综采工作面大断面全煤切眼支护技术实践

张 勇

（山西能源学院 采矿工程系，山西 太原 030600）

工作面切眼支护质量是确保切眼掘进和综采设备安装效率的重要基础，特别对于围岩条件差的切眼，更应科学合理的选择支护方法［1］。梨园矿所采煤层为二1煤层，煤层均厚4.5 m，因煤层较厚，在布置切眼时往往会留有2 m左右的顶煤，且直接顶为泥岩，稳定性较差，故以往在选择支护时多采用被动式架棚支护，虽然支护强度大，但因施工时的动压影响，棚子容易扭斜变形，且在安装设备时需要对棚子进行回收，费时费力。为了提高工作面单产，支架型号选择为ZY8000/25/50D，根据支架尺寸要求，21190工作面切眼采用大跨度，宽度为8.5 m，高度为3.7 m的大跨度切眼，为提高巷道掘进和设备安装效率，决定采用锚网索支护，局部条件较差地段采用架设U型钢棚支护。通过该支护方式的实施，切眼围岩收敛变形得到了有效控制，为切眼掘进和综采设备安装提供了有利条件。

1 切眼概况

21190工作面东部为采区保护煤柱，南部为21170工作面采空区，北部和西部为实体煤。工作面所采煤层为二1煤层倾角平均为7°，属于稳定可采厚煤层。工作面直接顶为厚0.28～1.13 m的泥岩，基本顶为厚3.44～16.65 m的砂岩，直接底为厚0～1.3 m的粉砂岩，基本底为厚1.1～14.2 m的粉细砂岩。地质结构相对复杂，整体处于一单斜构造，在掘进过程中揭露多条断层，且派生小断层发育，围岩整体属于Ⅲ类，中等稳定，预计巷道顶底板收敛率为10%～20%。根据切眼的地质条件和断石情况，决定采用锚网索支护，局部异常地带采用U29型钢拱形棚支护。

2 传统架棚支护利弊分析

以往的综采工作面切眼支护多采用工字钢梯形棚支护和U型钢拱形棚子支护，属于被动式支护，支护强度大，在顶板条件差、矿压压力显现明显、支护难度大的切眼巷道应用效果较好。架棚支护投资成本较高，需要投入大量的人力和物力，职工劳动强度大、施工速度缓慢，对于巷道高效施工不利。在切眼选用架棚支护时，巷道掘进过程中的导硐和刷帮时围岩应力重新分布，造成上部顶板和顶煤的强度整体性和自承载能力大幅度降低，特别是在支护前期的等压期间，巷道围岩破碎会进一步加剧，若巷道成型质量差时，棚架会因顶底和两帮受力不均出现扭曲变形等［2-3］。在切眼巷道采取架棚支护后，设备安装期间还牵涉到棚子的回收、临时支护等问题。因此，工作效率低、劳动强度大，不利于提高工作面的安装效率。

3 切眼支护实践

3.1 正常地段支护

锚网索支护属利用锚杆或锚索的悬吊理论和组合拱理论，当顶板条件较好、岩性致密坚硬，可充分利用其悬吊作用，当顶板破碎、矿压大采用其组合拱作用加以支护，对顶板和两帮铺网可以充分的进行护帮和护顶［4］。切眼锚网索支护可通过预紧力对切眼围岩形成主动支护力，促使外部岩体在锚杆或锚索作用下承受压力，进而降低巷道表面围岩变形，且锚网索支护具有一定的让压作用，可避免巷道围岩变形造成支护体系失效，同时，锚网索支护施工速度快、投资成本低、不影响工作面设备安装和试采。鉴于此，同时结合工作面围岩特性及切眼顶煤厚度等因素决定在切眼实施锚网索支护，见图1。

（1）切眼两帮支护：选用规格Φ20 mm×2400 mm的左旋无纵筋螺纹钢锚杆，锚杆间排距为800 mm×800 mm，每根锚杆采用K2350、CK2350树脂锚固剂各一支进行锚固，锚固力要求不低于75 kN，锚盘选用Φ120 mm的圆钢托盘，金属网选用由10#铁丝编制的孔格50 mm×50 mm的菱形网，网片压茬100 mm，每隔200 mm用14#铁丝双股绑扎牢固。

（2）顶板支护：选用规格Φ20 mm×2800 mm等强树脂锚杆，锚杆间排距为800 mm×800 mm，每根锚杆采用1根Z2550树脂锚固剂进行锚固，锚固力要求不低于75 kN，锚盘选用Φ120 mm的圆钢托盘。锚索选用Φ17.8 mm×8300 mm的钢绞绳，锚索间排距为1600 mm×1600 mm，锚索盘规格（长×宽×厚）为200 mm×200 mm×10 mm的方托盘，每根锚索采用1根K2550及2根Z2550树脂锚固剂，要求预紧力不低于150 kN，锚索配合W钢带支护，钢带规格（长×宽）为3400 mm×180 mm，顶网与帮网规格相同。考虑到切眼跨度较大，决定在切眼中部布置两趟托棚，托棚采用单体柱配合11#矿工钢进行架设，托棚间距为600 mm，每趟托棚单体柱间距为800 mm，要求单体柱初撑力不低于90 kN，单体柱要求有防倒装置。

图1 21190工作面切眼正常地段支护

3.2 异常地段支护

因受构造和顶板淋水影响，21190工作面切眼个别地段围岩条件较差，顶板破碎程度较高，采用锚网索支护难以达到预期支护目的，鉴于此，决定采用U29型钢架棚支护，棚子中宽4215 mm，高3200 mm，棚距700 mm，棚腿扎角78°，棚腿与梁搭接长度为500 mm，搭接处采用2副卡缆进行固定，在局部压力较大地点卡缆数量可适当增加，相邻棚子卡缆间采用连接板进行固定，棚子与围岩间采用半圆木进行背实。工作面架棚支护参数见图2。

图2 21190工作面切眼异常地段支护(单位/mm)

3.3 支护效果分析

为了掌握21190工作面切眼支护效果，在掘进施工过程中每隔20 m布置1个十字交叉观测点，安排专人每班对巷道收敛变形进行观测。锚网索支护地段观测结果显示，巷道收敛变形主要发生在距离掘进工作面50 m范围，两帮收敛累计变形平均为245 mm，顶底收敛累计变形平均为103 mm，其中80%的收敛变形量发生在距离掘进工作面20m范围内，两帮收敛变形量为173 mm，约占总变形量的71%，顶底收敛变形量为69 mm，约占总变形量的67%。U型钢棚支护段观测结果显示，两帮收缩量为35 mm，顶底板收缩量为17 mm，变形量基本可忽略。

4 结语

切眼支护质量直接影响着巷道掘进效率和工作面综采设备的安装是否顺利。根据21190工作面的围岩特性和地质条件，在正常地段和异常地段分别采用锚网索主动支护和架棚被动支护，有效的控制了切眼巷道收敛变形，提高了巷道围岩的稳定性和自承载能力。21190工作面切眼支护实践也表明，在进行切眼支护时要充分考虑每种支护方式的利弊，要取其利、去其弊，对于切眼支护根据地质条件和围岩特性选择多种支护方式并行不失为切眼支护的有效手段。