综采工作面大跨度切眼支护实践研究

张红斌

（山西兰花科技创业股份有限公司， 山西 晋城 048400）

科学合理确定综采面切眼的支护方式是确保切眼支护质量、提高掘进速度、降低劳动强度、确保综采设备快速安装的重要基础，因此，在选择切眼支护方式时，要充分考虑切眼的围岩特性、切眼断面尺寸等基本条件。以往综采工作面切眼宽度多不超过6.5 m，采用架棚支护，为了提高工作面回采效率，决定在3103工作面引进ZY76000/18/42D型支架，该支架要求切眼宽度不低于8.5 m，架棚支护施工速度慢，大跨度支护效果较差，属于被动式支护，为了满足大跨度切眼支护要求，确保支护质量，综合考虑决定实施“锚索网+托棚”支护方式，在局部顶板较差处采用梯形棚支护。3103工作面切眼新支护实践表明，采用该支护方式切眼施工速度快，能够有效控制切眼围岩变形，可满足设备安装需求。

1 切眼概况

3103工作面北邻3105工作面采空区，南部为3101工作面采空区，西部为采区集中巷道，东部为边界保护煤柱。工作面所采煤层为山西组3号煤层，煤层厚度为3～4.1 m，平均为3.2 m，中间含有1层均厚 0.2 m 的夹矸，煤层倾角为 6～11°，平均为 6.9°，为稳定可采厚煤层。3103工作面直接顶为均厚3.2 m的砂质泥岩，基本顶为均厚4.1 m的中-粗粒砂岩，直接底为均厚3.1 m的泥岩-砂质泥岩，基本底为均厚2.6 m的粗粒砂岩。根据围岩力学试验可知，直接顶抗压强度平均为17.2 MPa，基本顶抗压强度平均为34 MPa，属于较稳定顶板，但是受到断层等构造的影响，局部顶板破碎。3103工作面切眼设计长度为210 m，根据选用支架型号，切眼设计断面（宽×高）为8500 mm×3800 mm。鉴于顶板整体状况，决定采用长短锚索配合金属网对切眼进行支护，局部顶板破碎地带，采用架设U型钢棚进行支护。

2 传统支护方案利弊分析

以往矿井工作面切眼均采用架设梯形棚支护，切眼设计棚子中宽一般不超过6.5 m，高度不超过3.2 m，在架设梯形棚后，在距离煤墙侧2 m布置金属单体柱沿倾向架设托棚进行加强支护。架棚支护属于被动式支护，其优点是支护强度大、抗压效果好、材料回收利用率高、巷道成型效果好，其缺点是职工劳动强度大、掘进速度慢、人工成本高。切眼采用架棚支护，在综采工作面安装过程中需要对梯形棚进行回收，影响安装进度，且在回撤梯形棚时存在一定的安全隐患，不利于高效掘进和安装[1-2]。另外，架棚支护不能主动给予巷道以支护作用，不能有效抑制顶板前期离层和巷道收缩，巷道稳定性较差[3-4]。

3 大跨度切眼支护方案的选择

鉴于梯形棚支护切眼存在诸多弊端，且对于大跨度断面而言，顶梁对于顶板支护作用有限，若不在顶梁进行补强支护，容易造成顶梁弯曲下沉，降低梯形棚支护效果，因此针对于3103工作面切眼，有必要寻求新的支护方式。锚索支护作用主要是悬吊、组合梁和组合拱作用，能够将巷道顶板与上部坚固岩层稳定在一起，相比于锚杆支护而言，其抗破断力大、锚固深度大，配合金属网能够促使支护体系形成一个整体，对巷道支护效果较好。同时考虑到3103工作面两侧均为采空区，工作面属于孤岛工作面，矿压显现明显，为了加强支护效果，决定对工作面切眼实施锚索网配合倾向托棚支护，其中顶板采用长短锚索支护，两帮采用短锚索支护，对于顶板稳定性较差、易出现顶板失稳地段采用架设梯形棚支护。

1）锚索网+托棚支护。对于巷道条件较好地带采用锚索网+托棚支护。顶板长锚索选用规格Φ17.8 mm×7600 mm的钢绞绳，顶板和两帮短锚索选用规格17.8 mm×4000 mm的钢绞绳，要求长锚索间排距为1600mm×1600mm，短锚索间排距为800 mm×800 mm，长短锚索均配备规格200 mm×200 mm×12 mm的钢托棚。要求每根锚索采用1卷CK23/25型锚固剂和2卷MSK23/60型锚固剂进行锚固，其中长锚索要求预紧力不低于120 kN，短锚索要求预紧力不低于100 kN。切眼顶板和两帮所用网片选用规格为1.2 m×0.8 m，网孔为80 mm×80 mm的金属网，金属网搭接要求不低于200 mm，搭接处用铁丝捆扎牢固。3103工作面切眼采用刷巷的形式进行掘进，即首次掘进断面宽度为5.5 m，掘进施工完毕后，从两巷进行刷巷，刷巷宽度为3.0 m，巷道成型最终净宽为7.5 m。锚网索支护要求实时跟进，最大控顶距和最小控顶距为1.2 m和0.4 m。在第一次掘进过程中，每掘进5 m，即沿掘进方向在距离老空侧4.5 m处架设两列倾向托棚，托棚为单体柱配合长3 m的11号矿工钢，要求“一梁三柱”，且单体柱初撑力不低于90 kN，托棚间距为150 mm。3103工作面切眼锚索网+托棚支护参数具体见图1所示。

图1 3103工作面切眼锚索网+托棚支护示意图（mm）

2）架棚支护。受到断层等构造的影响，局部巷道顶板较破碎，上部稳定岩层遭到破坏，且存在一定的离层现象，若采用锚索支护，则难以达到预期支护效果。此时，根据巷道实际采用架设梯形棚支护，考虑到切眼跨度较大，在首次掘进过程中顶梁采用长5.5 m的11号矿工钢进行架设梯形棚，在刷巷后顶梁采用长4 m的矿工钢进行架设梯形棚，相当于顶梁交叉使用1.0 m。考虑到梯形棚属于被动支护，若与巷道围岩存在空间较大，梯形棚难以及时对围岩形成有效支护，梯形棚先期处于等压状态，不利于巷道支护，因此，在架棚支护时要采用背板、网片等将顶板和两帮背实。

4 支护效果分析

3103工作面为矿井首个大跨度切眼，为掌握新支护方式下的切眼支护效果，在掘进施工过程中每隔30 m布置1个测点进行巷道收敛变形观测。观测结果显示，锚索网支护段巷道变形主要发生在距掘进工作面40 m范围内，两帮累计移近量和顶底板移近量分别平均为260 mm和136 mm，主要影响范围为距掘进工作面25 m范围内，两帮和顶底移近量分别约占总移近量的78%和69%，整体来看巷道支护效果较好，能够满足设备安装需要；架棚段巷道整体变形较小，局部存在顶梁出现轻微弯曲下沉现象，平均下沉量仅为12 mm，不影响设备安装。为了了解“锚索网+托棚”支护对顶板支护效果，向顶板上方布置钻孔采用顶板窥视仪进行观测，结果显示，仅在顶板上方2～3 m出现顶板离层现象，离层量平均为3 mm左右，说明采用“锚索网+托棚”支护对顶板支护效果较好。

5 结语

切眼支护方式的选择关乎着切眼支护质量和综采设备是否顺利安装，同时，选择合理的支护方式还有利于提高切眼掘进速度，可有效缓解采掘接替。在选择切眼支护方式时，要充分考虑切眼围岩特性、切眼断面尺寸，同时要考虑到不同支护方式的利弊，最终决定采用何种支护手段。3103工作面大跨度切眼采用采用“锚索网+托棚”支护和局部采用架棚支护有效保证了切眼的支护质量，相比于架棚支护掘进施工提前了17 d，设备安装速度相比于架棚支护条件下提前了8 d，经济效益显著。