2038综放工作面断面切眼支护应用研究

韩吉祥

（晋能控股煤业集团长平公司，山西 晋城 048006）

长平公司2038综放工作面北部、东部、南部为二盘区井田边界，西部为2307综放工作面（已回采）。巷道标高为+716～ +739 mm，盖山厚度在198～274 m。结合2308工作面地质情况、煤层赋存情况、顶底板特征以及生产衔接要求，对2308工作面切眼采用大断面一次成巷工艺[1-5]快速掘进。

1 工程概况

2038综放工作面煤层为3#煤层，煤层厚度为5.14 m，普氏硬度为2.7～3.2，煤层倾角最大值为7°，最小值为0°，平均值为2°，具备大断面一次成巷的地质条件。2308切眼设计长度135 m，从23082巷827.716 m处东帮（F点）开口，按照方位角90°00′00″施工135 m，中线以地质测量部所下中线单为准（巷道沿底掘进，无腰线）。

2308切眼巷道净断面设计为3-3正常断面和加宽4-4断面，其断面形状为矩形，锚杆排距1.0 m。3-3断面掘进断面面积23.78 m2（宽×高=8.2 m×2.9 m），4-4断面掘进断面面积为26.68 m2（宽×高=9.2 m×2.9 m），3-3断面净断面面积为22.4 m2（净宽×高=8.0 m×2.8 m），4-4断面净断面面积为25.2 m2（净宽×高=9.0 m×2.8 m）。2308综放工作面切眼布置示意图如图1。

图1 2308综放工作面切眼布置示意图

2 切眼支护设计

2.1 巷道断面永久支护设计

2308放顶煤工作面切眼巷道顶板支护采用高强度锚杆、锚索、菱形网、钢筋托梁联合支护。锚杆角度均垂直巷道顶板，靠近两帮的顶角锚杆分别向外倾斜不大于10°；锚固方式为树脂加长锚固，采用先放一支MSK2335型锚固剂、再放一支MSZ2360型锚固剂锚固；钻孔直径30 mm，孔深为2290～2310 mm，锚固长度1208 mm；设计预紧力矩为400 N·m，设计锚固力为190 kN；采用菱形网护顶，顶上菱形网呈两排“三花”布置，链接点间距不大于200 mm。锚索采用高强度低松弛预应力钢绞线，尾部采用配套的高强度锁具；锚索“4-4”布置，利用8#（10#）铁丝缠绕锁具下部的锚索不少于3圈，且两端与顶网连接起防坠作用。

2308放顶煤工作面切眼两帮支护采用高强度锚杆、玻纤树脂锚杆、W钢护板、塑料网混合支护。锚杆角度均垂直巷帮施工，顶、底角帮锚杆倾斜角度不大于10°。锚固方式采用树脂加长锚固，南帮高强度锚杆采用两支锚固剂，先放一支MSK2335型锚固剂、再放一支MSZ2360型锚固剂，北帮高强度玻纤树脂锚杆采用一支MSZ2360型锚固剂。钻孔直径30 mm，孔深为2290～2310 mm之间，锚固长度1208 mm。高强度锚杆设计预紧力矩400 N·m，设计锚固力190 kN。高强度玻纤树脂锚杆设计预紧力矩56 N·m，设计锚固力80 kN。2308放顶煤工作面切眼永久支护布置及参数如图2。

图2 2308工作面切眼正常段支护布置及参数（mm）

2.2 巷道顶板加强支护设计

顶板加强支护采用型号为SKP22-1/1720×8300锚索、长1.6 m的两眼工字钢或者长2.6 m的三眼工字钢，锚索托盘采用300 mm×300 mm×16 mm高强度矩形可调心托板及配套锁具，力学性能与锚索索体一致。工字钢规格及眼数可根据现场实际条件进行适当调整。

根据巷道顶板情况选择合适的方式进行补强支护，工字钢锚索补强可滞后工作面迎头10 m进行，补强锚索设计预紧力为350 kN。巷道在进出构造、硐室开口、巷道开口、巷道贯通处5 m范围及构造区内必须进行顶板加强支护。

2.3 巷道临时支护设计

临时支护采用前探梁临时支护、机载式临时支护、CMM2-15液压锚杆钻车临时支护。前探梁临时支护工艺流程：永久支护完成后→前移前探梁吊环→将前探梁穿入吊环中→破煤→敲帮问顶、找掉活碳（矸）→确认安全后→把已联好的网抬到工作面→将网顶起，前移前探梁将网挑住→调整好排间距使网接顶→联网人员站在永久支护下联网，并及时进行永久支护。机载式临时支护工艺流程：退机→降下截割臂→闭锁截割头、停机→敲帮问顶找掉活碳→安全检查→把网抬到工作面放置在机载式临时支护上→开启机组→启动临时支护将网挑住→调整好排间距使网接顶→闭锁掘进机、机载式临时支护及315开关→联网人员站在永久支护下联网，并及时进行永久支护。锚杆钻车临时支护工艺流程：一次割一排，退机、降下截割臂、闭锁截割头、停机→敲帮问顶找掉活碳（煤）→安全检查→开钻车至工作面→把金属网抬到工作面放置在锚杆钻车临时支护上→开启钻车并操作临时支护将网挑住→调整好排间距使网接顶→闭锁锚杆钻车临时支护→联网人员站在永久支护下联网，并及时进行永久支护。锚杆钻车临时支护平面、剖面示意图，机载临时支护平面、剖面示意图，前探梁临时支护平面、剖面示意图如图3。

图3 2308工作面巷道临时支护布置图（mm）

3 施工关键技术及分析

2308切眼采用一次成巷方式进行掘进，设计使用一台EBZ150沿煤层底板掘进，正常段初次割煤掘进宽度为4.5 m，高度为2.9 m，截割完成后进行支护。同时，机组再次刷大掘进宽度为3.7 m，高度为2.9 m，达到切眼宽度。加宽段初次割煤掘进宽度为5.5 m，高度为2.9 m，截割完成后进行支护。同时，机组再次割煤掘进宽度为3.7 m，高度为2.9 m，全部实现免去人工出煤工作面，提高了生产效率。

割煤进刀方式采用巷道断面中间顶端进刀，截割方式采用纵轴式连续摆动截割。根据断面的大小，巷道在截割过程中采用截割头由巷道中部顶端进刀，最大进刀深度0.75 m，然后以0.6～0.8 m的截深在巷道断面内横向摆动截割，每横向截割一次，降低0.4～0.7 m，按照截割曲线示意图以先中间后两边的顺序连续摆动截割完成每个循环进度后，修边成形达到设计要求。一次割两排时，必须先割完一排后再按原先的截割工艺流程截割下一排，这样既防止受到二次扰动的影响，又保证切眼支护的稳定性。

切眼在掘进过程中，对巷道进行实时动态矿压观测，巷道锚杆支护监测分为综合监测和日常监测两种方式。综合监测的主要内容为巷道表面和深部位移、顶板离层、锚杆（锚索）受力状况，日常监测主要内容为顶板离层观测。观测频率要求：煤巷、半煤岩巷距掘进工作面50 m内每天观测一次，其他每周观测一次。采煤工作面顺槽巷和周边巷道距综采工作面100 m内每班观测一次，其他至少每周观测一次。锚杆受力情况填写测站中锚杆测力计中最大的值，没有锚杆的填无。测力读数明显增大时，视情况增加观测频次。

围岩表面位移监测包括顶底板相对移近量、顶板下沉量、底鼓量、两帮相对移近量和巷帮位移量。设计要求一般采用十字布点法安设测站，每个测站应安设两个监测断面，监测断面间距应不大于2 m，测点应安设牢固，巷道顶板围岩深部位移观测范围不小于巷道跨度的1.5倍。

测量方法为在C、D之间拉紧测绳，A、B之间拉紧钢卷尺，测读AO、AB值；在A、B之间拉紧测绳，C、D之间拉紧钢卷尺，测读CO、CD值。测量精度要求达到1 mm，并估计出0.5 mm。采用卷尺测量监测断面距掘进工作面迎头的距离。煤矿巷道开口、交岔、贯通、应力集中、大跨度硐室以及地质构造影响等区域必须增设表面位移监测站，每天观测1次，若有动压影响需加大观测频率，直至巷道稳定后可恢复正常观测周期。围岩表面位移测点布置图如图4。

图4 围岩表面位移测点布置示意图

4 结语

2038综放工作面切眼采用两次掘进一次成巷施工工艺，与传统掘进成巷工艺相比，减少了两次帮部支护，节约施工费用约20万元，缩短施工工期约12 d。根据观测数据可知，切眼顶板最大下沉量15 mm，两帮最大移近量31 mm，现场锚杆、锚索受力均衡。观测结果表明，通过采用高强度锚杆、锚索、菱形网、钢筋托梁联合支护方式能够有效控制巷道围岩变形。