切眼大断面支护设计及顶板管理应用与分析

侯君朝

（山西兰花科创玉溪煤矿有限责任公司,山西 晋城 048100）

1 工程概况

1301工作面切眼位于玉溪井田东南部，二叠系下统山西组，南侧为1301工作面辅运、胶带顺槽，北侧为1301工作面回风1、2、3巷，东侧为1301工作面联络巷，西侧为未开采区域。工作面设计长度200m，设计断面为矩形，其中南北两端各12m巷道断面设计掘宽9500mm，掘高4000mm，中间段176m断面设计掘宽为9000mm，掘高为4000mm。

1301工作面切眼沿3号煤层顶板掘进，工作面老顶为细粒砂岩，厚度约4.5m；直接顶为泥岩，厚度约1.1m；老底为粉砂岩，厚度约3.0m。

2 支护设计研究

2.1 工程类比法

工程类比法是将围岩条件与同等条件下巷道成功支护经验联系起来，做出准确的支护设计[1][2]，根据巷道围岩条件及施工经验支护方案见表1。

2.2 矩形巷道框型锚固结构

工程实践以及有关的相似材料模拟实验研究表明，当巷道采用普通锚固结构方式进行锚杆支护时，如图1所示，在顶板和两帮中形成的锚固结构是彼此独立的，二者的结合部（巷道两个顶角范围）是稳定性控制的薄弱环节[3]。

表1 巷道顶板锚杆基本支护形式与主要参数选择

为加强顶板和两帮结合部支护强度，采用框形锚固结构，如图2所示，从机理上看，顶、帮靠近顶角处的锚杆在安装时各自向外侧和上方偏转适当角度后，在锚杆预紧力的作用下，顶角范围内的围岩受横向挤压作用使它们成为锚固结构的一部分，从而使顶板锚固结构和两帮锚固结构联结为一个整体[4]。框形整体锚固结构可将顶板和两帮锚固结构联结为一个整体，克服了普通锚固结构围岩控制的不足，同时还注重巷道底角围岩的控制，对玉溪煤矿1301工作面切眼围岩控制具有良好的适应性。

图1 普通锚固结构围岩控制薄弱环节

图2 框形整体锚固结构围岩控制机理示意图

2.3 支护方式选择

玉溪煤矿1301工作面切眼埋深在550m左右，巷道围岩属于Ⅳ类不稳定围岩。针对玉溪煤矿1301工作面切眼地质及生产技术条件，确定采用锚网索+W钢带+钢筋梯子梁联合支护方式。

3 支护方案

3.1 支护材料

1）巷道顶板及非采帮锚杆采用Φ22mm×2400mm高强度螺纹钢锚杆，每根锚杆选用K2335、Z2360锚固剂各一支，配套使用150×150×10mm的托盘。

2）采帮支护锚杆采用玻璃钢树脂锚杆，规格采用Φ22mm×2000mm，锚固剂选用一支Z2360树脂药卷，锚固长度763mm，使用玻璃钢配套托盘和250×150×500mm的木托盘。

3）顶板及非采帮网片为10号铁丝编织的网孔规格为50×50mm的金属菱形网。

4）采帮铺设矿用阻燃塑料网，规格型号：PP180MS，带宽不小于14.5mm，带厚不小于0.9mm。

5）锚索采用Φ21.8mm～8300mm高强度低松弛高预应力钢绞线，每根锚索选用1支K2335、2支Z2360锚固剂，W护板托盘规格为 300×280×14mm。

6）钢筋梯子梁采用φ14mm圆钢制作，宽度80m。

7）顶板W钢带厚2.5mm，宽280mm。

3.2 支护参数

支护参数具体详见表2和图3。

表2 1301工作面切眼支护参数表

图3 1301工作面切眼支护断面图

4 顶板管理措施

4.1 导硐法施工

切眼断面为矩形，其中南北两端各12m巷道断面设计掘宽9.5m，掘高4m，中间段176m断面设计掘宽为9m，掘高为4m。根据巷道断面及生产条件，采用导硐法施工[5]，9.5m宽断面先掘5m，后刷4.5m；9m宽断面先掘4.5m，后刷4.5m。

4.2 双排点柱

为保证施工安全，刷扩期间打设双排点柱，排距1.8m，矩形布置。第一组木点柱距离巷道采帮1.5m，滞后工作面不能超过25m，第二组木点柱距离巷道非采帮3m，超前工作面20m。木点柱直径不小于250mm，长4.3～4.5m，穿鞋戴帽。木鞋及木帽规格为420×230×50mm。

5 支护效果分析

通过顶板离层仪、锚索压力表和巷道围岩移进量进行监测，根据施工完成后3个月的观测情况，锚索压力表无明显变化，顶板离层仪最大值为15mm，巷道围岩变形量控制在25mm以内，且逐步稳定，支护效果良好，变形量情况如图4。

图4 巷道变形情况

6 结 论

玉溪煤矿1301工作面切眼埋深在550m左右，巷道断面在36m2～38m2，通过以工程类比法为主，辅以矩形巷道框型锚固结构的分析，采用锚网索+W钢带+钢筋梯子梁联合支护方式有效的控制了巷道围岩变形。针对大断面、高地应力的特点，施工中采用导硐法、双排点柱、复合顶板检测等措施，大大提高了顶板管理水平，保证了顶板管理安全，为同类条件巷道施工提供了借鉴经验。