关海泽



综放面大断面切眼支护技术研究

关海泽

摘要本文以某煤矿81307综放面切眼为研究对象，分析了该切眼施工中存在的难点及问题。同时，提出了“螺纹钢锚杆＋钢筋骨架网＋锚索”联合支护的控制对策，并制定了其具体支护参数和措施。井下对81307综放面切眼支护试验结果表明，该支护系统对厚煤层大断面切眼的控制效果显著，增强了切眼服务期间的稳定性，为该矿类似条件切眼支护提供了技术依据。

关键词大断面切眼，裂隙发育，支护参数

1　引言

近些年来，随着高产高效综放面的大范围推广、大型综合机械化采煤设备的研发应用及满足运输、通风和行人等安全生产需要[1-2]，要求切眼巷道的跨度和高度与现有的采煤技术相适应，因此大断面切眼孕育而生，切眼尺寸由原来的4 m～6 m增至7 m～10 m。本文以某煤矿81307综放面切眼为研究对象，结合现场实际生产地质条件，分析该切眼在施工中存在的难点及问题，并制定支护方案及具体支护参数和措施，有效地解决该类切眼的支护难题。

2　81307综放面切眼工程概况

81307综放面位于81306工作面以西，二号辅运大巷以南，井田边界以北，其西面为未采动实体煤。81307综放面所掘切眼长度为240 m，调车硐室共三个（每个12 m），设计掘进工程总量为516 m，开切眼时沿底板掘进，切眼沿煤层倾向布置，因掘进切眼的断面较大，故采用二次成巷工艺，设计巷宽8.8 m，先掘进5.2 m，后整个切眼扩帮3.6 m。

切眼位于煤层底板巷水平标高651 m～677 m，所掘煤层为二叠纪煤层，煤层倾角为5°左右。老顶为深灰色砂质泥岩；直接顶为灰白色粗粒砂岩，主要矿物成分为石英、长石；直接底为灰至深灰色砂质泥岩，块状层理；老底为灰白色粗粒砂岩，81307综放面岩性柱状图见图1。掘进段顶板裂隙极发育，导水性较好，最大涌水量20 m3/h。

图1 81307综放面岩性柱状图

3　大跨度切眼围岩破坏特征

（1）拉裂破坏

若单一顶板或复合层状顶板强度不高，在水平和垂直地应力的作用下，巷道顶部拉应力容易出现，当超过顶板岩层拉应力的极限强度时，自下而上出现拉伸破坏，单一岩层顶板形成一个形态较为规则的冒落拱，复合层状顶板形成一个形态较为特殊的平衡拱。

（2）剪切破坏

矩形巷道开挖后，顶板与巷道两帮尖角区域会出现比较严重的切向应力集中现象。顶板岩层为裂隙发育的倾斜状岩体时，切向压应力易促使其破碎为层状岩块沿裂隙面发生剪切滑动；但顶板岩层节理不发育或无节理时，破碎岩块间产生挤压作用而相互错动，引起卸载破坏，并易在自重作用下失稳冒落。巷道两帮处于顶板支承压力及水平地应力共同影响的应力场中，其结构破坏特征与两帮岩性密切相关。

（3）复合破坏

考虑到巷道处于复杂的工程地质坏境，其断面形状往往各不相同，施工方法也各自相异，不可避免地在施工过程中产生不同程度的对巷道围岩应力状态产生影响的人为扰动；同时，因为现场施工条件及水平的约束限制，不可能对围岩初期变形进行有效及时地支护。因此，巷道围岩的剪切与拉裂复合破坏现象在实际中时有发生。

4　81307切眼围岩控制难点

通过对81307综放面开切眼现场调研和分析，其围岩控制难点有如下：

1）本区属8-1#与8-2#煤层复合区，煤层结构复杂，煤层厚度变化大，切眼地段可采厚度为5.72 m，层位对比困难，必须按规定层位掘进，同时在掘进过程中必须探顶底煤厚度，随时掌握层位变化，以确定掘进层位。

2）切眼局部地段顶板岩性为薄层状含砾粗砂岩，强度低，稳定性差。此区段顶板裂隙发育，易垮落，维护难度大。同时切眼区段顶板，富水、导水性较好，掘进过程中对探掘结合工艺要求很高。

3）切眼断面尺寸较大。与小断面切眼相比，大断面切眼围岩稳定性对顶板两帮煤岩体物理力学特性、掘进时采动影响、地应力场变化等多个因素更加敏感。对采用支护形式及强度要求比较高，任意单一、多个因素的改变都会对切眼围岩稳定性影响严重，可能导致顶板剧烈下沉，甚至发生大面积冒顶、片帮的事故。

4）煤层底板标高最低651 m，低于奥灰水位188 m左右，若遇到大的断裂构造（断层）将会形成导水通道会发生涌水，掘进过程中必须严格执行先探后掘的原则，同时加大排水设施。

5　81307切眼支护方案及参数

依据厚煤层大断面81307切眼围岩控制的难点，运用FLAC3D数值模拟软件，并结合具体的现场工程地质条件，提出了“螺纹钢锚杆＋钢筋骨架网＋锚索”联合支护的控制对策，同时对81307综放面切眼的锚杆（索）间排距、直径及长度等支护参数进行了设计[3-4]，见图2。

图2 81307综放面切眼支护参数图

顶板锚杆采用Φ20 mm×2 200 mm螺纹钢高预应力锚杆，扩帮前顶网使用4 900 mm×1 200 mm钢筋骨架网，扩帮时选用4 700 mm×1 200 mm钢筋骨架网。顶锚杆每排4根，排距1 m，从正帮侧到切眼临时副帮，间距分别为0.3 m、1.4 m、1.5 m、1.4 m和0.6 m；扩帮后顶锚杆每排8根，从正帮到副帮间距分别为0.3 m、1.4 m、1.5 m、1.2 m、0.2 m、1.0 m、1.5 m、1.4 m和0.3 m。顶板锚索采用Φ22 mm×8 000 mm高强度预应力钢绞线，成排布置，扩帮前每排3根，排距为1.0m，从正帮侧到临时副帮侧间距分别为0.6 m、1.4 m、1.6 m和1.6 m；扩帮后每排共6根，间距分别为0.6 m、1.4 m、1.6 m、1.6 m、1.6 m、1.4 m和0.6 m。

81307切眼正帮使用Φ20 mm×2 000 mm螺纹钢锚杆和2 800 mm×1 200 mm铅丝网支护，锚杆间排距为0.9 m×1.0 m。切眼临时副帮使用Φ18 mm×2 000 mm的玻璃钢锚杆和3 600 mm×2 200 mm塑料网支护，切眼临时副帮锚杆间排距为1.25 m×1.0 m，扩帮后与正帮方式支护相同。

81307切眼支护顺序如下：81307切眼临时副帮，采用“三排矩形”布置方式，即在掘进过程用掘锚机自身侧钻打第二排帮锚杆，用煤电钻打第一排帮锚杆，检修帮用煤电钻支护第三排，上面两排帮锚杆必须支护到工作面正头3 m处；81307切眼副帮采用“四排矩形”布置方式，在条件好的情况下，掘进过程用掘锚机自身侧钻打第二排帮锚杆，用煤电钻打第一排帮锚杆，检修班支护第三、四排，上面两排帮锚杆必须支护到工作面正头3 m处，在片帮严重时，生产班将支护第三排并及时挂网、链网到掘锚机尾处。检修班支护第四排。检修班用煤电钻补打帮锚杆并加密连网，并且一定要补全到掘锚机尾处，没有补全的帮锚杆由生产班继续补全，不补全不得生产。

6　现场支护效果监测及分析

为了掌握该矿81307综放面开切眼围岩活动规律及支护效果，在掘进过程中设置测站，对顶板下沉量、两帮移近量等状况进行观测。观测结果表明：切眼巷道开掘初期，围岩表面位移收敛速率较大，煤顶在三十天后趋于稳定，顶板移近量达182 mm，两帮在两天位移量达154 mm，总体变形量均控制在允许的安全范围之内。在整个81307切眼维护期间，未发生诸如锚杆索破断、钢带撕裂及支护结构大面积失效的现象。这表明采用“螺纹钢锚杆＋钢筋骨架网＋锚索”联合支护的控制方案对81307综放面切眼的控制有良好的效果。

7　结语

本文通过对81307切眼具体生产地质情况的调研，分析该切眼围岩控制难点，提出相应的支护方案及参数，巷道支护效果满足要求，为类似条件下矿井大断面切巷支护提供了技术依据。

参考文献

[1]何富连，栗建平，蒋红军等.特大断面厚煤顶开切眼复合桁架锚索围岩控制技术[J].中国矿业，2012，27（8）: 82-85.

[2]谢生荣，何富连，张守宝等.大断面复合泥岩顶板切眼桁架锚索组合支护技术[J].中国矿业，2008，17（9）: 90-92.

[3]张茂林，庞东林，于德成等.综放大断面切眼锚杆参数的研究与应用[J].采矿与安全工程学报，2008，25（1）:133-118.

[4]陆士良.锚杆锚固力与锚固技术［M］.北京:煤炭工业出版社，1998：37-41.

关海泽，男，1990年10月出生，山西大同人，现在同煤浙能麻家梁煤业有限责任公司工作，助理工程师。

Study on Big Section Cut Hole Technology of Fully-mechanized Face

Guan Haize

Abstract：In this paper，the cut hole of a coal mine 81307 fully-mechanized face as the research object，the difficul⁃ties and problems during the construction of the cut hole are analyzed.At the same time，“screw-thread steel bolt+steel skeleton network+anchor cable”combined supporting control countermeasures are proposed，and the concrete supporting parameters and measures are given. The result shows that the supporting system has the remarkable effect for big section cut hole of thick coal seam，the stability of cut hole during the period of service is improved，it provides the technical ba⁃sis for the cut hole supporting with the similar conditions.

Keywords：big section cut hole；fracture development；supporting parameter

收稿日期：2016-01-25

作者简介

中图分类号TD353+.6

文献标识码B

文章编号1000-4866（2016）02-0017-03