坚硬顶板大断面开切眼二次成巷支护技术研究与应用

王再峰

（霍州煤电集团有限责任公司安全监察局，山西 霍州 031400）

赋存较厚煤层的矿井多采用一次采全高综采开采工艺。相关资料显示，目前我国现有的采煤机滚筒直径已经超过了3.0 m，液压支架超过了8.0 m。为满足采掘设备的安装，要求更大尺寸的开切眼巷道，由于其顶板跨度大，成巷及支护相对困难[1-5]。

辛置煤矿2216 工作面顶板赋存一层厚层状的K8 中细砂岩，其厚度较大（平均厚度7.2 m），抗压强度在110～120 MPa 之间，属于坚硬岩层，其岩层赋存稳定，具备一定的承载能力。由于工作面开切眼断面尺寸较大（8.0 m×3.9 m），顶板跨度较大，一次成巷相对困难，一般采用二次成巷技术。初次掘巷断面尺寸5.0 m×3.9 m，二次扩巷断面尺寸为3.0 m×3.9 m，采用高强度锚杆索、玻璃钢锚杆配合钢筋梯子梁、W 钢带和金属网、塑料网实现大断面开切眼的稳定控制。

1 工程概况

2216 工作面开采2#煤层，位于310 水平二采区，东北方向为采区轨道巷，其余方向均为实煤体。工作面埋深420～488 m，平均煤层厚度4.1 m，平均倾角9°，煤层结构复杂。工作面直接顶为厚0～7.5 m的泥岩和砂泥岩，灰黑色，薄层状，半坚硬；基本顶为厚6.0～8.2 m 的K8 中细砂岩，灰白色，厚层状，坚硬；直接底为厚4.0～6.5 m的泥岩，灰黑色，厚层状，半坚硬；基本底为厚4.0～7.8 m 的中砂岩，灰白色，中厚层状，坚硬。2216 切眼巷沿煤层倾向布置，长度203 m，巷内计划布置1 台MG750/1900-GWD采煤机，1 部SGZ1000/2*855 刮板输送机，116 架ZY10000/26/55 液压支架。开切眼设计矩形断面，尺寸8.0 m×3.9 m。

2 坚硬顶板下大断面切眼二次成巷支护技术

2216 工作面顶板K8 中细砂岩厚度较大，抗压强度在110～120 MPa之间，属于坚硬岩层，赋存稳定，具备一定的承载能力。由于工作面开切眼断面尺寸较大，顶板跨度较大，一次成巷相对困难，因此采用坚硬顶板大断面切眼二次成巷支护技术。

2.1 开切眼初次掘巷支护

2216 工作面开切眼采用二次成巷技术，初次掘巷断面尺寸5.0 m×3.9 m，采用高强度锚杆索、玻璃钢锚杆配合钢筋梯子梁、W 钢带和金属网实现初次掘巷时期开切眼的稳定控制，如图1，具体技术参数如下：

图1 初次掘巷巷道支护断面图

（1）顶板采用Φ22 mm、长度2.4 m 的左旋高强锚杆，间排距0.8 m×0.8 m，配套CK2335、Z2360 树脂锚固剂各一支，保证锚固力≥100 kN，预紧力矩≥280 N·m。锚杆采用Φ12 mm 圆钢焊接而成的双筋梯子连接，顶板采用Φ21.8 mm、长度8300 mm 的预应力钢绞线，间排距1.4 m×1.6 m，每排布置3 根，配套1 支CK2335 和3 支Z2360 树脂锚固剂，张拉预紧力≥45 MPa，锚索采用4 mm厚的W 钢带连接，金属网采用10#铁丝编制而成菱形金属网，规格5.2 m×1.0 m。

（2）非扩巷帮采用Φ22 mm、长度2.4 m 左旋高强锚杆，间排距0.8 m×0.8 m。锚杆采用Φ14 mm 圆钢焊接而成的单筋梯子连接，其余锚杆参数参照顶板支护，金属网采用10#的铁丝编制而成菱形金属网，规格3.9 m×1.0 m。

（3）扩巷帮采用Φ22 mm、长度2.4 m 的玻璃钢锚杆，间排距0.8 m×0.8 m，配套CK2335、Z2360 树脂锚固剂各一支，保证锚固力≥100 kN，预紧力矩≥100 N·m。

2.2 开切眼二次扩巷支护

2216 工作面开切眼二次扩巷断面尺寸3.0 m×3.9 m，采用高强度锚杆索、玻璃钢锚杆配合钢筋梯子梁、W 钢带和金属网、塑料网实现二次扩巷时期开切眼的稳定控制，具体技术参数如下：

（1）顶板锚杆支护参数同初次掘巷支护技术，同时，距初次掘巷锚索0.8 m 处开始布置锚索，二次扩巷锚索与初次掘巷锚索成交错布置，规格与参数同初次掘巷一致。锚索采用4 mm 厚的W 钢带连接，金属网采用10#铁丝编制而成菱形金属网，规格3.2 m×1.0 m。

（2）开采帮采用Φ22 mm、长度2.4 m 的玻璃钢锚杆，间排距0.8 m×0.8 m，配套CK2335、Z2360 树脂锚固剂各一支，保证锚固力≥100 kN，预紧力矩≥100 N·m。采用塑料网增加护表面积，规格3.2 m×1.0 m。

3 切眼围岩控制效果

由图2 可知，开切眼成巷围岩变形大概可分为3 个阶段：初期快速变形阶段、中期缓慢变形阶段、后期稳定变形阶段。初期快速变形阶段主要集中在开切眼成巷45 d 内，该时间内开切眼围岩变形较快，顶底板移近速度约2.14 mm/d，两帮移近速度约1.61 mm/d；中期缓慢变形阶段是在开切眼成巷45～90 d 内，顶底板移近速度约1.31 mm/d，两帮移近速度约0.89 mm/d，顶底板移近速度降低39%，两帮移近速度降低45%；后期稳定变形阶段是在开切眼成巷90 d 后，开切眼围岩趋于稳定，巷道变形速度可忽略不计，此时开切眼顶底板移近量约154 mm，开切眼两帮移近量约112 mm。

图2 二次扩巷巷道支护断面图

综上所述，坚硬顶板大断面开切眼二次成巷支护技术实现了2216 工作面开切眼的稳定控制。开切眼围岩移近曲线图如图3。

4 结论

充分发挥坚硬顶板岩层承载能力，可有效提高巷道支护效果。2216 工作面开切眼二次成巷施工，初次掘巷断面尺寸5.0 m×3.9 m，二次扩巷断面尺寸3.0 m×3.9 m，采用高强度锚杆索、玻璃钢锚杆配合钢筋梯子梁、W 钢带和金属网、塑料网支护，实现了大断面开切眼的稳定控制。技术应用后，开切眼在成巷90 d 后顶底板移近量约154 mm，两帮移近量约112 mm，满足生产安全要求。