厚煤层综放工作面大断面切眼支护实践研究

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摘要:针对余吾煤业厚煤层综放工作面切眼采用传统架棚支护存在的诸多问题，提出在正常地段施工锚网索支护，在异常地段实施U32型钢棚子支护的切眼新支护方案。通过新支护方案的实施，1205工作面切眼表面位移变化不足5%，能够满足设备安装尺寸要求，支护效果较好。

关键词:厚煤层;切眼;支护

综放工作面所采煤层较厚，在满足综放设备安装尺寸条件下，会预留一定厚度的顶煤。但是因受切眼施工、煤岩特性和地质条件的影响，顶煤强度和完整性会下降，特别是对于顶板围岩条件差、煤层节理裂隙发育的切眼，支护难度较大。传统的综放工作面切眼多采用先掘主切眼，而后进行副切眼的刷大，切眼的支护多采用架棚支护。综放工作面在进行主切眼掘进和刷切眼时均需要架棚，施工繁琐，且棚架在巷道施工成型较差时易出现棚子变形、扭斜等问题，影响切眼支护效果；在安设综采设备时，需要对棚架进行回撤，不利于高效快速安装[1-4]。山西潞安集团余吾煤业以往切眼多采用架设11#矿工钢支护，为了克服架棚支护弊端，提高切眼施工和设备安装速度，在1205放顶煤工作面切眼实施锚网索支护，局部破碎地带采用架设U型钢棚支护，取得了较好的支护效果。

1工作面切眼概况

1205工作面位于北一采区，工作面所采煤层为山西组3#煤层，煤层厚6.0~7.0m，平均为6.6m，中部含有一层均厚0.15m的夹矸，工作面倾角为3°~4.5°，平均为3.7°，整体呈现西低东高形态。

1205工作面设计可采走向长度为1024m，倾向长度为301m，采用放顶煤开采，采放比为1:1.2。工作面所采3#煤层煤体松软，节理裂隙发育，伪顶为均厚0.4m的灰黑色含砂泥岩，直接顶为均厚3.5m的深灰色泥岩-粉砂质泥岩，基本顶为均厚14.2m的细中粒砂岩，直接底为均厚1.8m的砂质泥岩，基本底为均厚2.1m的粉细粒砂岩。工作面切眼设计尺寸（高×宽）3700mm×8500mm，采用锚网索支护；局部围岩条件较差地段采用架设U型钢棚子支护，设计尺寸（高×宽）3600mm×8200mm。

2架棚支护弊端分析

放顶煤工作面采用架棚支护，属于被动支护，其优点是抗压强度大，对巷道条件适应性较好；缺点是施工繁琐，劳动强度大，不利于高效掘进，且在安装综采设备时需要对棚子进行回撤，存在回撤风险，不利于安全高效安装。

架棚支护在支护前期与巷道围岩接触不实，处于等压状态，这样易造成支护初期巷道围岩处于弱支护或者无支护状态，引发围岩离层和变形，尤其对于围岩条件较差的巷道和煤巷，易出现顶板变形破坏。围岩变形破坏促使巷道成型较差，致使棚子与围岩接触较差，受力不均，出现棚子扭曲变形，不利于棚架对围岩形成及时有效的支护。

3支护方案的确定

3.1正常地段锚网索支护

锚网索支护属主动式支护，是锚索支护、锚杆支护和金属网护帮护顶的联合应用。支护参数如下：顶锚杆选用规格为Ф20mm×2600mm的左旋无纵筋螺纹钢锚杆，锚杆间排距为800mm×800mm，顶角锚杆与水平呈70°夹角，顶锚杆锚固力不低于75kN。

顶锚索采用规格为Φ17.8mm×8000mm的钢绞绳，锚索间排距为2000mm×2000mm，要求锚索预紧力不低于120kN。

帮锚杆选用规格Ф20mm×2400mm的左旋无纵筋螺纹钢锚杆，锚杆间排距为1000mm×800mm，帮锚杆锚固力不低于60kN。

顶板和两帮在施工锚杆或锚索前，提前铺设孔径为30mm×30mm的金属菱形网和W钢带，金属网搭接不低于200mm。鉴于1205工作面切眼宽度已经达到8.5m，属于大跨度支护，为了进一步提升顶板的稳定性，在锚网索支护的基础上打两排倾向棚子，棚梁采用3.5m长11#矿工钢，棚腿采用4.15m的单体柱，两排棚子间距为1.6m。如图1所示。

3.2异常地段U型钢棚支护

因受F14断层影响，1205工作面切眼个别地段围岩条件较差。根据矿井巷道支护经验，北一采区顺槽宽度超过4m的巷道均采用架设U型钢棚支护。鉴于1205工作面切眼跨度已达8.5m，采用锚网索支护难以达到预期支护效果，决定采用U32型钢支护。棚子下宽8.2mm，高3.6m，棚距0.6m，棚腿与棚梁搭接处采用专用卡缆进行固定，棚子与棚子间采用连杆进行固定，以期提高棚子的抗扭斜性能和抗倾倒性能。要求架设U32型钢棚子前先采用金属网进行护帮和护顶，架设棚子后，采用背板或者半圆木将棚子与围岩间的缝隙填充背实，确保棚子接帮、接顶严实，避免棚子因受力不均引起扭斜或变形。为了进一步提高拱形棚子支护质量，在拱形棚子中部补加液压单体柱。U32型钢棚子参数如图2所示。

3.3支护效果监测

为了研究新支护形式下1205工作面切眼支护效果，在掘进期间距离掘进迎头每隔20m布置一个“十字观测点”，测量周期为掘进施工至设备安装完毕。观测结果显示：正常地段锚网索支护条件下顶底板移近量为179mm，顶板下沉量为48mm，分别为设计高度的4.8%和1.2%，两帮移近量为339mm，为设计宽度的4.0%；异常地段U型钢拱形棚支护条件下顶底板移近量为121mm，顶板下沉量为22mm，分别为设计高度的3.4%和0.6%，两帮移近量为226mm，为设计宽度的2.7%。由此可知，在新支护条件下，1205厚煤层综放工作面切眼变形量不足5%，支护效果较好，能够满足综采设备安装所需尺寸要求，且锚网索支护施工速度相比于传统架棚支护施工速度提高了1/4，避免了后期棚架回撤，实现1205工作面切眼的快速掘进和快速安装。

4结语

1205工作面属于厚煤层综放工作面，通过在不同地段实施不同支护方式有效地保证了切眼的支护效果，尤其是正常地段采用锚网索配合单体柱托棚代替了传统的架棚支护，不仅取得了较好的支护效果，且施工速度显著提升，职工劳动强度明显下降，避免了设备安装期间棚架回撤问题，有利于工作面的高效掘进和安装，具有较好的推广应用价值。

【参考文献】

［1］张银.厚煤层综放工作面切眼支护技术实践[J].江西煤炭科技，2017（04）：113-114+117.

［2］贠东风，张袁浩，陈广平，等.大倾角不稳定松散煤层综放面合理布置形式研究[J].煤炭工程，2017，49（01）：7-10.

［3］孙振中，崔庆林，王玉玖.综放工作面切眼施工技术与扩刷方式[J].煤矿开采，2008，13（02）：45-48.