综掘切眼大断面施工一次成巷的研究与应用

邓绍师

摘要：锚杆支护大断面支护一次成巷的实践经验，不用二次开帮，避免对顶板的二次破坏。

关键词：综掘 大断面 一次成巷 快速掘进

1 概述

综采液压支架安装需要大断面，传统的技术是采用两次掘进成巷，巷道的掘进速度慢，同时对顶板造成二次破坏，顶板管理困难，容易出现应力集中显现。结合现有的煤层赋存及顶底板特征，庚20-21070切眼掘进成功采用了综掘一次成巷、锚杆、锚索、网、锚梁、点柱联合支护技术，实现了巷道的快速掘进，并达到综采安装要求，实现了煤巷锚杆支护快速、经济、安全可靠的目标。

采区概况：庚20-21070切眼工作面位于二水平庚一采区东翼中下部，南临庚20-21050采煤工作面（已开采），北临庚20-21090采煤工作面（已开采），西临庚一皮帶下山，东部临二矿回风井庚组保护煤柱，上部的己组煤未开采。地面标高+340～+450m，井下标高-409～-450。依据已揭露的地质情况资料分析，局部顶板有裂隙，裂隙可能涌水、涌瓦斯，对掘进影响大。该面受小断层影响，顶板局部滴淋水，底板局部涌水。该掘进工作面以斜交断层为主。局部顶板有裂隙，局部受构造影响顶板倾角有变化，巷道起伏不平，对该工作面掘进有一定影响。（表1）

2 巷道支护设计

2.1 支护设计的依据

根据庚20 层煤顶底板岩性和组合岩梁理论，以及锚网索支护工艺，历年来，在本矿掘进巷道中做为主动支护的加固形式，经过使用效果较好，并且采用小孔径锚索和树脂药卷配合使用，具有加固深度大、承载能力高、钻孔效率高、安装工序简单等优点，在矿井生产中得到较普遍推广应用。为此在此切眼施工中，使用锚杆锚网支护的同时，配合使用锚梁和锚索。

2.2 支护形式

2.2.1 临时支护

①工作面备3根DW25-30/100轻型单体柱进行临时支护，柱距1.5m，距两帮各1m。

②工作面机掘切割后进行打锚杆支护作业时将单体柱按柱距1m打在硬底上，使用水枪给单体柱加压，柱体升起支撑住锚梁（锚网），然后在可靠的临时支护下进行永久支护或其它作业。

2.2.2 永久支护

①正常掘进时，采取随掘随锚的原则，每机掘一个循环后及时在可靠的临时支护下进行永久支护作业。

②交岔点处或动压影响较大区域（或断层处）采用锚网（锚梁）、锚索联合支护。

2.2.3 特殊支护

①当遇见断层时，如顶板岩层稳定性较好，岩石比较坚硬、层理比较完整时，顶板支护按正常支护进行施工。

②当遇见顶板破碎、挑顶过断层或顶板容易冒落区时，采取减小锚杆间排距、加网、补打锚索等加强支护的措施。

该切眼设计断面为矩形，断面为14.16m2，断面宽度5.9m，高度2.4m，长度132.5m。该切眼采用炮掘联合机掘一次成巷。由锚杆、单体液压支柱及配合锚索托梁对顶板联合支护。

3 支护参数的设计

3.1 锚杆支护参数的确定

按悬吊理论计算：

3.1.1 锚杆长度L

L=L1+L2+L3

式中：L1——锚杆外露长度，mm；

L2——软弱岩层厚度，可根据柱状图确定，mm；

L3——锚杆伸入稳定岩层深度，一般不小于300mm；

锚杆长度L=L1+L2+L3=50+1000+300=1350mm，取L=2200mm。

3.1.2 杆体直径d

d=L/110

式中：L——锚杆长度，mm；杆体直径d= L/110=2000/

110=18.18mm，取d=20mm。

3.1.3 锚固力N

可按锚杆杆体的屈服载荷计算N=πd2σ屈/4

式中：σ屈——杆体材料的屈服极限，MPa；

d——杆体直径，m；

锚固力N=πd2σ屈/4=0.25×3.14×（0.02）2×335×106=105kN。

3.1.4 锚杆间排距

α=■

式中：α——锚杆间排距，m；

Q——锚杆设计锚固力，一般取8.0t；

H——软岩厚度取0.3m；

γ——软弱岩层的容重，一般取2.4t/m3。

α=■=■=2.357m，取锚杆间距1.1m，排距1.1m。

综合上述计算，根据历年来庚组顶板支护经验，以及庚组顶板L6强度较大且稳定性较好，锚杆间排距取1100mm×1100mm；排距在顶板正常情况下（顶板完整、无裂缝、节理不发育、无隆声、无离层时）取1100mm，顶板异常情况下（顶板有隆声、出现离层、节理发育、有裂缝时），取900mm，顶板破碎及过断层时锚杆间排距取1100mm×900mm并加挂网护顶。

3.2 锚索支护参数的确定

3.2.1 锚固长度La

La≥（fst/πfcs）d1

式中：d1——锚索钢绞线之径，mm；

fst——钢绞线抗拉强度，MPa；

fcs——锚索与锚固剂的设计粘接强度，按10MPa计算

La≥（fst/πfcs）d1=（1870/3.14×10）×17.8=1060mm，

取锚固长度1.4m>1.06m。

3.2.2 锚索间排距

L/S≥2

式中：L——锚索孔深度，4500-220=4280mm；

S——锚索间距，设计锚索间距2000mm。

4280/2000=2.14≥2。

3.2.3 锚索锚固力P

P1≥P≥P1/K或P2/K

式中：P——设计锚索锚固力，200kN；

P1——锚固段锚固剂与孔壁的粘结力，kN；

P2——锚固段锚固剂与钢绞线的粘结力，kN；

K——安全系数，取2。

综合上述计算，根据历年来庚组顶板支护经验，锚索间排距取2000mm×2000mm。

3.2.4 施工方法

开口采用炮掘宽5.9m，高2.4m巷道，P-30B型耙斗机出货。EBZ-200型掘进机站在庚20-21070切眼下口位置转载出货，施工30m后拆除耙斗机、拐掘进机、铺设DSJ80/30×2胶带运输机。机掘机掘至设计位置。

3.2.5 采用锚杆支护大断面支护一次成巷的优点

①提高了掘进速度，缩短了切眼施工工期。采用大断面切眼，扩帮需二次成巷，重要的是避免了多种工序之间的互相制约和干扰以及所引起的多种不安全因素，加快了安装速度。

②断面变形量小，支护效果好。采用锚网索有效地控制了巷道顶板围岩的下沉，避免了巷道的重复翻修，改善了作业环境。经观测顶板平均下沉量10mm，底鼓30mm，两帮相对移进量30mm，达到了设计和安装要求。不存在二次恢复量。为此大大地减少了影响时间，提高了生产效率。

③经济效益明显提高。这种支护形式比切眼二次开帮节省了人工费，节约材料费和人工费约15万元。减少了繁琐的劳动工序和大幅度降低了工人的劳动强度。

参考文献：

[1]史宏涛，曹振明，魏尽力，张墨辛.综采大断面切巷一次成巷快速施工技术[J].中州煤炭，2010（10）.

[2]刘化全.综采切眼大断面施工一次成巷[J].煤炭技术，2009（04）.

[3]李焕斌.大断面巷道一次成巷技术的应用[J].煤炭工程，2011（05）.