霍宝干河煤矿2-105工作面大断面切眼围岩控制技术

杨 沛

(山西霍宝干河煤矿有限公司，山西 临汾 041600)

随着煤矿大型综采设备的应用，工作面切眼宽度很多已达到7 m以上，大跨度切眼对于支护方法和支护效果的要求也越来越高[1]。传统支护方式无法满足综采工作面开切眼断面大、跨度大等支护问题[2-3]。为解决大断面掘进巷道支护困难问题，本文以霍宝干河煤矿2-105工作面切眼为研究背景，对工作面大断面切眼围岩控制技术进行探讨。

1 工程概况

霍宝干河煤矿目前开采2号煤层，煤层厚度3.32～8.80 m，平均4.2 m。煤层位于太原组下部，顶板多为K2灰岩和砂质泥岩，泥岩多为伪顶。砂质泥岩抗压强度4.2～18.4 MPa，平均11.3 MPa，抗拉强度0.22～0.39 MPa，平均0.31 MPa。底板为砂质泥岩，局部为粗砂岩，砂质泥岩抗压强度6.4～8.7 MPa，平均7.5 MPa。

2-105工作面位于井下一采区的左翼，西北侧为F13断层，西南侧为一采区三条大巷，东北侧为小河村保安煤柱边界，东南侧为下张端断层。工作面布置如图1所示。工作面采用倾斜长壁一次采全高综合机械化采煤法，回采巷道沿煤层走向布置，推进长度为817 m。切眼为矩形巷道，巷道净宽7 000 mm，净高2 700 mm，沿煤层倾向布置，长度为205 m，沿2号煤层顶板施工。

图1 2-105工作面空间位置

2 工作面切眼围岩变形破坏情况

2-105工作面大断面切眼掘进30 d内，巷道顶板出现下沉，两帮收敛变形，通过井下现场对切眼巷道已掘段(0～100 m)进行实地考察、观测，其巷道围岩变形破坏情况如下：

1) 顶板破坏情况。由于切眼巷道净面积为18.9 m2，为大断面巷道，在切眼巷道52 m处最大顶板下沉量达580 mm，严重威胁了矿井安全生产，切眼顶板个别锚索失效；32 m处局部锚杆被拉断，顶板局部有明显的网兜现象。

2) 两帮破坏情况。在切眼掘进30 d内，两帮变形量稍小于顶板下沉量，最大两帮变形量位于切眼巷道65 m处，达520 mm，其中右帮变形量为250 mm，左帮变形量为270 mm，两帮变形问题亟待解决。

3 工作面切眼顶板分区支护控制方案

针对2-105工作面大断面切眼掘进期间围岩变形严重的问题，决定采用锚网索+单体液压支柱补强支护方案。具体支护参数如下：

切眼净宽×净高=7 m×2.7 m，巷道掘进采用二次成巷，一次掘进宽度4 000 mm(一次掘进时将2根锚索都支护上)，二次掘进宽度为3 000 mm。由于采用二次成巷，在一次掘进和二次掘进的内帮侧，需采用可切割玻璃钢锚杆。巷道顶板支护的施工工艺为掘进—打掉危岩出煤—临时支护—钻顶板支护锚杆孔、清孔—安装树脂药卷和锚杆—用锚杆机搅拌药卷至规定时间—停止搅拌并等待60 s左右—上螺母—安装其它顶板锚杆。

1) 顶板支护。顶板布置8根锚杆，规格为D20 mm×2 000 mm的高强度螺纹钢锚杆，一切眼锚杆间距900 mm，二切眼锚杆间距950 mm，排距为1 000 mm，在切眼中线采用单体液压支柱加强支护；采用高强锚杆螺母M24，配合高强度万向球和1010尼龙垫圈，采用高强度拱形托盘，尺寸为150 mm×150 mm×10 mm，拱形不低于36 mm；采用1支MSCK2335和1支MSK2360树脂药卷锚固，锚固长度为1.2 m；锚杆预紧力矩为300 N·m，锚固力为130 kN。锚索采用D17.8 mm、长7.3 m的1×7股的高强锚索，间距为1 500 mm，与锚杆交错布置，锚索一排布置3根，排距2.0 m；采用1支MSCK2335和2支MSK2360树脂药卷锚固，锚固长度为1.5 m；锚索托盘为300 mm×300 mm×16 mm的高强度托盘，配套高强度万向球、锁具，锚索预紧力应≥200 kN；钢筋托梁采用D16 mm的圆钢焊接而成；采用成品10号镀锌经纬网护顶，用16号铅丝联接，双丝双扣，绑扎间距不大于100 mm。

2) 巷帮支护。帮锚杆规格为D20 mm×2 000 mm玻璃钢锚杆，每帮3根，间排距1 000 mm×1 000 mm，采用塑料托盘及配套木托板，托板尺寸为300 mm×150 mm×50 mm，采用1支MSCK2335和1支MSK2360树脂锚固药卷锚固，锚固长度为1 200 mm，采用3 100 mm×1 200 mm的塑料网护帮，用16号铅丝联接，双丝双扣，绑扎间距不大于100 mm。

分区支护锚杆、锚索布置如图2所示。

图2 2-105工作面大断面切眼顶板、巷帮分区支护锚杆、锚索布置(mm)

4 效果分析

为了检验2-105工作面大断面切眼顶板、巷帮分区支护效果，在工作面切眼120 m处布置1个测站，间隔60 m布置另1个测站，观测2-105工作面大断面切眼顶底板移近量和两帮移近量，每隔2 d观测一次，观测周期为32 d。切眼围岩随时间位移量、变形速率如图3、图4所示。

图3 测站围岩随时间位移量

图4 围岩随时间变形速率

由图3、图4可知，2-105工作面大断面切眼围岩变形速率在前10 d变化较大，在掘进第10 d时顶底和两帮围岩变形量最大，顶底板移近量和两帮移近量分别为165 mm和125 mm；在掘进10 d后变形速率开始趋于稳定，直至为零，最终顶底板移近量稳定在165 mm左右，两帮移近量稳定在125 mm左右。说明切眼围岩变形量得到有效控制，支护效果良好。