综放大断面切眼锚网索支护技术

胡立年

（晋城煤炭规划设计院，山西 晋城 048026）

综放大断面切眼的跨度大，断面多为矩形，两帮及顶板为煤体，煤体层理发育，分层之间黏聚力小，巷道围岩强度较低，围岩变形量和破裂范围很大；因此顶板支护困难，易引发顶板弯曲下沉、冒漏顶及煤壁偏帮等现象，影响工作面的安全生产。针对某矿306 综放工作面大断面切眼支护难题，结合现场实际地质生产条件，提出采用锚网索联合支护技术，实现切眼有效控制。

1 工程概况

该矿306 工作面开采的3 号煤层位于山西组下部，煤层倾角0～5°，平均埋深135.5 m，煤层厚度3.38～8.15 m，平均厚度6.13 m，机采高度2.2 m，放煤高度3.93 m。煤层结构简单，含0～2 层矸石，煤层稳定可采。3 号煤层直接顶为砂质泥岩，平均厚度1.45 m，含云母及炭质含植物化石；老顶为深灰色砂质泥岩和灰色细砂岩互层，平均厚度5.13 m。直接底为砂质泥岩，平均厚度0.62 m，含少数黄铁矿；基本底为细砂岩，平均厚度2.93 m。306放顶煤工作面位于矿井井田中部，为3 号煤运输大巷、回风大巷煤柱回收工作面。工作面长度89.4 m，推进长度650 m，可采面积58 110 m2。根据工作面支架安装和生产要求，306 放顶煤工作面切眼断面设计为矩形，开掘断面7.0×2.6 m。开切眼支护设计方案的选择关系到开切眼能否正常施工，也关系到工作面设备能否安全安装，是工作面安全顺利开采的关键。

2 锚网索联合支护机理

锚杆支护是一种安全、主动的支护方式[1]。施加在巷道围岩内的预应力锚杆，使围岩由两向应力状态变为三向应力状态，并在围岩内部形成稳定的支护结构。锚杆支护阻力随着巷道围岩变形和应力调整而增大。锚杆在岩体内部形成的压力拱结构具有一定强度承受地压。因此锚杆支护结构可大幅度降低围岩变形，使巷道围岩处于稳定状态。

锚杆加固虽然不能有效地提高围岩极限强度，但可大幅提高围岩破坏后的残余强度。当锚杆与其锚固范围内岩体构成的锚固体在围岩集中应力作用下发生破坏时，锚固体的承载能力降低，在围岩内集中应力向深部转移过程中，锚固体通过锚杆的约束作用使因塑性破坏易于松动的岩石构成锚固平衡拱，此锚固平衡拱具有一定的承载能力和适应自身变形的特性。

顶板布置锚索可增强锚杆的支护效果。锚索支护一方面起到悬吊作用，一方面也起组合加固作用，组合加固与悬吊作用的结果可使巷道上位岩层中的应力向煤帮更深处转移，从而降低了巷道两帮与底板中的应力[2]。锚索的承载能力高，平均预紧力可达150 kN，一般锚固在上位深部稳定的岩层中，将下位与上位岩层组合成一体。当锚索及时施工时，锚索可充分利用围岩自身的承载能力，起到的组合作用明显，预紧力大，各岩层间的摩擦力及岩层的抗弯强度可大幅提高。但是，锚索只起到悬吊作用，顶板岩层中可能发生离层。

3 切眼支护方式及支护效果分析

3.1 切眼支护方式（见图1）

根据大断面锚网索联合支护机理，并结合现场实际地质生产条件，306 放顶煤工作面切眼采用锚网索联合支护技术；为避免顶板大面积悬露，采用两次成巷工艺，即切眼导硐和切眼开帮扩宽。

图1 大断面切眼支护方案图

1）306 切眼导硐支护方式：306 放顶煤工作面切眼导硐断面为矩形，巷道宽4 500 mm，高2 600 mm。顶锚杆规格为φ18 mm 螺纹钢锚杆，长度2 000 mm，锚杆间排距700 mm×800 mm。帮锚杆规格为φ18 螺纹钢锚杆，长度2 000 mm，锚杆间排距900 mm×800 mm。顶锚杆每排6 根，采用一卷S2370 树脂药卷锚固。顶板采用金属网，两帮采用塑料网，网片大小2 500 mm×1 000 mm，网格为50 mm×50 mm。锚索直径为φ17.8 mm，中间两根锚索长度7 000 mm，边锚索长度5 300 mm，锚索间排距1 400 mm×1 600 mm，每排3 根，锚索外露长度在10～50 mm 范围。锚索采用树脂药卷端头锚固，每孔采用一卷S2370 和Z2360 锚固。托盘规格300 mm×300 mm×10 mm（长×宽×厚）。锚索安装预紧力150 kN。

2）306 切眼开帮扩宽支护方式：切眼扩宽后巷道宽7 000 mm，高2 600 mm。切眼开宽后顶部采用锚杆+金属网+锚索联合支护，锚杆间排距为700 mm×800 mm。帮部开帮后重新打φ18 玻璃钢锚杆，长度2 000 mm，锚杆间排距900 mm×800 mm。边锚索长度5 300 mm，中部锚索长度7 000 mm，锚索间排距1 400 mm×1 600 mm，每排两根。具体切眼支护方案，见图1。

3.2 支护效果分析

为了掌握306 工作面切眼巷道围岩的活动规律及支护效果，在306 工作面切眼设置6 个观测点，对巷道表面位移监测。通过42 d 的观测数据显示，顶板累计下沉量最大180 mm，两帮累计变形量120 mm，底板底鼓累计量50 mm。变形主要发生在巷道开掘20 d 内，以后趋于稳定。可见，采用锚网索联合支护方式，对顶板控制能力明显加强，切眼变形得到有效控制。

4 结论

综放大断面切眼跨度大，顶煤层理发育，强度低，分层之间黏聚力小，巷道围岩强度较低，围岩变形量和破裂范围很大，属目前支护较困难的巷道类型之一。锚网索联合支护具有快速、主动的优点，大幅度降了低围岩的变形量，使巷道处于稳定状态。现场观测结果表明，采用锚网索联合支护技术，顶板及帮部的移近速度和总移近量都在安全范围之内，围岩保持较好的完整性，保证了工作面的安全生产。

[1] 李秀华.“三软”层中炮采改为轻放开采的切眼支护实践[J].煤炭科学技术,2003,31(11)∶46-47.

[2] 李伟,白光超,王玉和.锚网索联合支护在大断面托顶煤切眼中的应用[J].煤炭科学技术,2010,38(2)∶22-24.