張紅斌

（山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司， 山西 晉城 048400）

科學(xué)合理確定綜采面切眼的支護(hù)方式是確保切眼支護(hù)質(zhì)量、提高掘進(jìn)速度、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、確保綜采設(shè)備快速安裝的重要基礎(chǔ)，因此，在選擇切眼支護(hù)方式時(shí)，要充分考慮切眼的圍巖特性、切眼斷面尺寸等基本條件。以往綜采工作面切眼寬度多不超過6.5 m，采用架棚支護(hù)，為了提高工作面回采效率，決定在3103工作面引進(jìn)ZY76000/18/42D型支架，該支架要求切眼寬度不低于8.5 m，架棚支護(hù)施工速度慢，大跨度支護(hù)效果較差，屬于被動(dòng)式支護(hù)，為了滿足大跨度切眼支護(hù)要求，確保支護(hù)質(zhì)量，綜合考慮決定實(shí)施“錨索網(wǎng)+托棚”支護(hù)方式，在局部頂板較差處采用梯形棚支護(hù)。3103工作面切眼新支護(hù)實(shí)踐表明，采用該支護(hù)方式切眼施工速度快，能夠有效控制切眼圍巖變形，可滿足設(shè)備安裝需求。

1 切眼概況

3103工作面北鄰3105工作面采空區(qū)，南部為3101工作面采空區(qū)，西部為采區(qū)集中巷道，東部為邊界保護(hù)煤柱。工作面所采煤層為山西組3號(hào)煤層，煤層厚度為3～4.1 m，平均為3.2 m，中間含有1層均厚 0.2 m 的夾矸，煤層傾角為 6～11°，平均為 6.9°，為穩(wěn)定可采厚煤層。3103工作面直接頂為均厚3.2 m的砂質(zhì)泥巖，基本頂為均厚4.1 m的中-粗粒砂巖，直接底為均厚3.1 m的泥巖-砂質(zhì)泥巖，基本底為均厚2.6 m的粗粒砂巖。根據(jù)圍巖力學(xué)試驗(yàn)可知，直接頂抗壓強(qiáng)度平均為17.2 MPa，基本頂抗壓強(qiáng)度平均為34 MPa，屬于較穩(wěn)定頂板，但是受到斷層等構(gòu)造的影響，局部頂板破碎。3103工作面切眼設(shè)計(jì)長度為210 m，根據(jù)選用支架型號(hào)，切眼設(shè)計(jì)斷面（寬×高）為8500 mm×3800 mm。鑒于頂板整體狀況，決定采用長短錨索配合金屬網(wǎng)對(duì)切眼進(jìn)行支護(hù)，局部頂板破碎地帶，采用架設(shè)U型鋼棚進(jìn)行支護(hù)。

2 傳統(tǒng)支護(hù)方案利弊分析

以往礦井工作面切眼均采用架設(shè)梯形棚支護(hù)，切眼設(shè)計(jì)棚子中寬一般不超過6.5 m，高度不超過3.2 m，在架設(shè)梯形棚后，在距離煤墻側(cè)2 m布置金屬單體柱沿傾向架設(shè)托棚進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。架棚支護(hù)屬于被動(dòng)式支護(hù)，其優(yōu)點(diǎn)是支護(hù)強(qiáng)度大、抗壓效果好、材料回收利用率高、巷道成型效果好，其缺點(diǎn)是職工勞動(dòng)強(qiáng)度大、掘進(jìn)速度慢、人工成本高。切眼采用架棚支護(hù)，在綜采工作面安裝過程中需要對(duì)梯形棚進(jìn)行回收，影響安裝進(jìn)度，且在回撤梯形棚時(shí)存在一定的安全隱患，不利于高效掘進(jìn)和安裝[1-2]。另外，架棚支護(hù)不能主動(dòng)給予巷道以支護(hù)作用，不能有效抑制頂板前期離層和巷道收縮，巷道穩(wěn)定性較差[3-4]。

3 大跨度切眼支護(hù)方案的選擇

鑒于梯形棚支護(hù)切眼存在諸多弊端，且對(duì)于大跨度斷面而言，頂梁對(duì)于頂板支護(hù)作用有限，若不在頂梁進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，容易造成頂梁彎曲下沉，降低梯形棚支護(hù)效果，因此針對(duì)于3103工作面切眼，有必要尋求新的支護(hù)方式。錨索支護(hù)作用主要是懸吊、組合梁和組合拱作用，能夠?qū)⑾锏理敯迮c上部堅(jiān)固巖層穩(wěn)定在一起，相比于錨桿支護(hù)而言，其抗破斷力大、錨固深度大，配合金屬網(wǎng)能夠促使支護(hù)體系形成一個(gè)整體，對(duì)巷道支護(hù)效果較好。同時(shí)考慮到3103工作面兩側(cè)均為采空區(qū)，工作面屬于孤島工作面，礦壓顯現(xiàn)明顯，為了加強(qiáng)支護(hù)效果，決定對(duì)工作面切眼實(shí)施錨索網(wǎng)配合傾向托棚支護(hù)，其中頂板采用長短錨索支護(hù)，兩幫采用短錨索支護(hù)，對(duì)于頂板穩(wěn)定性較差、易出現(xiàn)頂板失穩(wěn)地段采用架設(shè)梯形棚支護(hù)。

1）錨索網(wǎng)+托棚支護(hù)。對(duì)于巷道條件較好地帶采用錨索網(wǎng)+托棚支護(hù)。頂板長錨索選用規(guī)格Φ17.8 mm×7600 mm的鋼絞繩，頂板和兩幫短錨索選用規(guī)格17.8 mm×4000 mm的鋼絞繩，要求長錨索間排距為1600mm×1600mm，短錨索間排距為800 mm×800 mm，長短錨索均配備規(guī)格200 mm×200 mm×12 mm的鋼托棚。要求每根錨索采用1卷CK23/25型錨固劑和2卷MSK23/60型錨固劑進(jìn)行錨固，其中長錨索要求預(yù)緊力不低于120 kN，短錨索要求預(yù)緊力不低于100 kN。切眼頂板和兩幫所用網(wǎng)片選用規(guī)格為1.2 m×0.8 m，網(wǎng)孔為80 mm×80 mm的金屬網(wǎng)，金屬網(wǎng)搭接要求不低于200 mm，搭接處用鐵絲捆扎牢固。3103工作面切眼采用刷巷的形式進(jìn)行掘進(jìn)，即首次掘進(jìn)斷面寬度為5.5 m，掘進(jìn)施工完畢后，從兩巷進(jìn)行刷巷，刷巷寬度為3.0 m，巷道成型最終凈寬為7.5 m。錨網(wǎng)索支護(hù)要求實(shí)時(shí)跟進(jìn)，最大控頂距和最小控頂距為1.2 m和0.4 m。在第一次掘進(jìn)過程中，每掘進(jìn)5 m，即沿掘進(jìn)方向在距離老空側(cè)4.5 m處架設(shè)兩列傾向托棚，托棚為單體柱配合長3 m的11號(hào)礦工鋼，要求“一梁三柱”，且單體柱初撐力不低于90 kN，托棚間距為150 mm。3103工作面切眼錨索網(wǎng)+托棚支護(hù)參數(shù)具體見圖1所示。

圖1 3103工作面切眼錨索網(wǎng)+托棚支護(hù)示意圖（mm）

2）架棚支護(hù)。受到斷層等構(gòu)造的影響，局部巷道頂板較破碎，上部穩(wěn)定巖層遭到破壞，且存在一定的離層現(xiàn)象，若采用錨索支護(hù)，則難以達(dá)到預(yù)期支護(hù)效果。此時(shí)，根據(jù)巷道實(shí)際采用架設(shè)梯形棚支護(hù)，考慮到切眼跨度較大，在首次掘進(jìn)過程中頂梁采用長5.5 m的11號(hào)礦工鋼進(jìn)行架設(shè)梯形棚，在刷巷后頂梁采用長4 m的礦工鋼進(jìn)行架設(shè)梯形棚，相當(dāng)于頂梁交叉使用1.0 m?？紤]到梯形棚屬于被動(dòng)支護(hù)，若與巷道圍巖存在空間較大，梯形棚難以及時(shí)對(duì)圍巖形成有效支護(hù)，梯形棚先期處于等壓狀態(tài)，不利于巷道支護(hù)，因此，在架棚支護(hù)時(shí)要采用背板、網(wǎng)片等將頂板和兩幫背實(shí)。

4 支護(hù)效果分析

3103工作面為礦井首個(gè)大跨度切眼，為掌握新支護(hù)方式下的切眼支護(hù)效果，在掘進(jìn)施工過程中每隔30 m布置1個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行巷道收斂變形觀測(cè)。觀測(cè)結(jié)果顯示，錨索網(wǎng)支護(hù)段巷道變形主要發(fā)生在距掘進(jìn)工作面40 m范圍內(nèi)，兩幫累計(jì)移近量和頂?shù)装逡平糠謩e平均為260 mm和136 mm，主要影響范圍為距掘進(jìn)工作面25 m范圍內(nèi)，兩幫和頂?shù)滓平糠謩e約占總移近量的78%和69%，整體來看巷道支護(hù)效果較好，能夠滿足設(shè)備安裝需要；架棚段巷道整體變形較小，局部存在頂梁出現(xiàn)輕微彎曲下沉現(xiàn)象，平均下沉量僅為12 mm，不影響設(shè)備安裝。為了了解“錨索網(wǎng)+托棚”支護(hù)對(duì)頂板支護(hù)效果，向頂板上方布置鉆孔采用頂板窺視儀進(jìn)行觀測(cè)，結(jié)果顯示，僅在頂板上方2～3 m出現(xiàn)頂板離層現(xiàn)象，離層量平均為3 mm左右，說明采用“錨索網(wǎng)+托棚”支護(hù)對(duì)頂板支護(hù)效果較好。

5 結(jié)語

切眼支護(hù)方式的選擇關(guān)乎著切眼支護(hù)質(zhì)量和綜采設(shè)備是否順利安裝，同時(shí)，選擇合理的支護(hù)方式還有利于提高切眼掘進(jìn)速度，可有效緩解采掘接替。在選擇切眼支護(hù)方式時(shí)，要充分考慮切眼圍巖特性、切眼斷面尺寸，同時(shí)要考慮到不同支護(hù)方式的利弊，最終決定采用何種支護(hù)手段。3103工作面大跨度切眼采用采用“錨索網(wǎng)+托棚”支護(hù)和局部采用架棚支護(hù)有效保證了切眼的支護(hù)質(zhì)量，相比于架棚支護(hù)掘進(jìn)施工提前了17 d，設(shè)備安裝速度相比于架棚支護(hù)條件下提前了8 d，經(jīng)濟(jì)效益顯著。