矿井工作面大断面切眼分次掘进支护技术应用

文/徐大强

工作面切眼施工一直是煤矿井巷施工中的重点管理对象，由于开拓的深度、地质的不确定及机械化程度因素的影响，在实际施工中存在支护难度较大、顶板动态管理复杂等问题，选择合适的施工工艺和支护参数，能够对安全快速完成切眼施工提供有力的支撑，也对工作面后期综采设备的安装夯实安全基础。

中煤第五建设有限公司白杨沟煤矿为技术改造矿井。为优化工作面设计，在B4-03工作面密闭启封后，矿井技术人员对原有巷道进行了现场勘查、测量，并结合矿原有技术资料，组织设计院、公司相关专家进行方案研讨，最终确定B4-03工作面设计方案：对原有巷道进行修复和掘进新切眼，形成“两进一回”回采工作面。新切眼设计净宽8.3m，结合运输顺槽掘进情况和地质资料分析，切眼施工分两次进行，制订了详细的切眼掘进支护技术施工方案，优化了支护参数，切眼成型后效果良好，巷道顶、帮的变形得到有效控制，实现了安全生产，为下一步综采设备的安装提供了有力保障。

一、工程概述

白杨沟煤矿井田构造形态总体为北东倾向的单斜构造，倾向10°～30°，倾角一般在16°～20°。矿井主采煤层为B1、B2、B3、B4煤层，煤层的倾角为10°～17°，煤层厚度为2.0～12.65m，矿井鉴定为低瓦斯矿井，四个煤层均属于Ⅱ级自燃煤层，煤尘具有爆炸危险性，水文地质条件中等，无冲击地压危害。井下采煤工艺采用倾向长壁后退式采煤方法，综采放顶煤，采用全部垮落法管理顶板。

B4-03工作面切眼西侧为F1断层保护煤柱，南侧为实体煤，北侧为井田边界保护煤柱和原采面，东侧为F2断层保护煤柱。B4-03工作面切眼布置在B4煤层中，巷道沿煤层底板掘进，设计为矩形断面，总长120.5m， 净宽8.3m，净高3m。切眼采用2次掘进成巷的施工方案，一次掘进和二次掘进的宽度分别为4.3m和4m。掘进巷道顶板为煤层，厚度平均约9m，煤层上方为泥质粉砂岩、粗砂岩，局部见有泥质粉砂岩伪顶，切眼掘进过程中需贯通原有运输顺槽（已探明），施工中做好地质预测预报和钻探施工。

二、切眼掘进支护方案及应用

B4-03工作面切眼采用锚网索+单体铰接顶梁联合支护方式进行支护。巷道两次掘进施工中使用的锚网（索）支护参数，借鉴邻近矿井类似煤层巷道掘进支护方案，并经过生产技术人员反复计算论证，间排距及锚固长度均满足设计要求和施工需要。

1.顶板支护参数

切眼一次和二次掘进过程中顶板锚杆采用ϕ20×2000mm等强锚杆，间排距为1000×1000mm，采用1支CK2335型树脂锚固剂和1支K2360型树脂锚固剂进行锚固，托盘采用150×150×12mm/Q235的锚杆专用金属托盘。敷设的网片为钢筋网，采用ϕ6.5mm圆钢加工而成，网孔规格为100×100mm，网片规格为1000×2600mm，屈服强度为235MPa，网边搭接用14#铅丝隔孔相连，网与网搭接长度为100mm，长边沿巷道轴线摆放。

锚索采用ϕ17.8mm×12000mm的钢绞线（现场施工过程中根据煤层厚度、走向对锚索长度进行调整，但必须确保深入稳定岩层2m），间排距2000×4000mm，锚索矩形布置在相邻两排锚杆中间，每排打设2根，锚索托盘采用250×250×16mm/Q235的托盘，采用1支CK2335型树脂锚固剂和2支K2360型树脂锚固剂进行锚固（现场顶板若揭露围岩条件差则缩小至2000×3000mm，根据煤层变化情况合理调整设计参数，确保支护安全到位）。顶板锚杆扭矩力不低于120N·m，锚固力不低于105KN，锚索预紧力不得低于150KN。

B4-03工作面切眼进行二次掘进施工时，使用单体液压支柱+铰接顶梁进行联合支护，顶梁正悬铰接，一梁一柱，沿巷道（净宽8.3m）中心线进行布置，间排距为3.6×1m。单体液压支柱型号为DW35-200/100型，单重约82Kg，额定工作阻力为200KN，最小支撑高度为2.7m，最大支撑高度为3.5m，油缸工作行程为0.8m，施工过程中严格按照单体液压支柱使用规范及安全技术措施进行操作。

2.帮部支护

切眼一次和二次掘进过程中帮部非回采侧锚杆采用ϕ20×2000mm等强锚杆，间排距为1000×1000mm，托盘采用150×150×12mm/Q235的锚杆专用金属托盘，网片为ϕ6.5mm圆钢加工成的钢筋网。回采侧锚杆采用ϕ20×1800mm玻璃钢锚杆，间排距1000×1000mm，锚杆托盘规格为ϕ120×10mm，网片采用煤矿井下用双向拉伸塑料网，此塑料网以聚丙烯为主要原材料，经过阻燃、抗静电技术处理后，采用双向拉伸方法形成的整体结构，符合现场施工安全需要。帮部锚杆扭矩力不小于100N·m，锚固力不小于105KN。

3.支护技术要求

（1）严格控制打眼深度，眼过深时，锚杆（索）体头部不能完全捣碎或接触到药卷，降低锚固力，过浅则不能把锚杆（索）安装到位，无法安装托盘，造成托盘松动，严重影响锚杆（索）的支护效果。锚杆、锚索间排距误差为±100mm，锚杆眼深度1950mm，锚索眼深度根据煤层厚度进行合理调整。锚杆托盘安装后要垂直巷壁，与巷道法线夹角不大于5°（特殊角度严格控制在设计范围，误差内允许偏差≤15°）。锚索托盘安装后垂直巷壁，与巷道法线夹角不大于10°。托盘安装部位及周围50mm范围煤壁表面必须清除浮煤并且找平、找实，托盘与金属网、巷壁紧贴面积要大于70%。锚杆外端的托盘必须紧贴巷壁，螺丝紧固不得松动，托盘安装后锚杆露出螺母长度为10～50mm，锚索露出锁具长度为150～250mm。

（2）联网网片拉直，铺设平整，紧贴围岩，接茬必须采用14#铅丝双丝三扣，隔孔相连，岩石较为破碎时，孔孔相连，联网后铅丝尾巴向下。

（3）安装的顶板和帮部锚杆预紧力要做到100%检查，施工区队各班必须配置经过鉴定完好的指针式力矩扳手，每班检测完后及时填写锚杆预紧力检测数据原始记录台账。锚杆拉拔力采用LDZ300型锚杆拉力计检测，锚索预紧力采用MQ15-180/60型涨拉千斤顶进行检测，达不到设计要求时必须补打，锚索要做好二次紧固工作。巷道每施工20～30m，锚杆在300根以下，取样检查应不少于1组；锚杆在300根以上，每增加300根，相应多取样1组，每组随机抽样不得少于3根（顶板1根、两帮各1根）进行检测。同时，抽查一组锚索，每组不少于3根。抽检锚杆、锚索时只做非破坏性的拉拔试验，对于施工过程中由于各种原因造成的失效锚杆（索）必须在其附近重新补打，补打锚杆（索）支护质量要符合设计要求。

三、巷道支护效果分析

为了检查切眼二次掘进支护的效果，采用顶板离层指示仪测量顶板锚固范围内位移量，巷道掘进过程中每隔20m在巷道正中间安装一个顶板离层仪，深基点为8200mm，浅基点为2000mm，严格按照操作说明书将深、浅部基点锚固器安装到位，安装结束记录好初始读数，前7天每天观测一次，直接读取数据，7天后每周观测一次，观测颜色并记录好位移量。

B4-03工作面切眼采用锚网索+单体铰接顶梁联合支护方式，从巷道掘进结束至工作面开始安装间隔时间约1个月，在此期间对顶板离层仪实时观测，未出现明显位移变化，最大位移量仅为10mm。后期的安装过程中拆除单体液压支柱后顶板也未出现明显下沉，更无冒顶事故发生，巷道两帮未出现位移，安装结束后顶板位移量最大值为20mm。由此推断，大断面切眼2次掘进成巷支护方案可行，为下一个采面大断面切眼的施工提供了可靠的理论依据。

四、结论

白杨沟煤矿B4-03工作面切眼施工支护实践证明，锚网索+单体铰接顶梁联合支护是大断面切眼控制顶板比较有效的支护方式，这种两次掘进支护方案能够很好地控制顶板，确保施工过程安全，也能保证回采工作面液压支架安装的安全性。煤矿施工技术人员要结合现场情况，进行科学研究，不断优化设计，根据地质条件、机械化程度制订有针对性的施工方案，实现对巷道支护的可控性，为安全生产保驾护航。