厚煤层大跨度切眼掘进及支护技术研究

降承春

（山西焦煤汾西矿业水峪煤业，山西 孝义 032300）

现阶段，在我国各大煤矿开采工作过程中，对于煤矿井下的开采技术方法的应用越来越多样化，其中包含部分开采技术、填充开采技术、分层开采技术以及留煤柱开采技术方法等。在实际工作过程中，需要有效结合煤矿井下的地层条件情况以及煤矿的分布情况进行有效调整。由于长期受到煤矿停采之后煤壁支撑压力所产生的影响，原有的采煤工作面在采空区域的边缘部分，岩体结构的边缘部分会受到比较严重的损伤，同时继续开采的工作面仍然需要沿着原有的采煤工作面采空区域边缘重新进行掘进开切眼[1]。在实际工作过程中出现了沿空大跨度开切眼支护问题，对整个煤矿井下开采工作造成了较大的工作难度。

1 工程概况

某矿一综采工作面煤层的平均厚度为4.5 m，并且使用的是综合开采工艺方式。煤矿开采单位为了全面提高开采工作面的工作效率和安全性，在本次开采工作面的掘进工作当中使用的是电液综合支架开采作业模式。这种支架结构形式在自身的重量方面相对较大，因此在井下掘进工作当中，要有效保证切眼断面面积大小，需要超过27.5 m2以上，同时在煤矿井下的掘进工作当中需要沿着顶板的位置进行切眼宽度和高度需要达到8.5 m 和3.5 m。在本次煤矿生产工作当中，沿着综采工作面顶部切眼，并且经过分析之后发现工作面的周围围岩结构稳定性相对较差，在掘进工作当中如果使用一次性断面开挖使用方法，很容易出现切眼的位置产生顶板下沉情况，同时切点的顶板位置还会出现明显的冒落问题，影响到整个综采工作面的掘进效率和稳定性。

2 厚煤层大跨度切眼掘进及支护技术应用策略

2.1 切眼维护结构

由于本次开采过程中煤层的厚度较大，因此在开始工作之前，需要对整个井下开采工作环境进行全面分析，该综采工作面顶板的岩层结构，整体条件构成相对比较复杂，同时在工作面的切眼位置存在大面积的泥岩结构，同时在顶板区域分布，厚度大约为8.5 m的泥岩和粉砂岩层结构。开采工作面切眼，顶板的硬度相对较低，不稳定性的复合顶板在实际开采工作当中使用的是一边开挖一边垮塌的工作方式，当产生顶板没有及时垮落的工作条件下，因为受到钻孔施工因素的干扰和影响，也容易产生冒落情况，整个切眼的结构稳定性会受到一定的影响。同时承载能力相对较差，在支护工作过程中必须要进一步强化支护体系，对周围围岩所产生的约束力作用和效果，因此会进一步限制围岩结构破碎区域，进一步朝着沿层深部方向上扩张，该切眼使用的是锚网索联合支护技术方法[2]。

2.2 开切眼支护方案和相关参数

结合切眼地质条件情况并且结合现场生产工作要求，提出注浆锚索+高强锚杆+金属网+喷浆联合支护工作方法，因为切眼的宽度达到8 m 以上，同时顶板区域主要是以破碎程度较高、承载能力较弱的围岩结构为主。在切眼掘进和后续的使用过程中，经常会产生漏顶和冒顶等各种事故问题，不利于煤矿巷道围岩结构的稳定性控制，对此切眼掘进工作过程中，通过采取分批次掘进工作方式，在实际操作过程中需要先沿着小断面位置来进行移动，并且在切眼和回采顺槽位置充分贯通之后，再将切眼的宽度大小加大到8 m，有效保证开切眼支护工作的安全性和稳定性。

2.3 切眼掘进工作要点

本次综采工作面后煤层大跨度切点径宽度为8.5 m，总长度为195 m，通过使用联合支护方法，开切角前20 m 以方便角80°方向进行掘进后，170 m 以90°角方向进行掘进。在锚杆材料的选择过程中，顶部锚杆直径为22 mm，长度为2 500 mm。煤层两侧区域锚杆长度为1 800 mm 顶部锚杆间排距大小为800 mm×800 mm，侧方位置锚杆排间距为900 mm×700 mm。锚索规格为K21/9.0-1700Q/TZK038，锚索的孔口位置和煤矿巷道侧帮之间的距离大小为0.35 m锚索安装角度为60°，横架中间位置的锚索规格为K21/9.0-1700Q/TZK038。煤矿巷道扩张部分横架锚索设置在两排钢带的中间位置，横架锚索安装完成之后需要进行加固处理，预紧力大小需要达到100 kN 达到相应的支护工作效果[3]。

2.4 支护工艺方法

2.4.1 临时支护结构

在掘进施工过程中需要使用超前探梁来进行临时性支护，前探梁使用50.5 mm 的钢管材料来进行制作，长度大小需要达到4 000 mm。

2.4.2 锚网支护安装施工

在现场锚网支护施工过程中，主要的施工流程主要包含巷道施工成型、铺设梯网、临时性支护施工、安装锚杆锚杆加固、两帮位置清理以及紧固锚杆，锚网支护工作过程中锚杆位置需要使用快速安装施工工艺方法，同时使用锚杆钻机实现一次性安装完成。在进行横架锚索安装施工过程中，工程施工现场需要使用预先准备好的锚索施工机具来进行操作，锚索施工过程中需要跟随蝇头部分。桁架锚索支护施工过程中，需要做好临时性加固结构，并且需要对托盘的方向进行有效调整，加固锚索托盘和固定中间锚索、桁架锚索的孔口位置和煤矿巷道两帮之间的距离控制在0.35 m，安装施工角度为60°，桁架锚索设置在两排钢带的中间位置。

2.4.3 喷浆支护施工

在喷浆支护施工过程中要求喷浆施工厚度不能小于50 mm，喷浆完成之后需要做好密封处理，不能存在明显的孔洞，回弹率大小需要控制在15%以下，在施工过程中使用的是一边开挖一边喷浆的施工方法，喷浆距离迎头位置的间距不能超过20 m，在首次注浆工作结束之后需要及时进行二次喷浆施工，在后续切眼的掘进工作的迎头位置间隔10～30 m 的距离，通过使用空中注浆锚索的施工方法进行喷浆支护和加固处理，本次开采工作中注浆锚索规格使用的是1 000 mm×1 600 mm 的间距，并且对已经施工完成之后的锚杆间隔大小进行有效布置，注浆锚索的加固间距大小为900 mm，在实际注浆工作当中要求对注浆设备型号进行合理选择，需要充分的满足注浆加固施工的技术要求和标准。通过对注浆设备和材料的正确选择，提高材料注浆完成之后的渗透性和稳定性，并且在材料充分凝结之后稳定性更强，因此通过使用喷浆加固施工技术，在本次综采工作面当中的加固效果达到了预期要求[4]。

2.5 厚煤层切眼围岩支护效果

在切眼掘进工作和支护工作过程中，需要对切眼的具体位置进行设置，需要保证在切眼的中间间隔50 m 的位置需要设定出一个测量工作点位，同时需要对切眼周围的威严结构稳定性情况进行判断，有效监测围岩结构的实际变形量大小。在监测工作结束后需要对其中的关键性信息进行收集，并且在切眼掘进知乎工作完成7 d 之后，发现周围的围岩结构的变形量有了一定的提升，在后续的10 d 时间整个围岩结构的变形量大小基本上已经处于了相对稳定的工作状态，在厚煤层的切眼部分表层，通过混凝土喷射加固的表层位置产生了肉眼可见的裂缝情况，但是整个围岩结构的实际变形量仍然处于一种相对较小的状态。在完成切眼顶板的监测时间之后，整个巷道的结构稳定性达到了正常状态，顶板顶部和巷道的变形量分别为130 mm 和95 mm，这一数值复合正常的变形量大小。

3 结语

在厚煤层大跨度开切眼掘进工作过程中，必须要配合使用合理的支护工作方法，有效保证煤矿井下掘进开采工作的安全性和稳定性，提高煤矿开采工作效率和整个作业的安全性。