厚煤层大断面切眼支护及监控技术

韩景辉

（大同煤矿集团宏泰矿山工程建设有限责任公司，山西 大同 037003）

大同塔山煤矿现开采石炭系太原组 3～5号煤层，煤层节理裂隙发育，受掘进的扰动，煤体呈现层状碎裂甚至散体结构，加上地应力较大，支护非常困难，特别是切眼施工，跨度大的切眼施工，极易发生顶板离层和冒顶。因此优化巷道设计对塔山矿的生产具有重要的现实意义。在厚煤层中掘进大断面巷道，解决巷道变形大、整体稳定性差的问题显得尤为重要。

1 工程概况

8112工作面位于塔山矿一盘区西部，东邻8111回采工作面，南与1070回风巷为界，联通1070皮带巷、辅运巷。西部为三盘区大巷，北至口泉铁路保护煤柱。上覆为山4号层8105采空区，与3～5号层层间距为18～53m，平均35m。切眼巷道断面全宽9100mm，全高3700mm。地坪厚度200mm，顶板、古塘帮喷浆厚度120mm，混凝土强度C20。

8112工作面头部为一单斜构造，尾部形成一个两边高中间低的向斜区域。煤层倾角1～2°，平均2°，煤层走向西南～北东，倾向北西，局部倾向东南。倾角1°。煤层结构复杂，3～5号煤层分叉为3-1、3-2～5号层，3-1号煤层厚度为0.40～1.56m，平均0.94m，与3-2～5号煤层间距在2.20～5.95m之间，平均3.57m。3-2～5号层利用厚度为9.60～12.82m，平均11.86m。煤层中含4～12层夹矸，平均9层，厚度为3.06m，岩性为灰黑色炭质泥岩、泥岩、灰褐色高龄岩。基本顶岩性为灰白色砾岩、粗砂岩。直接顶岩性自下而上为灰黑色、深灰色，砂质泥岩（泥岩下部局部夹有粉砂岩）。

2 施工方法

2.1 巷道施工方法

采用掘进机组沿煤层底板掘进，掘进时以断面5000×3700mm（全宽×全高）掘进古塘侧。掘进时采用机组割煤、出矸，皮带运输煤矸。

2.2 巷道开口

巷道采用掘进机割煤开口，5112巷掘进到8112切巷南帮后向前掘进9.1m至掘出交岔点，8112切巷使用掘进机于5112巷左帮开口，交岔点处施工4排组组合锚索，每排3组，组合锚索间距1600mm，排距1800mm；5112巷自切巷南帮往外5.4m范围内施工8组组合锚索，组合锚索排距1800mm、间距2000mm。必须支护到位，初喷紧跟至工作面。

2.3 交岔点施工

5112顺槽掘进至切巷开刀帮后，为方便机组进出，切巷转角处施工2×2m搬角。交岔点处使用组合锚索加强支护。搬角处如空顶过大，根据现场实际另行增加组合锚索加强支护。因后期施工调向硐室需要，交岔点处5112巷前掘方向右帮使用Ф22×2000mm玻璃钢锚杆支护。

3 支护设计参数

3.1 掘进支护形式

掘进时顶锚杆规格为Ф22×2500mm左旋无纵筋螺纹钢锚杆，配合使用规格为4800×280×3.75mm的W钢带、150×150×10mm高强球型托盘，每排6根，排间距900×900mm，顶板铺100×100mm网格金属网。古塘帮支护使用规格为Ф22×2000mm的左旋无纵筋螺纹钢锚杆，配合使用450×280×4.75mm钢护板、150×150×10mm高强球型托盘，铺100×100mm网格金属网，每排4根。待扩帮侧支护使用规格为Ф22×2000mm的玻璃钢锚杆、Ф200×15mm托板，铺单层塑料网，排间距900×900mm。锚索材质为强度不低于1860MPa钢绞线，锚索规格Ф21.8×8300mm，排间距1800×1600mm，每排3根，配合使用3600×330×6mm JW钢带及配套托盘。组合锚索排间距3600×2200mm，每排2组，每组组合锚索使用规格为Ф21.8×10300mm钢绞线1根，Ф21.8×8300mm、Ф21.8×6300mm钢绞线各2根成对角线布置。

巷道顶板、古塘侧喷浆，喷浆厚度120mm，铺底厚度200mm。巷道铺底完成后，沿切巷方向（断面5.0×3.7m）支设1排单体支柱和1排木垛，单体支柱柱距1600mm，单体支柱支设于待扩帮侧，距切巷中心线1200mm。木垛从里往外支设，成“井”字形搭设，木垛规格2×1.6m，垛距10m，木垛中心线靠待扩帮侧距切巷中心线200mm。

单体液压支柱初承力必须达到11.5MPa（90kN）,柱帽为金属柱帽；梁及单体支柱要用铅丝与顶网固定牢固，防止单体支柱泄液伤人；单体支柱缺液及时补充，损坏单体支柱及时更换，单体支柱之间使用抱箍、扁铁联接。

3.2 扩帮侧支护形式

扩帮时以断面4100×3700mm（宽×高）扩刷采煤帮，顶锚杆规格为Ф22×2500mm左旋无纵筋螺纹钢锚杆，配合使用规格为2800×280×3.75mm的W钢带、150×150×10mm高强球型托盘，每排5根，排间距900×900mm，顶板铺100×100mm网格金属网。采煤帮支护使用规格为Ф22×2000mm的玻璃钢锚杆、Ф200×15mm托板，铺单层塑料网，排间距900×900mm。

4 矿压监测

4.1 监测方法

使用YHW300型围岩位移测定仪（顶板离层仪）观测巷道顶板离层情况。在8112巷每隔50m安装一台YHW300型围岩位移测定仪（顶板离层仪），安装在巷道中部，硐室、大断面等特殊情况，应选择在断面中部安装离层仪。离层仪钻孔孔深不得小于8m，安装离层仪时，先安装深基点至孔底，后安装浅基点至孔深2.7m位置。交岔点、特殊地质构造等区域再增设顶板离层仪。派专人定期对离层仪进行读数并记录。统计的下沉量见图1。

图1 顶板下沉曲线

4.2 监测结果分析

数据显示，巷道在开挖时顶板开始下沉，初期下沉量较大，逐步减缓，经过几天下沉加速期后，顶板下沉趋于稳定。巷道下沉趋于稳定约需要13d左右，下沉最大位移量为22.3mm。因此针对此巷道设计的锚网索的支护方法对巷道变形的控制非常有效。

5 结论

锚网索的支护方法可以有效地控制围岩的变形，且施工简单，经济效果好。厚煤层大断面开切眼的围岩变形量和破裂范围都很大，应及时对巷道施加支护，特别是硐室、巷道连接位置跨度更大，及时支护可以改善围岩的应力状态，提高围岩自身的承载能力和残余强度。