杜儿坪矿大断面切眼巷道支护技术研究.pdf

402023 年第 9 期收稿日期 2023-01-31作者简介 梁鑫（1990），男，河南淇县人，2015 年毕业于太原理工大学阳泉学院采矿工程专业，本科，助理工程师，现从事采煤管理技术工作，研究方向：采煤。梁 鑫：杜儿坪矿大断面切眼巷道支护技术研究杜儿坪矿大断面切眼巷道支护技术研究梁 鑫（山西焦煤西山煤电杜儿坪煤矿，山西 太原 030000）摘 要 针对杜儿坪矿 73907 综采工作面切眼施工期间因断面大、地质条件复杂等因素影响，导致切眼围岩变形大、控制困难等问题，提出先施工切眼导硐，再二次扩刷的大断面切眼施工工艺，并采用“锚网索+木垛”联合支护方式对切眼围岩变形进行控制。现场应用结果表明：切眼顶板浅部离层量最大值为 6.3 cm，深部离层量最大值为 3.1 cm，巷道顶板整体较为稳定。关键词 综采；切眼；支护中图分类号 TD353 文献标识码 B doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2023.09.013Research on Support Technology for Large Cross Section Hole Cutting Roadway in Duerping MineLiang Xin(Shanxi Coking Coal Xishan Coal Electricity Duerping Coal Mine,Shanxi Taiyuan 030000)Abstract:In view of the problems of large deformation and difficult control of the hole cutting surrounding rock during the construction period of the 73907 fully mechanized mining face in Duerping Mine due to factors such as large cross section and complex geological conditions,a large cross section hole cutting construction process is proposed,which involves first constructing the hole cutting guide hole and then expanding it twice.The combined support method of anchor mesh cable+wooden pile is used to control the deformation of the hole cutting surrounding rock.The on-site application results show that the maximum value of shallow layer separation amount in the hole cutting roof is 6.3 cm,and the maximum value of deep layer separation amount is 3.1 cm.The overall stability of the roadway roof is relatively stable.Key words:fully mechanized mining;hole cutting;support近年来，随着机械化、智能化采煤技术的快速发展，综采工作面回采设备的尺寸也显著增大，这就导致需要施工更大断面的切眼以满足综采设备的安装及通风需要1-3。切眼断面越大，围岩条件越复杂，其施工及支护难度越大4-6。本文以山西焦煤西山煤电杜儿坪矿 73907 综采工作面大断面切眼施工为工程背景，采用数值模拟与现场试验相结合的方法，探究大断面切眼矩形巷道的支护技术。1 工程概况杜儿坪矿 73907 综采工作面开采 3 号煤层，煤厚 3.063.80 m，平均 3.40 m，煤层结构复杂，含02 层总厚 00.9 m 的夹矸，平均 0.4 m，夹矸岩性泥岩。煤层倾角 1 10，平均 5，属较稳定煤层。煤层顶板为粉砂岩，底板为砂质泥岩，煤层顶底板情况详见表 1。表 1 煤层顶底板情况顶底板分类岩石名称厚度/m岩性特征基本顶K6 中砂岩3.937.275.25灰白色中砂岩，石英、长石为主，暗色矿物次之，含有煤粒及云母片直接顶粉砂岩2.608.504.30深灰色粉砂岩，块状颗粒上细下粗，含云母片，局部夹有细砂岩、煤线、砂质泥岩直接底砂质泥岩0.450.600.53黑灰色砂质泥岩，含有植物化石碎片及白云母片基本底K5 粗砂岩1.103.642.37灰白色粗砂岩，以石英、长石为主，含有暗色矿物、白云母片及煤粒，局部含小砾，分选磨圆差，疏松73907工作面位于南九盘区，北接南九皮带巷，412023 年第 9 期 梁 鑫：杜儿坪矿大断面切眼巷道支护技术研究南距杜儿坪断层 370 m，东距 73907 回采工作面284 m，西部为实体煤。73907工作面由73907轨道巷、73907 皮带巷、73907 切眼组成，切眼设计长 163 m，巷道埋深 430 m。2 切眼围岩控制技术2.1 切眼导硐支护设计切眼导硐净断面为 4800 mm3300 mm，采用锚网索联合支护，支护参数如下：顶板：采用 22 mm2400 mm 左旋螺纹钢锚杆，间排距为 1000 mm1000 mm，150 mm150 mm10 mm 球型钢板托盘，施加预紧力不小于 160 kN。顶锚索采用 17.8 mm6300 mm 预应力钢绞线，间排距为 2000 mm1500 mm，250 mm250 mm16 mm 碟型钢板托盘，施加预紧力不小于300 kN。顶板锚杆配合使用规格为 4300 mm220 mm3 mm 的钢带及规格为 900 mm3000 mm的菱形金属网。巷帮：西帮锚杆采用 18 mm1700 mm 左旋螺纹钢锚杆，间排距为 1000 mm1100 mm，110 mm110 mm10 mm 碟型托盘，施加预紧力不小于 140 kN，使用 450 mm220 mm3 mm 护板及 900 mm3000 mm 菱形金属网；东帮采用 18 mm1700 mm 左旋螺纹钢锚杆，间排距为 1200 mm1500 mm，110 mm110 mm10 mm 碟型托盘，施加预紧力不小于 140 kN，使用 450 mm220 mm3 mm护板及900 mm3000 mm菱形金属网。2.2 切眼导硐二次扩刷及支护设计切眼导硐扩刷后净断面 8500 mm3300 mm，“锚网索+木垛”联合支护，支护参数如下：待切眼导硐施工完毕后，沿其东侧巷帮向东扩刷 3700 mm 以达到切眼设计断面尺寸。在切眼导硐扩刷期间，切眼导硐扩刷范围顶板支护方式及支护参数与切眼导硐相同，扩刷后的切眼东帮与切眼导硐东帮支护方式及参数一致，切眼顶板支护与切眼导硐顶板支护方式及参数一致。巷道顶板增加锚索组压网支护，采用 3 花布置，距西帮侧2.0 m布置1排，距西帮侧3.8 m 布置1 排，距西帮侧 6.5 m 布置 1 排。锚索组间距 4.0 m，锚索规格为 17.8 mm8300 mm 低松弛钢绞线，钢板托盘规格为 600 mm600 mm16 mm。扩帮后，在切眼支设一排距巷道东侧 2300 mm、间距 15 000 mm 的木垛。扩刷完成后的切眼支护断面如图 1。图 1 扩刷后的切眼支护断面（mm）2.3 大断面切眼支护强度验算鉴于 73907 工作面切眼断面较大，为确保围岩变形控制效果，对 73907 工作面切眼支护强度进行验算。当 73907 工作面切眼由切眼导硐扩刷至设计切眼断面尺寸后，可采用公式（1）计算最大冒落高度下切眼顶板覆岩质量 G：G=D h （1）式中：D 为切眼设计断面宽度，取 8.5 m；h为切眼顶板岩层最大冒落带高度，结合 3 号煤层顶板覆岩情况，取 3.2 m；为切眼顶板岩层平均容重，取 23 kN/m3。将数据带入式（1）计算得到 73907 工作面切眼在扩刷至设计断面尺寸后，G=625.6 kN/m。为确保所采用支护方案对 73907 工作面切眼顶板围岩的支护效果，在进行支护强度验算时不考虑锚杆及其他支护措施，只考虑锚索对切眼顶板的支护效果。可通过公式（2）计算单位长度顶板锚索作用到切眼顶板的支护强度 P：P=NP1/d （2）式中：N 为切眼顶板每排锚索数量，取 5；P1为锚索锚固力，取360 kN；为锚索锚固效率，取0.8；d为切眼顶板锚索排距，取1.5 m。将数据带入式（2）计算可得 P=960 kN/m G=625.6 kN/m。综上所述，当 73907 工作面切眼按照设计断面尺寸施工完毕后，在不考虑顶板锚杆及其他支护措施，仅考虑锚索支护效果，即切眼顶板支护全部由锚索承担的情况下，锚索支护安全系数为 P/G=960/625.6=1.5。2.4 数值模拟数 值 模 拟 过 程 中，切 眼 巷 道 一 次 开 挖 4.8 m3.3 m、二次扩帮 3.7 m3.3 m，三维模型尺寸为 85 m33 m750 m。计算过程中锚杆索的模型422023 年第 9 期长度取值为原来的10倍，模型的上面设置为自由面，中部四面设立约束法向自由度，底面设置为约束自由度。岩层自重产生的应力可以在模型的顶部施加10 MPa 的垂直压应力。巷道围岩位移如图 2。由图 2 可以看出，切眼巷道扩刷且支护完成后，巷道顶板的最大下沉量为 10.5 mm，底板最大隆起量为 10.7 mm，巷道两帮最大移近量为 2.9 mm。这是由于切眼巷道的 4.8 m 位置沿顶板的轴线方向支设一排距巷道东侧 2300 mm、间距 15000 mm 的临时木垛，支撑巷道顶板，同时增加锚索组压网支护技术进行加强支护，有效控制了顶板围岩的变形。（a）垂直位移 （b）水平位移图 2 巷道围岩位移云图3 工业性试验采用两点位移计以及多点位移计测量巷道顶板离层量，分别在切眼 40 m、70 m、110 m、160 m位置处布设 1#、2#、3#、4#测站，位移计的深度分别设计为 2.5 m、8.5 m。顶板离层变化曲线如图 3。由图 3 可以看出，顶板离层量与时间存在着密切关系，离层量变化具有阶梯性。（a）1#测站（b）2#测站（c）3#测站（d）4#测站图 3 不同测站巷道围岩表面位移情况在巷道开始掘进时，锚杆可以发挥其支护作用，直接顶产生较小的离层；随掘进时间的发展，顶板浅部离层量开始增大，浅部离层量最大值为 6.3 cm，深部离层量最大值为 3.1 cm，巷道顶板整体较稳定。4 结语1）为有效控制大断面切眼巷道围岩变形，提出采用“锚网索+木垛”联合支护方式控制巷道围岩变形，并通过数值模拟验证了该支护方案的有效性。2）现场实测结果表明：73907 工作面切眼在掘进期间，顶板浅部离层量最大值为 6.3 cm，深部离层量最大值为 3.1 cm，巷道顶板整体较为稳定，联合支护方案抑制了巷道围岩变形，满足设计要求。【参考文献】1 胡跃龙.二次掘进下大跨度开切眼支护技术研究D.阜新：辽宁工程技术大学，2019.2 张向东，胡跃龙，王振.二次掘进下大跨度开切眼支护数值模拟及应用 J.矿业安全与环保，2019，46（01）：57-62.3 续云鹏.东河煤矿切眼破碎顶板支护方式应用实践 J.当代化工研究，2020（09）：93-94.4 李晓博.分层围岩体切眼巷道不同开挖方式协同支护技术研究 D.包头：内蒙古科技大学，2020.5 吕情绪，李鹏，张忠文，等.超大断面开切眼锚网索支护参数研究J.煤炭技术，2020，39（08）：8-11.6 封文茂.特厚煤层软岩大断面煤巷支护技术研究及应用 J.山东煤炭科技，2022，40（07）：21-23+26.