張 勇

（山西能源學(xué)院 采礦工程系，山西 太原 030600）

工作面切眼支護(hù)質(zhì)量是確保切眼掘進(jìn)和綜采設(shè)備安裝效率的重要基礎(chǔ)，特別對(duì)于圍巖條件差的切眼，更應(yīng)科學(xué)合理的選擇支護(hù)方法［1］。梨園礦所采煤層為二1煤層，煤層均厚4.5 m，因煤層較厚，在布置切眼時(shí)往往會(huì)留有2 m左右的頂煤，且直接頂為泥巖，穩(wěn)定性較差，故以往在選擇支護(hù)時(shí)多采用被動(dòng)式架棚支護(hù)，雖然支護(hù)強(qiáng)度大，但因施工時(shí)的動(dòng)壓影響，棚子容易扭斜變形，且在安裝設(shè)備時(shí)需要對(duì)棚子進(jìn)行回收，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。為了提高工作面單產(chǎn)，支架型號(hào)選擇為ZY8000/25/50D，根據(jù)支架尺寸要求，21190工作面切眼采用大跨度，寬度為8.5 m，高度為3.7 m的大跨度切眼，為提高巷道掘進(jìn)和設(shè)備安裝效率，決定采用錨網(wǎng)索支護(hù)，局部條件較差地段采用架設(shè)U型鋼棚支護(hù)。通過(guò)該支護(hù)方式的實(shí)施，切眼圍巖收斂變形得到了有效控制，為切眼掘進(jìn)和綜采設(shè)備安裝提供了有利條件。

1 切眼概況

21190工作面東部為采區(qū)保護(hù)煤柱，南部為21170工作面采空區(qū)，北部和西部為實(shí)體煤。工作面所采煤層為二1煤層傾角平均為7°，屬于穩(wěn)定可采厚煤層。工作面直接頂為厚0.28～1.13 m的泥巖，基本頂為厚3.44～16.65 m的砂巖，直接底為厚0～1.3 m的粉砂巖，基本底為厚1.1～14.2 m的粉細(xì)砂巖。地質(zhì)結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，整體處于一單斜構(gòu)造，在掘進(jìn)過(guò)程中揭露多條斷層，且派生小斷層發(fā)育，圍巖整體屬于Ⅲ類(lèi)，中等穩(wěn)定，預(yù)計(jì)巷道頂?shù)装迨諗柯蕿?0%～20%。根據(jù)切眼的地質(zhì)條件和斷石情況，決定采用錨網(wǎng)索支護(hù)，局部異常地帶采用U29型鋼拱形棚支護(hù)。

2 傳統(tǒng)架棚支護(hù)利弊分析

以往的綜采工作面切眼支護(hù)多采用工字鋼梯形棚支護(hù)和U型鋼拱形棚子支護(hù)，屬于被動(dòng)式支護(hù)，支護(hù)強(qiáng)度大，在頂板條件差、礦壓壓力顯現(xiàn)明顯、支護(hù)難度大的切眼巷道應(yīng)用效果較好。架棚支護(hù)投資成本較高，需要投入大量的人力和物力，職工勞動(dòng)強(qiáng)度大、施工速度緩慢，對(duì)于巷道高效施工不利。在切眼選用架棚支護(hù)時(shí)，巷道掘進(jìn)過(guò)程中的導(dǎo)硐和刷幫時(shí)圍巖應(yīng)力重新分布，造成上部頂板和頂煤的強(qiáng)度整體性和自承載能力大幅度降低，特別是在支護(hù)前期的等壓期間，巷道圍巖破碎會(huì)進(jìn)一步加劇，若巷道成型質(zhì)量差時(shí)，棚架會(huì)因頂?shù)缀蛢蓭褪芰Σ痪霈F(xiàn)扭曲變形等［2-3］。在切眼巷道采取架棚支護(hù)后，設(shè)備安裝期間還牽涉到棚子的回收、臨時(shí)支護(hù)等問(wèn)題。因此，工作效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大，不利于提高工作面的安裝效率。

3 切眼支護(hù)實(shí)踐

3.1 正常地段支護(hù)

錨網(wǎng)索支護(hù)屬利用錨桿或錨索的懸吊理論和組合拱理論，當(dāng)頂板條件較好、巖性致密堅(jiān)硬，可充分利用其懸吊作用，當(dāng)頂板破碎、礦壓大采用其組合拱作用加以支護(hù)，對(duì)頂板和兩幫鋪網(wǎng)可以充分的進(jìn)行護(hù)幫和護(hù)頂［4］。切眼錨網(wǎng)索支護(hù)可通過(guò)預(yù)緊力對(duì)切眼圍巖形成主動(dòng)支護(hù)力，促使外部巖體在錨桿或錨索作用下承受壓力，進(jìn)而降低巷道表面圍巖變形，且錨網(wǎng)索支護(hù)具有一定的讓壓作用，可避免巷道圍巖變形造成支護(hù)體系失效，同時(shí)，錨網(wǎng)索支護(hù)施工速度快、投資成本低、不影響工作面設(shè)備安裝和試采。鑒于此，同時(shí)結(jié)合工作面圍巖特性及切眼頂煤厚度等因素決定在切眼實(shí)施錨網(wǎng)索支護(hù)，見(jiàn)圖1。

（1）切眼兩幫支護(hù)：選用規(guī)格Φ20 mm×2400 mm的左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿，錨桿間排距為800 mm×800 mm，每根錨桿采用K2350、CK2350樹(shù)脂錨固劑各一支進(jìn)行錨固，錨固力要求不低于75 kN，錨盤(pán)選用Φ120 mm的圓鋼托盤(pán)，金屬網(wǎng)選用由10#鐵絲編制的孔格50 mm×50 mm的菱形網(wǎng)，網(wǎng)片壓茬100 mm，每隔200 mm用14#鐵絲雙股綁扎牢固。

（2）頂板支護(hù)：選用規(guī)格Φ20 mm×2800 mm等強(qiáng)樹(shù)脂錨桿，錨桿間排距為800 mm×800 mm，每根錨桿采用1根Z2550樹(shù)脂錨固劑進(jìn)行錨固，錨固力要求不低于75 kN，錨盤(pán)選用Φ120 mm的圓鋼托盤(pán)。錨索選用Φ17.8 mm×8300 mm的鋼絞繩，錨索間排距為1600 mm×1600 mm，錨索盤(pán)規(guī)格（長(zhǎng)×寬×厚）為200 mm×200 mm×10 mm的方托盤(pán)，每根錨索采用1根K2550及2根Z2550樹(shù)脂錨固劑，要求預(yù)緊力不低于150 kN，錨索配合W鋼帶支護(hù)，鋼帶規(guī)格（長(zhǎng)×寬）為3400 mm×180 mm，頂網(wǎng)與幫網(wǎng)規(guī)格相同?？紤]到切眼跨度較大，決定在切眼中部布置兩趟托棚，托棚采用單體柱配合11#礦工鋼進(jìn)行架設(shè)，托棚間距為600 mm，每趟托棚單體柱間距為800 mm，要求單體柱初撐力不低于90 kN，單體柱要求有防倒裝置。

圖1 21190工作面切眼正常地段支護(hù)

3.2 異常地段支護(hù)

因受構(gòu)造和頂板淋水影響，21190工作面切眼個(gè)別地段圍巖條件較差，頂板破碎程度較高，采用錨網(wǎng)索支護(hù)難以達(dá)到預(yù)期支護(hù)目的，鑒于此，決定采用U29型鋼架棚支護(hù)，棚子中寬4215 mm，高3200 mm，棚距700 mm，棚腿扎角78°，棚腿與梁搭接長(zhǎng)度為500 mm，搭接處采用2副卡纜進(jìn)行固定，在局部壓力較大地點(diǎn)卡纜數(shù)量可適當(dāng)增加，相鄰棚子卡纜間采用連接板進(jìn)行固定，棚子與圍巖間采用半圓木進(jìn)行背實(shí)。工作面架棚支護(hù)參數(shù)見(jiàn)圖2。

圖2 21190工作面切眼異常地段支護(hù)(單位/mm)

3.3 支護(hù)效果分析

為了掌握21190工作面切眼支護(hù)效果，在掘進(jìn)施工過(guò)程中每隔20 m布置1個(gè)十字交叉觀測(cè)點(diǎn)，安排專(zhuān)人每班對(duì)巷道收斂變形進(jìn)行觀測(cè)。錨網(wǎng)索支護(hù)地段觀測(cè)結(jié)果顯示，巷道收斂變形主要發(fā)生在距離掘進(jìn)工作面50 m范圍，兩幫收斂累計(jì)變形平均為245 mm，頂?shù)资諗坷塾?jì)變形平均為103 mm，其中80%的收斂變形量發(fā)生在距離掘進(jìn)工作面20m范圍內(nèi)，兩幫收斂變形量為173 mm，約占總變形量的71%，頂?shù)资諗孔冃瘟繛?9 mm，約占總變形量的67%。U型鋼棚支護(hù)段觀測(cè)結(jié)果顯示，兩幫收縮量為35 mm，頂?shù)装迨湛s量為17 mm，變形量基本可忽略。

4 結(jié)語(yǔ)

切眼支護(hù)質(zhì)量直接影響著巷道掘進(jìn)效率和工作面綜采設(shè)備的安裝是否順利。根據(jù)21190工作面的圍巖特性和地質(zhì)條件，在正常地段和異常地段分別采用錨網(wǎng)索主動(dòng)支護(hù)和架棚被動(dòng)支護(hù)，有效的控制了切眼巷道收斂變形，提高了巷道圍巖的穩(wěn)定性和自承載能力。21190工作面切眼支護(hù)實(shí)踐也表明，在進(jìn)行切眼支護(hù)時(shí)要充分考慮每種支護(hù)方式的利弊，要取其利、去其弊，對(duì)于切眼支護(hù)根據(jù)地質(zhì)條件和圍巖特性選擇多種支護(hù)方式并行不失為切眼支護(hù)的有效手段。