郭家河煤矿1309掘进工作面切眼支护技术实践

郭家河煤矿1309掘进工作面切眼支护技术实践

周兵,魏政帅,刘清洲

（徐矿集团 陕西郭家河煤业有限责任公司，陕西 宝鸡 721500）

摘  要：由于矿井所处的地下地质条件影响，煤层赋存及顶底板变化较大，巷道掘进施工难度增加。针对本矿3#煤层底层切眼大断面掘进技术方案及安全管理加以阐述，提出了具体支护设计和施工过程的注意事项，以解决在底煤层布置切眼的安全技术问题，为1309工作面切眼掘进安全提供技术措施和经验。

关键词：大断面；切眼支护

中图分类号：TD353;            文献标志码：B           文章编号：

1309切眼所采煤层为侏罗系中统延安组3#煤层，黑色，煤岩类型以半暗型为主，条痕褐黑色，断口阶梯状，顶部和底部半亮型煤为块状构造，中部为粉末煤，条带状结构，弱沥青光泽。预计切眼平均煤厚约17.5m，含少量夹矸，部分地区煤层底板有1m左右的劣质煤。基本顶为粗粒砂岩，直接顶为泥岩，伪底为炭质泥岩，直接底为铝质泥岩，基本底为泥质粉砂岩。

1、巷道基本情况

1309切眼巷道断面设计为矩形，净宽9.6m，净高3.8m；一次掘进断面设计为矩形，净宽5m，净高3.8m；二次扩刷断面设计为矩形，净宽4.5m，净高3.8m。目前我矿使用Φ22×2400mm左旋无纵肋等强螺纹钢锚杆，锚杆托盘规格为150×150×10mm钢板制作，托板采用冲床或钻床加工锚杆安装孔，孔径为24mm；锚索使用Φ18.9×11300mm钢绞线，锚索托板由400×200mm的20#槽钢制成，中间加焊170×170×10mm钢板，锚索托板上的锚索安装孔需用冲床或钻床加工，孔径为21mm。

2、锚杆支护参数计算

根据锚杆悬吊理论验算：

2.1锚杆长度

式中：——锚杆外露长度，一般取；

——锚杆有效长度m，当直接顶需要悬吊的范围易于划定时，应大于或等于其厚度；巷道围岩存在松动破碎带时，应大于或等于松动破碎区的高度，根据切眼的地质条件，顶板破碎区厚度为1.6m；     

——锚杆锚固长度，由拉拔试验确定，0.7m。

可得锚杆总长度为：

巷道帮锚杆有效长度的确定：

一次掘进： 二次扩刷：式中：——顶板煤层的坚固性系数，取1.09；

  ——巷道掘进宽度，一次掘进取5.2m，二次扩刷取4.6m。

帮锚杆总长度为：        或     

施工中采用2.4m左旋无纵肋等强螺纹钢锚杆，根据计算得：2.4m=2.4m(顶锚杆)，2.4m＞2.14m(帮锚杆)＞2.1m(帮锚杆)，故符合要求。

2.2锚杆直径

根据锚固力强度的原则进行验算

22>35.52×0.49=17.4

式中：——锚杆直径，22mm；

  ——锚杆的锚固力，120kN；

  ——杆体材料的抗拉强度，500MPa。

经计算，锚杆直径22mm>17.4mm，符合要求。

2.3锚杆间排距

式中：——锚杆间排距，间距850mm(800mm)、排距800mm、；

    ——安全系数，一般取1.5～2，取2；

    ——煤体体积力，取14.3kN/m3。

算得=1.619m

  间距850mm、800mm，排距800mm＜1619mm符合要求。

3、锚索参数与间排距的验算

3.1顶板冒落拱高度计算

式中：  ——冒落拱高度，m；

——巷道高度；取巷高3.9m；

——巷道跨度之半，2.6m；

    ——煤体内摩擦角36.5°；

 ——顶板煤层的坚固性系数，取1.09。

计算可得冒落拱高度为4.2m。

3.2锚索长度可按下式计算

式中：——锚索长度，m；

  ——需要悬吊的不稳定煤层厚度，即（H）顶板冒落拱高度，m；

   ——锚索锚固长度，一般取1.4m；

   ——锚索外露长度,取0.3m；

考虑到井下施工复杂性和二次扩刷后跨度大等因素，决定选取长度11300mm锚索。

3.3锚索直径

由于采用预应力钢绞线锚索，锚索直径有Ф15.24mm、Ф18.9mm两种类型，根据以往井下使用情况，发现Ф15.24mm的锚索直径偏小，与钻孔直径（Ф28mm）不匹配，锚索拉断载荷较小等缺点，加大锚索直径后，一方面提高锚索破断力，另一方面与钻孔直径相匹配。所以锚索直径选取Ф18.9mm。

3.4锚索排距确定

锚索支护的作用主要是防止锚固区外岩层与锚固区岩层发生离层，合理的间排距有利于控制离层的发生。在自然平衡拱的计算过程中，初步选取了锚索间距1600mm。对于锚索排距我们选取每一排锚杆打一排锚索，每两排锚杆打一排锚索和每三排锚杆打一排锚索三种方案进行数值计算。通过计算发现，一排锚杆打一排锚索和每两排锚杆打一排锚索没有离层的发生，每三排锚杆打一排锚索局部出现离层现象。因此，选取每两排锚杆打一排锚索，锚索间距初步选为1600mm。

冒落拱面积大约为

式中：——冒落拱高度，m；

——巷道跨度之半，2.6m；

——巷道高度；取巷高3.9m；

——煤体内摩擦角36.5º；

——顶板煤层的坚固性系数，取1.09。

计算得

锚索悬吊冒落拱中岩石的重量，则锚索悬吊力：

式中：——为冒落拱中煤岩体的平均容重，煤层取14.3kN/ｍ3，岩石取24kN/m3；根据实际煤厚特征，本次计算取14.3kN/ｍ3；

——为锚索排距，ｍ。

——安全系数，取2。

锚索直径确定为18.9mm，材料为钢绞线，单根锚索承载力按240kN计算。每排3根锚索进行顶板支护，则：；得：。

取=1.6m<1.73m，即施工时锚索排距为1.6m满足要求。

4、液压单体的布置方式

切眼扩刷过程中打设2排倾向架棚，采用4.0Mdw40-250/110X单体液压支柱加强顶板支护，切眼两侧单体液压支柱的间排距为4500×900mm。架棚顶梁采用2.2mπ型钢梁，一梁三柱，三花式相接，支柱要求穿鞋，支柱的初撑力不小于90kN。

5、巷道支护方式的确定

1309切眼一次掘进、二次扩刷永久支护均采用锚网梁索联合支护形式。锚杆：顶板、老塘侧帮部均采用Φ22×2400mm左旋无纵肋等强螺纹钢锚杆，顶板间排距为800×800mm、老塘侧帮部间排距为850×800mm，巷道顶部锚杆每排7根，老塘侧帮部锚杆每排5根；煤壁侧帮部采用Φ22×2400mm玻璃钢锚杆，间排距为1200×800mm，煤壁侧帮部锚杆每排3根。每根锚杆均配MSCK-Z2370型树脂锚固剂1支进行端头锚固。锚杆托盘规格为150×150×10mm钢板制作，托板采用冲床或钻床加工锚杆安装孔，孔径为24mm；玻璃钢锚杆配1块200×400mm柳木托盘。顶板煤壁侧肩窝锚杆使用平托盘，顶板老塘侧肩窝锚杆、老塘侧帮部肩窝及底角锚杆均需使用相应的异形托盘进行支护。锚索：顶板采用Φ18.9×11300mm钢绞线，间排距1600×1600mm，顶板每排3根。每根锚索配MSCK2370（里侧-红色）和MSK2370（外侧-蓝色）型树脂锚固剂各1支进行端头锚固，锚索托板由400×200mm的20#槽钢制成，中间加焊170×170×10mm钢板，锚索托板上的锚索安装孔需用冲床或钻床加工，孔径为21mm。网：顶板、老塘侧帮部铺设10# 铁丝金属菱形网，网与网之间采用“自连自”的方式连接，连接点间距200mm，压茬搭接200mm；煤壁侧帮部铺设塑料网，网与网之间采用14#铁丝绑扎，连接点间距200mm，压茬搭接200mm 。钢带梁：顶板及老塘侧帮部铺设钢带梁，采用Φ12mm圆钢加工形成；顶板煤壁侧肩窝锚杆提前预留一个眼距的钢带梁，便于切眼二次扩刷时顶板支护。

6、安全注意事项

（1）为最大限度减少顶板暴露面积，要求切眼先掘后扩。

（2）二次扩刷时老塘侧单体液压支柱超前扩刷迎头始终不小于10m，煤壁侧单体液压支柱滞后扩刷迎头始终不大于30m。

（3）切眼上、下三角门抹角处根据设计要求打设 “#”型木垛，木垛尺寸1600×1600mm，并用木楔打实木垛。

（4）施工过程中三班必须有专人巡视观察顶板变化。

7、结论

   根据本矿的地质条件，通过计算，对切眼的支护进行了验算，现1309工作面切眼掘进安全贯通。由此为后期的回采及下一个工作面切眼的掘进提供可用经验。

参考文献

[1]贺天才.切眼大断面锚杆支护技术的应用[J].山西煤炭，2002（4）：29-32.

[2]张德雷.开切眼大跨度全断面锚索网支护技术[J].煤炭工程，2005（2）：23-24.

[3]蒋力帅，马念杰，赵志强，等.综放工作面沿空开切眼布置与支护技术研究[J].采矿与工程学报，2014（1）：22-27.

 作者简介：周兵（1993.10-），男，汉，甘肃白银人，2017年7月毕业于陇东学院，采矿工程专业，本科学历，助理工程师职称；现在陕西郭家河煤业有限责任公司，从事煤矿通防工作。