复合顶板下大断面综采工作面切眼支护技术研究

[摘 要]本文针对许疃煤矿7227综采工作面切眼在复合顶板条件下大断面施工过程中遇到的技术难题进行研究，根据切眼特殊情况提出了锚带网+单体支柱+锚索联合支护方案，介绍了其施工方法，对支护效果进行了矿压监测，实践证明该切眼采用联合支护技术，既改善了巷道围岩的变形量，又保证了巷道快速掘进，在同类地质条件下大断面施工提供了可靠技术经验。

[关键词]大断面 联合支护 施工方法 矿压监测

中图分类号：TD355 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）16-0340-01

0、前言

综采工作面切眼顶板支护的难度，在于它的采高大、跨度大，巷道暴露的空间大，根据三铰拱原理，巷道净跨度大，导致巷道顶板承受的原岩垂直应力增大，再加上在回采过程中受采动压力及自身高应力地压的双重作用，采用传统的金属支架支护，存在以下问题：跨度大支架的稳定性差，顶梁易弯曲，导致垮棚事故的发生，不利于顶板管理；工作面运料困难，易发生支护材料伤人事件，迎头施工人员安全系数低；工作面安装不便，安装时需要替棚，安装工序繁杂且不利于顶板管理。因此寻求一种合理的综采工作面切眼大断面煤巷支护形式具有重要意义。

近年来，我国锚杆+锚索联合支护技术日趋成熟，为在综采工作面切眼大断面煤巷支护提供了有利的条件。

锚杆可以发挥挤压加固作用，促使锚固范围之内的岩石形成能承受一定载荷的整体结构，维护锚杆长度范围内的顶板，保持整体性，一定程度上阻止上部围岩的松动与变形。锚索则锚固在上部稳定的老顶岩层之中，发挥其悬吊作用，将潜在的垮落范围之内的顶板岩层悬吊于完整坚固的老顶岩体上，由锚索来承担垮落范围之内的岩层所受的垂直载荷，加大“锚固平衡拱”厚度，防止顶板岩层离层。

1、工程概况

许疃煤矿7227综采工作面位于许疃煤矿82下采区右翼一阶段，南到81采区7219工作面收作线附近，西到7118工作面及81、82下采区分界线，北到大巷保安煤柱线，东邻7229工作面（已回采）。

该工作面主采72煤层，该范围内煤厚2.4～6.63m，平均5.03m。外段608m大部分处于原7127采空区下，煤厚2.4～6.3m，平均2.65m；局部受构造影响被破坏或已采出，且该段72煤层与上部71煤层呈分岔合并关系，层间距在0.7～4.0m，平均2.30m。工作面整体72煤层与下部82煤层层间距在11.44～17.73m，平均13.54m。

该煤层赋存稳定，煤层结构复杂，煤层直接顶为泥岩，厚度为0.7～4.0m，平均为2.30m，老顶为细砂岩，厚度为16.26～25.48m，平均为21.74m，直接底为泥岩，厚度为2.05～2.43m，平均为1.49m，老底为细砂岩，厚度为9.39～15.30m，平均为12.05m。

该工作面地质构造较简单，总体上为一南北走向，向东倾斜的单斜构造，工作面煤层在走向上有几处小的起伏（实见向斜2条），煤层倾角7～17，平均12°。根据实揭资料分析，能构成对该区域内掘进影响的断层5条。

为满足综采设备的安装，巷道断面设计为矩形，其设计净尺寸为净宽×净高=9000×3800mm。

2、支护方案及支护参数

支护方案：采用锚带网+点柱+锚索联合支护。

支护参数：

顶部：采用M22 L=2400mm等强锚杆加长锚固，间、排距为800×800mm。矩形布置，与岩面垂直，其中顶部两肩窝锚杆与顶板法线夹角为≮75°，初锚扭矩≮300N・m，锚固力≮80KN，每根锚杆用两节Z2550树脂药卷；每两排锚杆施工一套锚索梁进行补强支护，锚索规格为Φ17.8 L=6300mm钢绞线锚索，梁采用L=3600mm的14#槽钢加工而成，每排施工两套锚索梁，锚索间距为1500mm，锚固力≮200KN，每根锚索用一节K2550和两节Z2550树脂药卷。采用L=4500mm长M4型钢带，钢带沿煤层倾向方向布置。

帮部：老塘侧帮部采用M22 L=2400mm等强锚杆加长锚固，工作面推进侧帮部采用M22 L=2400mm玻璃钢锚杆，锚杆间、排距为850×800mm。每根锚杆用两卷Z2550树脂加长锚固，初锚扭矩≮200N・m，锚固力≮60KN，配合使用L=3800mm长M4型钢带。

菱形金属网采用10#铁丝机械编制，网孔50×50mm，顶网过肩窝≮200mm，在巷道帮部加网到帮部钢带下端超过钢带200mm；网间搭茬100～150mm，用网边缘钩条勾结牢固。

点柱为DH4型单体，每排布置6根单体，排拒不大于800mm，单个支柱的初撑力不小于50 KN。

3、施工方法

由于7227综采工作面切眼跨度达9.0m，采用导硐+刷扩的方法，先施工净宽×净高=4500×3800的巷道，贯通后再刷扩煤壁侧至设计尺寸。

导硐为老塘侧，刷大为煤壁侧，合理安排刷大时间，尽可能减少巷道顶板下沉时间。导硐施工时靠近煤壁侧，架设一梁三柱的走向棚管理顶板，梁为1m的铰接顶梁，支柱为DH4型单体液压支柱，并设专人管理，保证支柱正规有劲，观察顶板来压情况，及时给支柱补液或替换损坏的支柱。巷道刷大只能放松动炮，以减少对导硐巷道及顶板的破坏，刷大侧钢带、锚索与导硐侧钢带、锚索平行布置，支护强度及支护参数与导硐侧一致。

4、矿压监测

（1）巷道表面位移

切眼内每隔30mm布置一个测站，对特殊地段增加测点。每个测点采用“十字布点法”布置，测点设立后，前期每隔一天观测一次，表面位移趋于稳定后，每周观测一次，并做好记录和资料整理。

（2）顶板离层指示仪布置

切眼内每30mm安设一组顶板离层仪，布置在巷道顶板中央。在巷道顶板垂直打入一个直径φ=28mm钻孔，一直打到坚硬老顶，深度一般为5～8m，将棘爪推到深部稳定岩层内（一般超过锚索锚固尾端300mm），再将另一个棘爪推到2.5m位置，其准确位置是与锚杆锚固尾端一致。将不锈钢钢丝拉紧后，按要求固定在孔口测读装置上，记下原始数据，以后每周观测一次。锚固区内、外顶板离层值≤20mm为安全值。

（3）锚杆（索）检测

建立锚杆（索）日检制度，初锚扭矩抽测不少于30%，锚拔力抽测一组（顶1根、帮1根）。

锚拔力测试一般不作破坏性试验，当拉拔加载至设计锚拔力的90%时即为合格。拉拔检测过的锚杆（索）要有明显标记，不得重复拉拔，不宜超过规定值过大，以防损坏设备或拉坏锚杆（索）。

5、结束语

许疃煤矿7227工作面切眼采用锚带网+单体支柱+锚索联合支护技术，充分发挥了锚杆、锚索各自的优势，高强度锚杆以加固为主，锚索以悬吊作用为主，有效控制了巷道顶板岩层移动，很好的解决了大跨度复合顶板综采工作面切眼支护问题，同时为大跨度锚杆+锚索支护技术积累了宝贵的实践经验。

作者简介：李根强（1984～），男，安徽宿州市人，2013年1月毕业于中国矿业大学。现任淮北矿业（集团）有限责任公司许疃煤矿综掘二区副区长。