 切眼巷道移近速度曲線Fig.4 Roadway approaching velocity curve of cut hole

穩定后，頂底板移近量約146 mm，兩幫移近量約185 mm，整體看，榆樹坡煤業5106 工作面切眼變形均在可控范圍內，同時未發現冒頂、片幫等大變形現象，表明此次特大斷面切眼錨網索支護技術的合理性和可靠性。

4 結 語

榆樹坡煤業5106 工作面特大斷面切眼跨度較大，圍巖控制難度大，為此研究特大斷面切眼錨網索支護技術，采用高預緊力全錨索主動支護進行控頂，采用高預應力錨桿主動支護進行固幫，同時配套金屬網進行護表。該支護方案在榆樹坡煤業5106 工作面切眼進行了應用，切眼掘進過程中頂底板最大移近速度3.74 mm/d，兩幫最大移近速度5.72 mm/d，切眼圍巖穩定后，頂底板移近量約146 mm，兩幫移近量約185 mm，變形均在可控范圍內，表明該特大斷面切眼錨網索支護方案實現了榆樹坡煤業5106 工作面切眼的穩定控制，保障了煤礦安全生產。