鄭田野

（霍州煤電集團(tuán)辛置煤礦，山西 霍州 031412）

隨著煤炭需求量的不斷增加和開(kāi)采強(qiáng)度的不斷加大，井工開(kāi)采煤礦井下巷道掘進(jìn)量也大幅度增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年煤礦巷道掘進(jìn)長(zhǎng)度已超過(guò)了2 萬(wàn)千米，因此巷道的穩(wěn)定控制直接關(guān)系到煤炭的安全開(kāi)采［1-2］。隨著開(kāi)采技術(shù)的不斷進(jìn)步，對(duì)于厚煤層開(kāi)采，煤礦大多采用一次采全高綜采工藝，工作面切眼的斷面較大，當(dāng)巷道掘進(jìn)揭露泥質(zhì)頂板時(shí)，由于巖層強(qiáng)度低、穩(wěn)定性差、易產(chǎn)生碎脹變形，加之大采高大斷面切眼頂板跨度大，切眼巷道維護(hù)困難［3-5］。本文以辛置煤礦2-559 切眼煤層頂板揭露厚度為4.5～7.5 m的灰黑色泥巖、砂泥巖互層結(jié)構(gòu)為工程背景，探討厚泥質(zhì)頂板巖層條件下切眼加強(qiáng)支護(hù)技術(shù)。

1 工程概況

辛置煤礦2-559 工作面開(kāi)采2#煤層，屬于450 水平南五采區(qū)，埋深312～394 m，工作面北方向?yàn)?-534 采空區(qū)，東方向?yàn)?-560工作面 （未采），南方向?yàn)?10 回風(fēng)巷、皮帶巷及軌道巷，西方向?yàn)楣V保安煤柱。工作面開(kāi)采煤層平均厚度3.75 m（3.35～4.10 m），煤層平均傾角5°（3°～12°），煤層直接頂揭露厚度為4.5～7.5 m的灰黑色泥巖、砂泥巖互層結(jié)構(gòu)，局部粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)、含煤線、富含植物化石碎片；基本頂為厚度在5.0～6.0 m范圍的灰色K8中細(xì)砂巖，以石英為主、含少量云母片，波狀層理；直接底為厚度5.5 m的灰黑色厚層狀泥巖，中上部含菱鐵礦結(jié)核、水平層理，基本底為厚3.5 m深灰色中砂巖，以石英、長(zhǎng)石為主。2-559 工作面采用大采高一次采全高，切眼斷面設(shè)計(jì)為矩形，設(shè)計(jì)斷面尺寸7.8 m×4.0 m，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度131 m。

2 切眼支護(hù)技術(shù)

為確保切眼服務(wù)期間的穩(wěn)定，擬采用切眼巷道加強(qiáng)支護(hù)技術(shù)。

2.1 高強(qiáng)度錨網(wǎng)梁索主動(dòng)支護(hù)

2-559 切眼掘進(jìn)后，及時(shí)進(jìn)行高強(qiáng)度錨網(wǎng)梁主動(dòng)支護(hù)，通過(guò)高強(qiáng)度錨桿、高強(qiáng)度錨索、金屬網(wǎng)、鋼筋梯子梁、高強(qiáng)度蝶形托盤(pán)等支護(hù)材料及其相關(guān)組件，采用主動(dòng)控制的方式，強(qiáng)化厚泥質(zhì)頂板巖層（厚度為4.5～7.5 m）承載性能，形成主動(dòng)承載結(jié)構(gòu)，并將其錨固至基本頂巖層（厚度5.0～6.0 m的灰色K8中細(xì)砂巖），充分利用頂板巖層承載能力。具體支護(hù)參數(shù)見(jiàn)圖1。

圖1 2-559 切眼支護(hù)斷面

（1）頂板和幫部錨桿均采用直徑22 mm、長(zhǎng)度2 400 mm的高強(qiáng)度桿體制作，間排距設(shè)計(jì)為800 mm×800 mm，配套高強(qiáng)度蝶形托盤(pán)，規(guī)格120 mm×120 mm×12 mm；同時(shí)配套型號(hào)CK2335、Z2360的樹(shù)脂錨固劑各一支；錨桿預(yù)緊扭矩設(shè)計(jì)300 N·m，采用主動(dòng)高強(qiáng)度錨桿支護(hù)，強(qiáng)化厚泥質(zhì)頂板巖層（厚度為4.5～7.5 m）承載性能，形成主動(dòng)承載結(jié)構(gòu)。

（2）頂板錨索采用直徑Φ21.8 mm、長(zhǎng)度L7 300 mm的預(yù)應(yīng)力鋼絞線，間排距設(shè)計(jì)為1 600 mm×1 600 mm，每排5 根，配套高強(qiáng)蝶形托盤(pán)，規(guī)格300 mm×300 mm×16 mm；配套型號(hào)K2335 樹(shù)脂錨固劑1 支、型號(hào)Z2360 樹(shù)脂錨固劑3 支；錨索張拉預(yù)緊力設(shè)計(jì)40 MPa，可將厚泥質(zhì)頂板巖層（厚度為4.5～7.5 m）錨固至基本頂巖層（厚度5.0～6.0 m的灰色K8中細(xì)砂巖）。

（3）頂板和幫部錨桿采用直徑12 mm圓鋼焊接而成的梯子梁連接。

（4）每?jī)筛? 三根錨索采用厚度3 mm、寬度280 mm的W鋼帶連接。

（5）頂板和幫部鋪設(shè)菱形金屬網(wǎng)，金屬網(wǎng)采用10#鐵絲編制，頂網(wǎng)規(guī)格為4 600 mm×1 000 mm、3 600 mm×1 000 mm，幫網(wǎng)規(guī)格為7 200 mm×1 200 mm。

2.2 單體支柱+π型梁加強(qiáng)支護(hù)

2-559 切眼掘進(jìn)后，采用單體支柱+π型梁加強(qiáng)支護(hù)，增加巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)的抗變形能力。單體液壓支柱型號(hào)DZ-42（Φ110 mm）型，垂直于頂板布置，每排4 根，柱距0.8 m，π型梁長(zhǎng)度3 200 mm，一梁兩柱，π型梁垂直于巷幫布置。

3 應(yīng)用分析

2-559 切眼掘進(jìn)時(shí)期的圍巖變形情況見(jiàn)圖2。切眼圍巖變形可分為三個(gè)階段，包括掘進(jìn)影響初期圍巖快速變形階段、掘進(jìn)影響中期圍巖緩速變形階段、掘進(jìn)影響后期圍巖穩(wěn)定階段。其中掘進(jìn)影響初期圍巖快速變形階段發(fā)生在切巷成巷0～60 d內(nèi)，該時(shí)間內(nèi)切眼圍巖變形相對(duì)較快，頂?shù)装搴蛢蓭鸵平俣确謩e約2.58 mm/d、1.98 mm/d，累計(jì)變形量分別為155 mm、119 mm。掘進(jìn)影響中期圍巖緩速變形階段在切眼成巷60～114 d內(nèi)，該時(shí)間內(nèi)切眼圍巖變形有所減緩，頂?shù)装搴蛢蓭鸵平俣确謩e約1.50 mm/d、0.92 mm/d，累計(jì)變形量分別為81 mm、50 mm。掘進(jìn)影響后期圍巖穩(wěn)定階段發(fā)生在切眼成巷114 d之后，該時(shí)間內(nèi)切眼圍巖移近速度和移近量趨近于0 mm。圍巖基本穩(wěn)定時(shí)切眼頂?shù)装謇塾?jì)移近237 mm，兩幫累計(jì)移近量168 mm，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)切眼整體變形較小，2-559 切眼巷道保持穩(wěn)定。

圖2 2-559 切眼圍巖移近變形曲線

4 結(jié)語(yǔ)

辛置煤礦2-559 大采高切眼揭露賦存厚而強(qiáng)度低的泥質(zhì)頂板巖層，巷道維護(hù)困難。經(jīng)采用厚泥質(zhì)頂板巖層條件下的切眼加強(qiáng)支護(hù)技術(shù)，包括高強(qiáng)度錨網(wǎng)梁索主動(dòng)支護(hù)和單體支柱+π型梁加強(qiáng)支護(hù)，達(dá)到了強(qiáng)化厚泥質(zhì)頂板巖層承載性能、利用基本頂巖層承載的目的。該技術(shù)應(yīng)用后，確保了2-559 大采高切眼巷道圍巖的穩(wěn)定。