金鸡滩煤矿11m宽超大断面切眼支护技术

郭 亮，蔡逢华

（1.陕西时代能源化工有限公司，陕西 榆林719000；2.陕西未来能源化工有限公司金鸡滩煤矿，陕西 榆林719000）

0 引言

伴随着采掘设备的不断大型化，煤矿单产的不断提高[1-5]，采煤支架从最初的10~30 t发展到了目前的80 t左右。切眼宽度也经历了以下跳跃：6m→9m→10m→11m。金鸡滩煤矿核定年产量达1 500万t，102大采高工作面采用的支架见表1。

表1 102工作面支架选型表

使用的采煤支架如下：中部液压支架选用ZY21000/38/82D型（78.3 t），过渡液压支架选用ZYG21000/38/82D型（86 t），端头液压支架选用ZYT21000/28/53D型（70 t）,其中中部支架最小高度3.8 m最大高度8.2 m。这么大的支架势必要求切眼的断面变的更大。更大的断面也不断刷新着我们对巷道围岩控制的认知[6-7]。本文将以榆林金鸡滩煤矿一盘区102工作面切眼：11 m×4.2 m为研究对象来探讨该问题。

1 工程地质条件

102工作面总体为一单斜构造，东北高、西南低；煤层走向为近正北方向，倾向近正西方向，煤层倾角0°～1.0°，平均0.6°，f≈2。

102工作面开采煤层为2-2上层煤，该煤层为稳定的主要可采煤层,本工作面煤层厚度5.5～8.6 m之间。该工作面煤层赋存较稳定，煤层结构简单，为黑色半暗型，块状结构，贝壳状断口，弱沥青光泽。

切眼附近地面标高+1204.3～+1227.9 m，井下标高+991.3～+973.2 m,地面相对位置大部分为沙地及滩地，西南部穿过金鸡滩村及部分牲口棚。

煤层顶底板由下往上分别为老底，细砂岩，2-2上煤层，泥岩（伪顶），粉砂岩，老顶，煤层顶底板详细情况见表2。

表2 煤层顶底板特征表

2 超大断面数值模拟

2.1 数值模型

采用3DEC5.2，根据金鸡滩煤矿102工作面柱状建立数值模型如图1所示，模型共分为5层分别为老底，细砂岩，2-2上煤层，泥岩（伪顶），粉砂岩，老顶。模型尺寸：长×宽×高=60 m×1 m×40.93 m，模型采用位移边界条件，底部边界垂直方向固定，前、后、左、右边界水平方向固定。煤层和顶底板均划分为0.5 m×0.5 m的块体，岩层采用摩尔-库伦模型，节理面采用Coulomb slip。具体见表4和表5：

图1 金鸡滩102超大断面切眼数值模型

表4 岩层力学参数

表5 节理力学参数

为探讨切眼宽度增加对金鸡滩矿区大断面切眼的影响，固定高度不变4.2 m，变化宽度7～11 m，步距1 m，模拟方案见表3。

表3 模拟方案

2.2 围岩塑性区

针对102切眼的地质条件，模拟结果如图2所示，随着切眼宽度不断加大，切眼塑性区也逐渐增大，但塑性区的形态没有发生变化，顶底两帮均呈半椭圆形，围岩的塑性类型呈压剪破坏，切眼宽度增加到11 m时，围岩依然没有出现拉或者拉剪破坏，这说明金鸡滩的102切眼位置的地质条件下，切眼宽度的增大没有导致出现质变的劣化。可以看出随着切眼宽度的增大顶、底、两帮的塑性区深度呈线性变化。

图2 不同宽度102切眼塑性区分布

2.3 切眼帮支承压力

不同宽度切眼两帮的支承压力如图3所示，随着切眼宽度的增大，两帮的支承压力形态没有发生变化，均呈“单峰”状分布。宽度的增大使两帮的支持压力峰值有所增加，但支承压力峰值的位置没有改变。可见，当切眼宽度增大使更多的顶板岩层加载在两帮的同时，两帮除了支承压力增高外，没有出现更多的塑性，两帮的岩层依然坚固。

图3 不同宽度102切眼支承压力分布

3 围岩控制技术

根据具体工程地质条件，采用工程类比和理论分析的方法，最终确定顶板和两帮锚杆具体支护参数下，支护断面如图4：

图4 支护断面图

1）顶板支护。顶板锚杆：φ20 mm×2 400 mm，左旋无纵筋螺纹钢等强锚杆，每排13根，每根锚杆使用1根K2335，1根MSZ2360树脂锚固剂加长锚固，顶部锚杆间排距800 mm×1 000 mm。顶部网片采用φ6.5 mm钢筋方格网，网格为100 mm×100 mm。

顶板锚索：按照每排4根方式布置，锚索使用φ15.24 mm×6 500 mm的小孔径预应力锚索，每根锚索使用1根K2335、2根MSZ2360树脂锚固剂加长锚固。

2）非采侧帮支护。采用φ18 mm×2 000 mm，左旋无纵筋螺纹钢等强锚杆，每排4根，每根锚杆使用MSZ2360树脂锚固剂1根加长锚固，间排距为1 200 mm×1 000 mm。网片采用φ6.5 mm钢筋方格网，网格为100 mm×100 mm。

3）开采侧帮支护。采用φ20 mm×2 000 mm，全螺纹式树脂锚杆玻璃纤维增强塑料杆体，每排3根，每根锚杆使用MSZ2360树脂锚固剂1根加长锚固，间排距1 300 mm×1 000 mm。

4 矿压观测结果

为了探讨102工作面大断面切眼的稳定性，以及该支护技术与该地质条件下的适应性，经过80d矿压观测，结果见图5。

图5 矿压观测

该超大断面巷道掘进稳定期11 d左右，切眼围岩剧烈调整期内最大顶底相对移近速度7.1 mm/s，最大两帮相对移近速度6.7 mm/s。掘进稳定期后（11天）最大变形速度均降至1 mm/s以下。80 d后两帮相对移近量112 mm，顶底相对移近量147 mm。顶板离层量6 mm左右后未再增大。

5 结论

1）金鸡滩矿区例如102大采高工作面11 m×4.2 m的断面（达46.2 m2）得益于其煤层优良的物理力学性质，及煤层的赋存条件。其他矿区不可轻易照搬，应因地制宜，做响应的支护设计。

2）该地质条件下，切眼宽度7～11 m的不断增加围岩塑性区也相应的线性增加，然而围岩的破坏类型没有变化。

3）切眼宽度7～11 m的增加使两帮支承压力有升高，但两帮支承压力峰值位置没有改变。