B050201 工作面切眼端头支护方式的改进

1、工作面切眼端头支护方式的改进王锁奎【晋城煤业集团凤凰山煤矿】摘 要 分析比较工作面切眼端头的两种支护方式，分别具体介绍它们的设计和施工方法。关键词 切眼端头 支护方式 改进工作面切眼端头支护顶面积较大，是煤矿生产中顶板管理的难点和重点。凤凰山煤矿改变9#煤层工作面切眼端头传统的架棚支护，采用锚、网、索联合支护技术，施工简单，安全可靠，成功解决了上述难题。以下就凤凰山煤矿92302工作面切眼端头架棚支护与92304工作面切眼端头锚、网、索联合支护做对比分析，并分别具体介绍它们的设计和施工方法。1 地质条件92302工作面和92304工作面均位于二水平九二盘区西部，东为九二盘区皮带运输机巷和回风巷

2、（已掘）。两个工作面相邻，地质条件简单。9#煤层厚1.11.7m，平均1.47m。其对应的地面为丘陵地形，地面标高在845.5995.5m之间，平均盖山厚度305m。1.1 顶、底板岩性9#煤层的直接顶为K4灰岩，平均厚度为0.3m，灰色，又是变相为砂质泥岩。K4灰岩之上为灰色细砂岩，平均厚度为2.02m，层理发育，含黄铁矿结核。由于K4灰岩不稳定，有时间灭。九二盘区直接顶有时为细砂岩。老顶为灰色中砂岩，平均厚度为2.43m。直接底为灰黑色泥岩，平均厚度为1.87m，含植物化石及黄铁矿。老底为深灰色石灰岩，平均厚度为1.76m，坚硬，以石英为主，长石次之，含动物化石。1.2 地应力°

3、°W之间。单轴抗压强度变化较大，煤体强度大约在7.4617.54MPa之间。煤层下部煤体较软。2 92302工作面进风巷及切眼端头支护92302工作面进风巷上宽3m、下宽3.9m，净高2.2m，采用梯形金属棚支护，棚距1m。切眼端头架设14架棚距为0.7m的木棚，净宽3.4m。工作面切眼采用金、木混合支护，上宽6.4m、下宽6.8m，净高2m，棚距0.7m。切眼口架设4架直径不小于200mm的红松园木木棚。2.1 施工工艺92302工作面进风巷掘进到切眼附近时，由钢棚支护改为木棚支护。在切眼口架设14架木棚均用直径200mm以上的红松园木，之后在第210架木棚下支设点柱。在架设好2架

4、正木棚及2架斜木棚后回掉点柱，然后拐弯掘切眼（见图1）。图1 92302工作面切眼端头支护断面仰视示意图为确保切眼端头的安全，采取棚腿用大链联锁、棚梁与插梁用扒钉钉牢的方式加固。2.2 架棚支护的缺点由于所架的棚高400mm，而九二盘区煤厚仅1.47m，造成巷道掘进过程中卧底量大，影响掘进速度及煤质。掘进机施工切眼时容易将棚腿撞坏，安全管理难度大。放炮开口时，切眼端头维护的工作量大。木棚要承受8架插梁传递的压力，插梁及棚下需支设点柱加强支护，机组施工切眼时需要多次替柱，加大了顶板管理的难度。架棚支护为被动支护方式，被动承压，随着时间的推移巷道顶板离层量会增大，木棚受力日愈加重，对安全管理不利。

5、3 92304工作面进风巷及切眼端头支护92304工作面进风巷为矩形巷道，净宽5.3m、净高2.1m，采用锚杆支护，锚杆间排距为1000×1200（mm）。切眼净宽6m、净高1.9m，采用锚、网、索联合支护，锚杆间排距为950×1000（mm）。切眼端头采用锚、网、梁组合并用锚索补强的联合支护系统，大大简化了掘进施工工艺，改善了安全状况。3.1 锚、网、梁支护3.1.1 顶板支护顶板采用左旋无纵筋螺纹钢锚杆，间排距为（10001100）×1000（mm），每排6根，用树脂锚固剂卷作加长锚固。锚杆托盘用拱形高强度托板。靠近巷帮的顶板锚杆的安设角度与垂线成30

6、6;，其余垂直于巷道顶板。再加挂钢筋托梁，并在顶板破碎或易风化时采用菱形金属网护顶。3.1.2 巷帮支护帮部采用复合竹锚杆配木托盘支护，排距为1200mm，每排2根。竹锚杆的有效支护长度为1500mm。靠近顶板的巷帮锚杆的安设角度与水平线成10°角，其余垂直于巷帮。3.2 锚索补强加固由于切眼端头顶面积较大，处于应力集中区。成巷后煤体原来的三向受力状态已遭到破坏，顶板在矿压作用下会迅速挠曲沉降，进而离层和断裂。因此，单一的锚杆支护不能满足巷道支护要求。为保证巷道正常掘进，切眼在施工前用小孔径预应力锚索补强加固。切眼两端5.4m段顶板用五组槽钢联锁锚索进行补强。其中靠近顺槽一组为三条槽

7、钢联锁锚索，其余组各为一条槽钢联锁锚索。联锁锚索布置在巷道顶板中央，间排距2400×1200（mm）。进风巷与切眼交叉段巷道顶板也采用槽钢联锁锚索进行补强（见图2）。图2 92304工作面切眼端头支护断面仰视示意图锚索采用高强度低松弛钢绞线，公称直径15.24mm、长6.3m。钢绞线端设有树脂锚固剂搅拌头，尾部配有高强度锚具。锚索采用树脂锚固剂卷作端头锚固，锚固长度为1485mm，预紧力为100120kN，托盘则用钢板托盘。3.3 矿压监测根据现场巷道条件，对切眼端头进行了矿压监测。监测采用综合监测和日常监测相结合的方法。92304工作面进风巷进行锚杆支护时要进行综合检测，以验证初始

8、设计的合理性和可靠性，并为修正初始设计提供依据。锚杆支护正常施工后，还要进行日常检测，确保巷道的安全。3.3.1 监测内容根据凤凰山煤矿9#煤层的具体条件，确定锚杆支护的综合监测内容如下表所列。巷道综合监测内容项 目内 容巷道表面位移顶底板、两帮相对移近量、顶板下沉量顶板离层锚杆锚固区域内外顶板岩层位移量锚杆受力顶板锚杆受力分布，两帮锚杆受力巷道破坏状况统计记录巷道围岩破坏位置及破坏状况日常监测包括三部分内容：锚杆锚固力抽检，顶板离层观察和锚杆预紧力矩检测。3.3.2 监测数据分析3.3.2.1 巷道表面位移在掘进期间，顶板下沉量很小，两帮移近量最大为92mm，其中工作面侧位移量为20mm，煤

9、柱侧为72mm。巷道两帮的蠕变速率平均为0.5mm/天。由于直接顶为比较坚硬的灰岩，加上支护设计合理，有效地控制了巷道的剧烈变形。3.3.2.2 顶板离层在92304工作面切眼端头安设顶板离层仪1台，所测到的总离层值为12mm，说明顶板相当完整和稳定。在切眼掘进过程中，离层值不断变化，主要由于巷道断面大，受采动影响相当明显。在切眼施工完成后，进行了长时间的监测，离层仪读数无变化，表明支护设计合理，支护效果明显。3.3.3 结 论检测结果表明，锚、网、索联合支护有效地控制了巷道围岩变形，提高了稳定性，保证了巷道的安全。这说明锚杆支护初始设计是比较合理、可靠的。3.4 联合支护的优点当进风巷掘进到距离切眼4.25m时采用锚索补强加固，其优点主要在于：锚索支护是一种预应力锚固技术，能将支护结构所受应力传递到深部稳定岩层。在锚索预应力作用下，围岩产生压缩，形成承载梁，从而提高了围岩的整体强度，有效地控制了围岩有害变形的发展。切眼口空间开阔，可直接用掘进机施工切眼开口，有利于提高掘进速度。采用锚、网、索联合支护，支护材料的运输量以及支护材料单件的重量大大降低，因此大大减轻了工人劳动强度。4 结束语9#煤层工作面切眼端头采用锚、网、索联合支护与采用传统架棚支护相比，支护工艺简单，顶板受力均匀，机组直接施工切眼，能有效提高掘进速度，且减