薄煤层托夹矸掘进支护技术的实践

张 冲

（山西焦煤集团西山煤电官地矿，山西 太原 030000）

官地矿薄煤层半煤岩巷道托夹矸掘进时，由于顶板泥岩的自稳能力较差，施工过程中破坏了直接顶泥岩的完整性，特别是在爆破掘进时，需要把部分未掘泥岩悬吊，增加了巷道掘进支护工作的难度。在保证经济、安全的前提下，优化巷道支护参数，提高了巷道围岩稳定性，满足矿井安全生产需要。

1 工程概况

官地矿主采煤层为12下煤，煤层平均厚度为1.3m。直接顶为夹矸和12上煤，夹矸厚度0.8～3.0m，平均2.1m，12上煤平均厚0.4m；基本顶为七灰。在布置回采、准备巷道时均沿12煤顶底板七灰、八灰全断面掘进，巷道高度4.0m以上。由于巷道高、断面大，出矸量多，掘进效率低，掘进及洗矸费用较高。矿井曾尝试在布置工作面顺槽时托夹矸掘进，但因支护参数选择不当，支护强度不够，造成巷道局部发生漏顶事故，影响施工安全。因此对矿井41201两顺槽进行了托夹矸掘进支护试验，对支护参数进行了优化调整，取得了一定效果。

2 巷道断面形状及尺寸确定

半煤岩巷托夹矸掘进巷道断面形状有矩形和拱形，根据巷道围岩受力、变形规律及夹矸破除量，确定采用直墙圆弧拱形断面。托夹矸掘进巷道断面尺寸必须满足工作面通风、行人、运输的需要，同时必须考虑支护成本、施工效率及出矸量。经分析论证，将巷道断面规格确定为：净宽2.6m，净高2.5m，其中墙高为1.5m，圆弧拱高为1.0m。

3 优化掘进施工工艺

托夹矸掘进工作面，爆破、临时支护等工艺对夹矸顶板的完整性、稳定性影响较大，是对顶板进行有效控制的关键。因此优化调整爆破、临时支护等施工工艺是保证托夹矸掘进工作面支护效果的关键。

3.1 光面爆破

半煤岩巷托夹矸掘进工作面爆破后，夹矸完整性受到破坏。巷道顶板所留设的部分夹矸由于巷道成巷较差，造成顶板支护困难，因此必须确定合理的光面爆破巷道拱部周边眼参数。夹矸段周边眼应加空心眼不装药，炮眼间距为200～250mm。周边眼采用细药卷不耦合装药，炮眼直径为32mm，采用细药卷直径为20mm（原药卷为27mm），其不耦合系数为1.6，不耦合系数值越大，周边眼留下半边眼痕越多，光爆效果越好。炮眼采用眼底集中空气柱装药，装药时先将药卷装入眼底，再装入小块炮泥，最后在眼口用长度不小于300mm炮泥塞紧。为了减小爆破对留设岩体的震动，将拱部周边眼装药量调整为200g（1卷）。

3.2 临时支护方式的优化

工作面爆破后，必须及时对顶部留设（夹矸）岩体进行控制，防止其冒落造成托夹矸失败。爆破后及时使用临时支护对顶板进行控制，减小循环进尺，将其调整为1.6m，缩小托矸顶板岩体的空顶距离及时间。

托夹矸掘进时，临时支护方式的选择尤为重要。原前探梁（板）方式对拱部顶板支护效果不好，因此托夹矸掘进工作面临时支护形式采用单体液压支柱配合木板。单体液压支柱采用两棵轻型DN28，柱距为1.3m，初撑力不低于4MPa；木板规格为长×宽×高=1500mm×250mm×50mm，木板敷设在金属网下方充分接实顶板，单体液压支柱必须打到实底、牢固有力。

4 锚网索耦合支护技术

4.1 锚网初次耦合支护

巷道托夹矸掘进后，首先实施初次耦合支护，初次耦合支护巷道围岩变形的释放通过使用复合托盘来实现。复合托盘即铁托盘内加木托盘，木托盘面积大于铁托盘，厚度一般可取20～60mm。支护参数设定如下：

（1）锚杆：全螺纹锚杆，顶部为直径18mm、长度2100mm，帮部为直径18mm、长度1700mm，间排距为800mm。

（2）树脂锚固剂：树脂锚固剂直径为25mm，长度为500mm，错固剂型号为CK255，每根锚杆配一块锚固剂。

（3）金属网：帮网采用Φ4mm钢筋编织的经纬网，金属网的规格为长×宽=2000mm×900mm，网孔为70mm×70mm；顶网采用冷拔丝编织的焊网，焊网为长×宽=2000mm×900mm，网孔为60mm×60mm。交接处采用搭接，搭接宽度为1个网格，金属网扣连接使用16#镀锌铁丝双股双排扣菱形绑扎，联网扣间距不大于200mm。

（4）锚杆托盘：锚杆托盘为复合托盘，外托盘为8mm厚的正方形钢板，中部压制成弧形，规格为长×宽=150m×150m，内为木托盘，长×宽×厚=170mm×170mm×25mm。

4.2 锚索二次耦合支护

初次耦合支护后，根据巷道围岩的变形特征，巷道顶底板、两帮移近量以及锚杆应力的监测来实施二次耦合支护。支护参数设定如下：

（1）锚索采用15.24mm钢绞线，长度为5000mm，外露长度150～250mm，采用树脂药卷端头锚固，每根锚索配2卷CK2550型树脂锚固剂，锚索间距为3000mm，沿巷道走向单排布置。

（2）锚索梁使用11#工字钢制作，长度800mm。

（3）施工过程中紧跟迎头实施锚索支护，其预应力为100kN。

巷道支护设计图见图1所示。

图1 巷道支护断面示意图

5 支护效果检测

托夹矸巷道支护参数确定后，必须及时通过检测设备对现场支护效果进行检测。通过检测结果信息反馈，不断对支护参数进行调整、优化，使现场支护能满足安全、经济的要求。

5.1 顶板离层检测

托夹矸掘进工作面如果支护强度不能满足要求，会造成顶板离层变形，发生漏顶、冒顶事故。掘进工作面支护完成后，安设KGE30B顶板离层指示仪对顶板离层情况进行动态观测，顶板离层仪每50m安设一组，每5d观测一次，对每次观测结果进行记录分析，发现异常时必须及时对支护参数进行调整。

对观测结果分析可知，顶板变形量在20～25d时达到最大值，在25d后顶板变形趋于稳定。设计顶板变形量为20mm，实测顶板最大变形量为10mm，顶板离层变形量在可控范围内，顶板支护强度满足支护要求。

5.2 锚杆工作阻力检测

托夹矸掘进工作面锚杆工作状态和安装质量的检测是锚杆支护中的一项基本工作。施工现场在顶板安设MJ-40锚杆测力计，测力计每20m安设会出现预应力松弛，错组，每3d观测一次，对每次观测结果进行记录分析，及时对锚杆支护参数进行优化、调整。

对观测结果分析可知，锚杆工作阻力在15～18d时达到最大值，在18d后锚杆轴向工作阻力趋于稳定。设计锚杆锚固力为100kN，实测最大工作阻力为85kN，锚杆支护强度能满足支护要求。

6 结语

对托夹矸掘进现场施工及支护工艺、支护参数进行优化调整，通过对岩层变形量、支护工作阻力等支护效果参数进行检测，支护强度能满足安全、经济施工要求，托夹矸掘进施工效率提高了20%以上，减少了掘进出矸量，提高了煤质。