煤矿综采工作面大断面切眼支护工艺优化研究

郑凯陕煤集团神木红柳林矿业有限公司

煤矿综采工作面大断面切眼支护工艺优化研究

郑凯
陕煤集团神木红柳林矿业有限公司

摘要：本文简单介绍了煤矿综采工作面切眼支护原理，分析使用大断面综采切眼支护工艺的优势和劣势，并对煤矿综采工作面切眼支护工艺简单进行了优化研究。

关键词：煤矿；切眼；大断面；支护工艺

1、引言

在煤矿综采工作过程中，切眼是煤矿采煤工作面进行设备安装时的场所，切眼围岩的稳定性在煤矿综采工作面设备进行安装和回采时起到非常重要的作用。另外，采取合理的切眼支护方式，可以有效的避免由于支护强度过高而造成的材料浪费，降低了支护和维护的成本，对煤矿经济效益造成一定的影响。在地质条件特殊的情况下，采用切眼支护技术，可以在确保质量的前提下提高煤矿成巷的速度，在一定程度上降低了劳动的强度，确保切眼的安全性。

2、大断面综采切眼支护原理

在进行大断面综采切眼支护时，将锚索探入到稳定的深部岩石中，在对岩体进行加固前，先要对其进行施压，以此来防止岩体出现松动及变形，确保围岩的稳定性。巷道每掘进2到3米，及时用锚杆进行支护，在顶板没有出现离层时，就要及时的安装锚杆，并对其进行悬吊加固，确保顶板的稳定性和完整性。从应力角度出发分析承载结构，在巷道围岩比较深的部位，在切向应力集中区域，承载结构的应力和弹性区将低于其内切向应力，使切向应力逐渐向围岩的深部进行转移，这样就形成了外承载结构，比较有利于外承载结构的稳定，限制了塑性区向外扩展，承担了岩层的应力，并对内承载结构进行了保护，可以对巷道围岩起到良好的稳定作用，确保了煤矿在进行采掘中的巷道围岩稳定性。

3、大断面综采切眼支护工艺的优缺点

采用大断面的综采切眼支护工艺，可以有利于后期切眼进行扩大施工；采用大断面综采切眼支护工艺可以节省一部分的劳动力，降低了工人的劳动强度，节省材料消耗，节约了成本，初步估算每米巷道可以节省2000多元支护的费用，确保顶板的稳定性和安全性，提高了巷道断面的利用率，进一步的改善了煤矿安全生产的环境。

结合红柳煤矿实际作业环境，目前大断面综采切眼支护工艺存在以下几点缺点，一是目前切眼支护工艺在进行设计时，一般采用经验法和工程类比法，造成了在进行支护设计时，其手段不够全面和方法不够科学合理。二是现在的支护技术和支护结构在进行设计时，其锚索和锚杆的支护密度比较高，支护体实际的受力远远低于杆体的支护强度，这样一定程度上就制约了掘进的速度，不能充分体现其经济优势。三是在薄基岩、浅埋深的局部区域，其工作面的切眼支护设计还不够充分，没有针对性的做出研究和分析。

4、大断面综采切眼支护设计

本文以陕西省陕煤集团旗下的红柳煤矿为例，结合该煤矿的地质条件，确定最终支护参数，结合现场工业性应用试验，确定大断面综采切眼支护工艺。

红柳煤矿通过现场实时监测和理论分析，综合确定巷道矿压的显现规律，通过现场实测可以直观的显现出矿压显现的基本特征，可以实时的监测支护的质量，为巷道进行支护参数选取提供基础数据和理论依据。

根据红柳煤矿浅埋深和薄基岩的地质采矿条件，将其煤矿定性为大跨度的大断面托顶煤巷道；红柳煤矿的围岩强度和完整性比较好，结合其地质条件，应加强对顶板托顶煤的控制，采场和回采巷道的超前将影响段矿压，矿压显现强烈，应重点防御溃水溃沙等地质灾害；红柳煤矿的断面跨度较大，是影响围岩稳定性的主要因素。针对这一情况，对托顶煤巷道大断面的宽度进行力学解析，提出托顶煤巷道顶板的稳定和巷道宽度之间的关系式，在巷道围岩处于弹塑性的状态时，要以及时支护、柔性和加固围岩的支护原则。

对红柳煤矿的切眼围岩变形信息和支护体的承载性能进行监测，发现锚索和锚杆的支护体工作阻力偏低，巷道的整体变形量较小，巷道支护要求的强度过高，还需对锚索和锚杆的支护参数进一步的优化。结合现场实际情况和现场实际的支护效果，经理论计算后，与实际情况存在较大的差别。结合红柳煤矿自身存在的断面高和跨度大的特点，可以通过对比分析邻近煤矿类似条件的围岩控制效果和切眼支护参数，来确定支护参数，另外在确定支护参数时，控制巷道两帮的稳定性和顶板安全也是进行支护参数设计需要考虑的首要因素。

切眼支护方式优化：以往5-2煤综采工作面切眼掘进宽度9m,掘进高度4.2m,砼地坪200mm;以往切眼顶板采用（螺纹钢锚杆+W钢带+锚索）联合支护，靠采面回采帮锚采用Φ16×1600mm玻璃钢锚杆支护，煤柱帮采用Φ16×1800mm圆钢锚杆支护，切眼调车硐室顶板采用螺纹钢锚杆支护，帮部采用Φ16×1800mm圆钢锚杆支护。但是，通过以往综采工作面初采初放、初次来压验证，发现切眼使用W钢带后不利于切眼初次垮落，造成初采步距加大、支架压力增加，不利于安全管理。

红柳煤矿大断面切眼采用:切眼顶板支护方式调整为（螺纹钢锚杆+钢筋梯子梁+锚索联合支护）联合支护方式，顶板锚杆长度为左旋螺纹钢¢22x2600mm，间排距为1.2×1.2m；煤柱帮采用Φ16× 1600mm圆钢锚杆支护，靠采面回采帮锚采用Φ16×1600mm玻璃钢锚杆支护，间排距为1.2×1.2m；切眼调车硐室顶板采用螺纹钢锚杆支护，调车硐室帮部不支护。锚索支护参数确定为：锚索直径改为17.8mm，长度选取为6.0m，顶板五花布置。

5、结论

在煤矿综采工作面大断面进行切眼支护中，对其支护工艺技术进行优化，可以进一步的提高煤矿在开采过程中的安全性，确保煤矿在施工时的安全质量问题，另外在一定程度上可以降低施工事故的发生，在应用中具有一定实际意义。本文通过对红柳林煤综采工作面大断面切眼支护优化分析，为今后大采高综采工作面切眼的支护设计及施工提供有益的借鉴参考。

参考文献：

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[2]刘培东.龙宫矿综采工作面大断面综采切眼支护技术[J].山西煤炭，2014.

[3]王元明，冯伟，柏建彪.采空区下综采工作面大断面切眼支护技术[J].煤炭科学技术，2011.