超宽矩形切眼一次成巷施工方法

潘昱光，刘建华

（中鼎国际工程有限责任公司矿山隧道建设分公司 第三工程处，江西 南昌330096）

近年来，煤巷锚杆、锚索、钢带、网片联合支护技术发展相当迅速，联合支护技术显著提高了煤巷支护效果。在该支护技术的保障下，陕西建新煤化有限责任公司建新煤矿在施工41盘区4103切眼时成功实现了“左－右－左”一次成巷施工，该施工方案的成功应用，在于该切眼联合支护设计的合理，施工时采取的方案科学，制定的措施有效。

1 设计概况及地质条件

1）陕西建新煤化有限责任公司建新煤矿4103切眼设计断面为矩形，掘进断面宽8.3m，高3.3m，掘进断面27.39m2，切眼长180m。采用锚杆、锚索、网片、钢带联合支护。顶部锚杆采用Φ20mm×2500mmⅡ级螺纹钢，托盘采用Q235钢板，规格为8mm×150mm×150mm；金属网采用网目100mm×100mm的Φ6mm钢筋焊接网，面积1000mm×2000mm，网与网之间压边搭接100mm，联网间距100mm；锚索采用Φ21.8mm×8000mm钢绞线，锚索采用3节Z2360树脂药卷锚固，预紧力200kN；锚杆、锚索均打在矿用T钢带（T100－L4200／6）上，钢带排距800 mm。非采煤帮部锚杆采用Φ20mm×2500mmⅡ级螺纹钢，托盘采用Q235钢板，规格为8mm×150mm×150 mm；网片采用12＃铁丝菱形网，网目40mm×40mm，规格1200mm×3000mm，网与网之间压边搭接80mm。采煤帮部锚杆采用Φ20mm×2500mm玻璃钢，托盘采用塑料托盘；网片采用塑料网，网目40mm×40mm，规格2000 mm×3000mm，网与网之间压边搭接80mm。锚杆均采用2节Z2360树脂药卷锚固，间排距均为800mm×800 mm，矩形布置。网片均用不小于12＃铁丝绑扎（参见图1）。

2）切眼布置于4－2煤层中，煤层倾角5°～7°，平均厚度6.95m，煤层赋存稳定，顶板比较完整。伪顶为灰色、灰黑色泥岩及炭质泥岩，质软，易冒落，稳定性差，厚度0～0.4 m。直接顶为灰色、灰白色中厚层状粉砂岩及砂质泥岩，属较稳定性顶板，厚度16m。底板为灰色、紫杂色炭质泥岩为主、少量灰白色泥质砂岩，见水易膨胀。厚度1.6～5m左右。基本底以灰色灰黑色泥岩为主，属不稳定性底板。

图1 顶板支护示意

2 支护参数验算

2.1 锚杆参数验算

顶锚杆通过悬吊作用，帮锚杆通过加固帮体作用，达到支护效果的条件，应满足：

式中：L为锚杆总长，mm；L1为锚杆外露长取100mm；L2为有效长度（顶锚杆取免压拱高b，帮锚杆取煤帮破碎深度c），mm；L3为锚入岩层内深度（顶锚杆取1000，帮锚杆取600），mm。

普氏免压拱高：

式中：B、H为巷道掘进跨度和高度，B＝8.3m，H＝3.3m；f顶为顶板岩石普氏系数，f顶取4；ω帮为两帮围岩的内摩察角，取71.34°。

依据公式（1）计算得出，顶锚杆长为2273.625mm，帮锚杆长为1611mm。

所选顶锚杆长为2500mm，大于2273.625mm，帮锚杆长为2500mm，大于1611mm，均能满足计算要求。

2.2 锚索参数验算

按锚索所能悬吊的重量校核锚索的排距：

每根锚索悬吊岩体重量G＝γL2a2，锚索锚固力Q应能承担G的重量。为了安全，再考虑安全系数k，取k＝2。

式中：γ1为煤的容重，14kN／m3；γ2为泥岩的容重：26.6kN／m3；L1为煤的厚度，取3m；L2为直接顶的厚度，取1m。

Φ21.8mm锚索锚固力Q≥200kN，将数据代入公式（2）得a为1.2m。

所设计锚索排距为0.8m，小于1.2m，能满足计算结果。

2.3 悬吊理论校核锚索间距

式中：L为锚索间距，m；B为巷道宽，取8.3m；H为巷道最大冒落高度，取2m；γ为岩石的容重，取30kN；p为锚索排距，1.1m；F1为锚索锚固力，200kN；F2为锚索极限承载力，230kN；n为锚索排数，取1；θ为锚杆与巷道顶板的夹角，75°。

将数据代入公式（3）计算，锚索间距L为2.56m。所设计锚索间距为1.6m，小于2.27m，能满足设计要求。

3 施工方案

制定“左－右－左”一次成巷施工法。将切眼全断面按中线分割成为左、右两个断面，第一个循环先施工左半部4.15m按循环进尺1.6m截割，掘完一个循环后，立即用悬挂式前探梁进行临时支护，临时支护完成后，施工人员站在临时支护下方进行锚杆、锚索、网片、钢带支护，如此完成一个作业循环。第二个循环施工右断面，方法同第一个循环。第三个循环施工左断面，方法同第一个循环。

图2 巷道断面

每个大班完成3个作业循环（图2）。

4 施工工艺

此切眼施工工艺采用的是掘进机—胶带转载机—刮板输送机—带式输送机机械化作业线。主要设备是EBZ－150A掘进机和SGB620／40T型刮板输送机。掘进机截割下来的煤（岩）通过装载机构（一运）经胶带转载机（二运）卸给其下方的刮板输送机，经过刮板输送机输送后再卸给其下方的带式输送机，经带式输送机输送后经溜煤斗载到辅运大巷带式输送机运输设备上，这样可保证截割下来的煤不间断地运出。该作业线在机械正常工作时能够连续运输。当每班掘进完，掘进机停机工作面支护时，利用该段时间延长链条接槽板。

5 施工效果及经济效益分析

5.1 施工效果

掘后连续一个月进行巷道收敛监测，监测结果表明，顶板平均下沉41mm，左帮平均收敛23mm，右帮平均收敛35 mm，平均底鼓253mm。基本达到设计和安装要求，监测结果证明该切眼联合支护设计合理，施工时采取的方案合理，工艺、措施有效（图3、图4）。

图3 底鼓收缩曲线

图4 顶、帮收缩曲线

5.2 直接经济效益

采用“左－右－左”一次成巷施工法后较以往4101、4102工作面切眼二次成巷施工方法省去了单体液压支柱、π型梁、一次巷玻璃钢锚杆、塑料网等材料及人工，相对于切眼二次施工大大节省了材料的消耗，并且节省了人工费用，缩短了施工工期。

6 结语

切眼支护设计合理，在支护的保障下，成功实现“左－右－左”一次成巷施工方法。该支护方案及施工方法在该矿今后的经济效益和长远发展将产生比较大的影响，为矿井的安全、快速掘进提供比较好的方案，具有较好的实用前景。