坚硬顶板下特大断面切巷锚网索柱联合支护技术应用

刘 波

（潞安化工集团寺家庄公司，山西 晋中 045300）

随着科技的日新月异，采矿理论和采掘装备也有了突飞猛进的发展，国家正在大力推广智能化采煤，随着煤炭的需求量持续增加，煤矿生产能力逐渐提高，采掘装备尺寸随之增大。相关资料显示，现有采煤机滚筒直径已经超过了3.0 m，液压支架和刮板机的尺寸也随之增大。为满足工作面设备安装的需求，需要尺寸更大的切巷，大断面、特大断面切巷已经逐渐成为常态化。由于巷道顶板跨度较大，巷道围岩的稳定控制成为一大难题[1-5]。

寺家庄矿15302工作面特大断面切巷基本顶赋存平均厚度9.88 m的深灰色细砂岩，普氏系数在12～14之间，属于坚硬岩层，其岩层赋存稳定且较厚，具备良好的承载能力，15302工作面采用一次采全高综采工艺，为满足工作面采煤设备布置需求，15302工作面切巷尺寸较大，巷道一次成巷及维护相对困难。

1 工程概况

15302工作面开采15#煤层，位于+510 m水平北一盘区，南部为北一盘区准备大巷，西部为开拓大巷（未掘），东部为15304工作面（未掘）。工作面标高500～570 m，地面标高934～1075 m。15#煤层厚度在4.1～9.1 m之间，平均厚度为5.89 m，煤层平均倾角6°，赋存稳定，煤层结构复杂，一般含矸2～3层，呈块状及粉状。基本顶为细砂岩，平均厚度9.88 m；直接顶为砂质泥岩，平均厚度为1.49 m；直接底为泥岩，平均厚度7.70 m；基本底为砂质泥岩，平均厚度3.84 m。15302切巷倾向长度225 m，切巷内计划布置1台型号SL1000的采煤机、1部型号SGZ-1250/2×1000的刮板机、124架型号ZY12000-30/68D的普通液压支架。切巷设计矩形断面，掘进宽度10 200 mm，掘进高度4300 mm。

2 特大断面切巷锚网索柱联合支护技术

15302工作面基本顶属于坚硬岩层，其岩层赋存稳定且较厚，具备良好的承载能力，支护设计时应充分利用这一层厚而坚硬的细砂岩顶板岩层的承载能力，而由于工作面切巷断面尺寸较大，采用一次掘巷、二次扩巷的成巷工艺。基于此，设计开发一次掘巷高强度锚网索支护技术和二次扩巷高强度锚网索主动+临时支护技术。

2.1 一次掘巷高强度锚网索支护技术

15302工作面切巷一次掘巷宽度6000 mm，掘进高度4300 m，如图1。采用高强度锚网索主动支护，支护材料主要包括锚杆+钢筋梯、锚索+M钢带、金属网、玻璃钢锚杆，参数如下：

图1 一次掘巷支护图（mm）

（1）顶板采用Φ22 mm、长度2400 mm的高强度锚杆，间排距750 mm×750 mm，配套1支CK2350、1支K2350树脂锚固剂，设计预紧力矩、锚固力分别为330 N·m、100 kN，采用Φ14 mm圆钢焊接的钢筋梯连接；采用Φ21.6 m、长度9300 mm的1×19结构钢绞线，间排距1500 mm×1500 mm，配套2支CK2350和2支K2350树脂锚固剂，预紧力设计40 MPa，采用4 mm加厚M钢带连接；采用规格6200 mm×1000 mm的菱形金属网铺底（由直径3.4 mm的铁丝编制）。

（2）实煤体帮采用Φ22 mm、长度2400 mm的高强度锚杆，间排距750 mm×750 mm，配套1支CK2350、1支K2350树脂锚固剂，设计预紧力矩、锚固力分别为330 N·m、100 kN，采用Φ14 mm圆钢焊接的钢筋梯连接；采用规格4200 mm×1000 mm的菱形金属网铺底（由直径3.4 mm的铁丝编制）。

（3）扩巷帮采用Φ22 mm、长度2400 mm的玻璃钢锚杆，间排距750 mm×750 mm，配套1支CK2350树脂锚固剂，设计预紧力矩、锚固力分别为120 N·m、100 kN。

2.2 二次扩巷高强度锚网索主动+临时支护技术

二次扩巷支护图如图2。15302工作面切巷二次扩巷宽度4200 mm，扩巷高度4300 m，采用高强度锚网索主动+临时支护，支护材料主要包括锚杆+钢筋梯、锚索+M钢带、金属网、玻璃钢锚杆、单体液压支护+π型梁，参数如下：

图2 二次扩巷支护图（mm）

（1）顶板锚杆支护参数同一次掘巷高强度锚网索支护技术，采用Φ14 mm圆钢焊接的钢筋梯连接。锚索距一次掘巷锚索600 mm处开始布置，规格参数同一次掘巷高强度锚网索支护技术，采用4 mm加厚M钢带连接，采用规格4600 mm×1000 mm的菱形金属网铺底（由直径3.4 mm的铁丝编制），采用单体支柱+π型梁加强支护，单体支护型号DW45-300/110，每排4柱，π型梁长度2.4 m，柱距1.0 m，一梁三柱。

（2）开采帮采用Φ22 mm、长度2400 mm的玻璃钢锚杆，间排距750 mm×750 mm，配套1支CK2350树脂锚固剂，设计预紧力矩、锚固力分别为120 N·m、100 kN；采 用 规 格4200 mm×1000 mm的塑料网铺底。

3 切巷围岩控制效果

监测15302工作面切巷围岩变形情况，变形曲线如图3。由图3分析可知，切巷主要变形发生在掘进80 d内，该时期内巷道发生了较大变形，顶底板及两帮移近量分别为149 mm、108 mm，移近速度分别为1.86 mm/d、1.35 mm/d。切巷掘进80 d后，围岩趋于稳定。此时，顶底板及两帮移近量分别为156 mm、113 mm，移近速度趋于0 mm/d。综上所述，特大断面切巷锚网索柱联合支护技术实现了15302工作面切巷的稳定控制。

图3 切巷围岩移近曲线图

4 结论

以15302工作面切巷基本顶赋存厚而坚硬的细砂岩为工程背景，提出采用一次掘巷、二次扩巷的成巷工艺，一次掘巷宽度为6000 mm，掘进高度为4300 m，二次扩巷宽度4200 mm，扩巷高度4300 m。基于此，设计开发了特大断面切巷锚网索柱联合支护技术。现场应用后，根据巷道变形监测结果，切巷掘进80 d后，围岩趋于稳定，顶底板及两帮移近量分别为156 mm、113 mm，变形均较小，实现切巷的稳定控制。