复合顶板工作面切眼一次成巷围岩的控制技术

樊永东

摘 要：为解决复合顶板工作面切眼一次成巷面临的围岩控制难题，通过分析围岩变形特征，确定采用锚网（索）+托梁联合支护的形式，并加以施工戴帽单体液压支柱辅助支护的支护形式，通过对后期的观测结果分析可知：该支护方案能够对大跨度切眼围岩变形起到良好的控制效果，减少巷道掘进量的同时，缓解接续的紧张状况。

关键词：切眼；复合顶板；锚网索支护

切眼是煤矿采煤工作面相关设备安装并开始回采的场所，其支护的安全稳定性对于工作面设备安装与顺利回采起着至关重要的作用。戊9-10-22040采面是平煤股份十一矿第一个接近300m综合机械化的工作面，设计采长达到280m。该矿对如此大埋深戊组复合顶板条件下综采工作面开切眼一次成巷围岩控制及快速施工技术的掌握还处于落后水准。为了解决这些支护及施工难题，对戊组复合顶板条件下综采工作面开切眼一次成巷围岩控制及快速施工技术的研究具有重要意义。

工作面的概况

戊9-10-22040切眼煤层直接顶为3.7m左右的泥岩或砂质泥岩，基本顶为5.2m左右的细粒砂岩，存在一层砂质泥岩夹层。煤层直接底为3.4m的泥岩或砂质泥岩，遇水膨胀；基本底为7.8m左右的砂质泥岩或细粒砂岩。开切眼煤层为北东倾向的单斜构造，煤层倾角2～23°，平均为7°。戊9煤厚0.10～1.20m，平均0.55m；夹矸厚度0.15～5.50m，一般1.19m；戊10煤厚1.50～3.10m，平均2m。

支护形式的确定

金属支架等传统被动支护形式不仅存在着施工困难、支护材料消耗量大，降低切眼断面利用率的弊端，而且随着切眼跨度不断加大、围岩稳定性逐渐变差，不能对切眼进行有效支护，难以满足对切眼围岩变形控制较高的要求。基于对戊组复合顶板综采工作面开切眼围岩变形破坏特征的分析，平煤股份十一矿戊9-10-22040切眼在掘进过程中，随着围岩由三向应力状态转变为二向应力状态，局部顶板极易松散垮落，因此须采用积极主动的支护形式，使顶板尽快恢复到三向受力状态，提高围岩的自身承载能力，遏制围岩破坏向深部转移。由于戊9-10-22040切眼一次施工成巷跨度达到6.5m，切眼顶板支护形式锚杆终端应控制在2～3.7m范围内，长短锚索分别控制在切眼顶板上方3.7～5m及5.5～9m范围内，托梁紧贴切眼顶板自由面。戴帽单体柱控制在切眼中部围岩应力损失严重区域内。最终确定平煤股份十一礦戊9-10-22040切眼采用锚网（索）+托梁联合支护形式，并加以施工戴帽单体液压支柱辅助支护。切眼最终支护方案如下所示：第一，顶板锚杆采用Φ22×2600mm的高强让压锚杆，间排距800×800mm；第二，老塘帮锚杆采用Φ22×2600㎜高强锚杆，间排距800×800mm；采面帮锚杆采用Φ18×2000㎜玻璃钢锚杆，间排距800×800mm；第三，顶板锚索规格采用19丝Φ21.8×7500mm和Φ21.8×4500mm的锚索交叉循环布置，间排距1600×800mm，配锚索托梁支护；第四，锚固剂选择：顶、帮锚杆均选用1根MSK2635（蓝色）和1根MSZ2635（白色）的树脂锚固剂 ，锚索选用2根MSK2635（蓝色）和3根MSZ2635（白色）的树脂锚固剂；第五，托盘：锚杆托盘采用热轧钢板冲压成型的蝶形托盘，规格为Φ150×10mm。锚索托梁采用36U型钢加工而成，长度1900mm，眼间距1600mm。第六，网规格：顶网采用2块2400mm×900mm钢笆网 ，西帮采用1块3000mm×900mm钢笆网。钢笆网线径4.0mm，网孔规格40×40mm。大埋深大跨度切眼支护断面如图1所示。根据地质柱状图及施工现场实探顶板岩性，采用4500mm锚索和7500mm锚索交叉循环布置，从而提高锚索抗压能力，加固岩层，提高岩层的整体抗压能力。

巷道变形观测

平煤股份十一矿戊9-10-22040大跨度切眼掘进长度280m，宽6.5m，采用一次成巷技术掘进。在设定的围岩变形各观测站，沿竖直方向在顶板中施工钻孔，钻孔深度6 m，将多点位移计3个测点分别设置在距顶板表面2 m、4 m、6 m处，并将尺杆固定在顶板表面，测站设置一周内每天测量1次，测站设置2周内每7天测量1次，当切眼回刷扩帮掘进面临近测点时，每天测量1次，其后每7天测量1次至变形稳定。顶板2～6m下沉量曲线图如图2所示。由图2可知：顶板2～6 m范围内最大下沉量为82mm，最小下沉量为40 mm；顶板4～6m范围内最大下沉量为34mm，最小下沉量为28mm。通过观测可知，顶板下沉量较小，说明该支护方案能够对平煤股份十一矿戊9-10-22040工作面6.5m宽大跨度切眼围岩的变形起到良好的控制效果。

经济效益分析

节约投入及产量的创收

戊9-10-22040综采工作面开切眼一次成巷在采用锚杆（网）、长短锚索配U支托梁联合支护技术后，支护状态良好，满足了采面安装和回采需求，达到了预期的目的。

节约投入费用

与传统的爆破二次扩切眼相比，节约扩切眼长度280m，缩短工期30天。

施工单价：节约280m二次扩帮材料投入3800元/m，节约材料费280米×3800元=1064000元=106.4万元。

工资费用：缩短工期1个月，施工人员100人，人均月工资6000元，节约工资投入100人×1个月×6000元=600000元=60万元。

材料费用：采用锚杆（网）、长短锚索配U支托梁联合支护技术，减少木垛29个，每个木垛材料费800元，29×800元=23200元=2.32万元；3m长12#工字钢190根，每根12#工字钢2000元，190×2000=380000元=38万元；2.8m长单体液压支柱560根，每根单体支柱1500元，560×1500=840000元=84万元；节约额外材料投入共计：2.32+38+84=124.32万元。

产量增收效益

戊9-10-22040切眼采用一次成巷施工方法与传统爆破扩帮相比，提前一个月出煤，每月产量8万t，戊组煤每吨利润80元/t，年增加效益80×1个月×60000t=4800000元=480万元。

结语

第一，为提高围岩的自身承载能力，遏制围岩破坏向深部转移，戊9-10-22040切眼采用锚网（索）+托梁联合支护形式，并加以施工戴帽单体液压支柱辅助支护。通过观测可知：支护方案能够对平煤股份十一矿戊9-10-22040工作面6.5m宽大跨度切眼围岩变形起到良好的控制作用。

第二，与相邻已采戊9-10-22040工作面相比，戊9-10-22040工作面一次成巷，减少了1次爆破扩帮作业。减少巷道掘进量，缓解了接续的紧张状况，产生经济效益770.72万元。生产成本显著降低。

（作者单位：平顶山煤业（集团）有限责任公司）