特大断面支护及加固技术研究与应用

摘要：围绕加快建设集团公司第一个大采高工作面，在掘进7105切眼时，断面达到47m2以上，高度4.5m和宽度10.5m，而且在全国来说也是断面最大，如何确定切眼的支护参数、如何在综采安装前确保巷道顶板稳定，并且确保巷道受力稳定，如何对巷道进行二次加固一直是我们和中国矿大研究解决的重点和难点。该技术主要是针对本矿实际情况而立项研究的，旨在总结经验，积累技术，为以后出现类似情况提供技术。由于国、内外矿井巷道地质条件不同，所以该技术与国内其它矿井没有可比性。

关键词：大断面巷道掘进工艺 支护方式 加固方案

1 巷道基本情況

7105切眼地面上位于东崔村的南面约550m，赋存于二叠系山西组地层中下部。工作面上下左右四邻关系、采掘情况及影响。7105切眼位于71采区辅助运输巷西侧，与71采区辅助运输巷平行布置，距71采区辅助运输巷50m。7105工作面所采为3#煤层，赋存于二叠系山西组地层中，为陆相湖泊型沉积，煤层厚度稳定，煤厚平均6.3m，全煤含夹矸2层，总厚度0.6m，其中上分层所含夹矸局部有变厚现象，夹矸最大厚度可达0.4m。根据地测科提供资料，该面属低瓦斯矿井工作面，煤尘具有爆炸性，未发生过煤的自燃现象，地温、地压正常。7105切眼设计长度270m，巷道沿煤层底板掘进。（见图1）

2 立项背景

围绕加快建设集团公司第一个大采高工作面，在掘进7105切眼时，断面达到47m2以上，高度4.5m和宽度10.5m，而且在全国来说也是断面最大，该切眼是王庄矿建矿以来第一次施工大断面巷道，而且没有成功的经验可以借鉴，如何确定切眼的支护参数、如何在综采安装前确保巷道顶板稳定，并且确保巷道受力稳定，如何对巷道进行二次加固一直是我们和中国矿大研究解决的重点和难点，为了解决这些难点，采取科学合理的支护参数，确保一次采全高顺利建成，成为我们着手研究的课题。而且在具体施工过程中，由于巷道高度达到4.5m，使用普通掘进机无法完成一次成巷技术，必须采用二次成巷技术，但二次成巷对巷道施工腰线的管理非常重要，腰线的管理成为施工重点。

3 巷道掘进施工方式

①由于巷道高度为4.5m，使用普通的掘进机一次成巷难度较大，而且一次成巷后打设锚杆较困难，所以采取二次成巷的方式进行。②掘进机先切割巷道上部3.0m高煤层，并进行永久支护，完成支护后，退机，切割巷道下部预留1.5m高底煤，并完成支护。③所有支护完成后，方可进行下一循环。④巷道下部1.5m部分切割及两帮支护，滞后巷道上部3.0m部分两帮支护7架（6.3m）进行。⑤掘进机割煤过程中，要使预留的底煤存在适当坡度，保证掘进机进退机方便、安全。⑥二次成巷帮锚杆打设时，第一根帮锚杆与当架一次成巷帮底锚杆并排打设，配套使用特制短钢筋梯子梁，并将上下钢筋梯子梁进行联锁。

4 巷道支护参数的确定

与中国矿大一起根据三维地质勘探结果，结合我矿多年来大断面巷道支护的成功经验，科学合理制定了7105切眼的支护参数。4.1 一切切顶板每排打设Φ22L2400高强度螺纹钢7根，锚索每隔1.8m布置3根，老唐帮打设Φ22L2400高强螺纹钢锚杆，每帮5根临时帮支护采用Φ22L2400MGSL型玻璃钢锚杆，每帮5根。

4.2 二次切原设计顶板每排采用Φ22L2400高强度螺纹钢锚杆8根，锚杆排距为900mm，间距750mm。锚索加强支护为每隔1.8m布置4根Φ18.9mm的大孔径预应力锚索。推进帮支护采用Φ22L2400MGSL型玻璃钢锚杆，每帮7根，为了保证切眼的支护效果，在原设计的基础上对支护参数进行了调整，调整设计后的参数为设计每排采用Φ22L2400高强度螺纹钢锚杆8根，锚杆排距为900mm，间距750mm。锚索加强支护为每隔1.8m布置5根Φ18.9mm的大孔径预应力锚索，在一次切与二次切顶锚杆交错处顺巷道打设一排联锁锚索进行加强支护。

5 切眼加固技术

7105切眼一次切掘进完毕后，巷道帮顶煤体稳定，无明显节理层理发育，巷道原支护良好。一次切底板已使用混凝土进行硬化，底板平整。在二次切开口作业前，在一次切内距临时帮400mm处每隔10m搭设一组联锁木垛，并在两组联锁木垛中间架设两架大板单体柱抬棚。单体柱棚，为一梁三柱，大板长3.5m，单体柱高4.5m。二次切掘进时，跟在转载皮带后面靠近推进帮再打设一排单体柱大板棚，加固后整个切眼打设4排单体柱大板棚并在一二次切眼件打设木垛棚，起到了良好的加固作用，巷道受压稳定。

6 该技术应用情况及社会效益

该技术在7105大采高工作面切眼内已经成功应用，现在掘进工作已经完成，目前通过各种矿压测站观测、分析巷道受压稳定，而且巷道变形量在合理可控范围，完全满足综采安装条件。

①通过开展大断面支护技术研究，为我矿以后再开展大采高工作面建设打下了良好的基础。②支护参数的科学合理确定为以后掘进类似巷道提供了经验。③为以后大断面巷道加固积累了经验。

但由于第一次掘进大断面巷道，技术和经验都不太成熟，还需通过巷道矿压测站的观测和分析支护效果，在以后掘进类似巷道中不断完善大断面支护技术。

改进方向：①引进大功率掘进机实现一次成巷技术。②引进新型锚杆液压钻车满足4.5m高巷道的支护。③巷道加固能否使用新型加固工具。④引进智能型矿压监测工具，分析巷道变形情况。

参考文献：

[1]郭守泉.矿井深部开采矿压与支护技术研究[D].辽宁工程技术大学，2005.

[2]张东，苏刚，程晋孝.深井大采高综采工作面切眼联合支护技术[J].煤炭学报，2010（11）.

[3]任晓鹏.深井近距离下位煤层巷道布置及支护研究[D].辽宁工程技术大学，2008.

作者简介：左晓辉（1980-），男，山西长治人，助理工程师，从事煤矿生产技术工作。