工作面切眼端頭支護方式的改進
王鎖奎【晉城煤業集團鳳凰山煤礦】
摘要分析比較工作面切眼端頭的兩種支護方式，分別具體介紹它們的設計和施工方法。
關鍵詞切眼端頭支護方式改進
工作面切眼端頭支護頂面積較大，是煤礦生產中頂板管理的難點和重點。鳳凰山煤礦改變9#煤層工作面切眼端頭傳統的架棚支護，採用錨、網、索聯合支護技術，施工簡單，安全可靠，成功解決了上述難題。以下就鳳凰山煤礦92302工作面切眼端頭架棚支護與92304工作面切眼端頭錨、網、索聯合支護做對比分析，並分別具體介紹它們的設計和施工方法。
1 地質條件
92302工作面和92304工作面均位於二水平九二盤區西部，東為九二盤區皮帶運輸機巷和回風巷（已掘）。兩個工作面相鄰，地質條件簡單。9#煤層厚1.
1～1.7m，平均1.47m。
其對應的地面為丘陵地形，地面標高在845.5～995.5m之間，平均蓋山厚度305m。
1.1 頂、底板岩性
9#煤層的直接頂為k4灰岩，平均厚度為0.3m，灰色，又是變相為砂質泥岩。k4灰岩之上為灰色細砂岩，平均厚度為2.
02m，層理發育，含黃鐵礦結核。由於k4灰岩不穩定，有時間滅。九二盤區直接頂有時為細砂岩。
老頂為灰色中砂岩，平均厚度為2.43m。直接底為灰黑色泥岩，平均厚度為1.
87m，含植物化石及黃鐵礦。老底為深灰色石灰岩，平均厚度為1.76m，堅硬，以石英為主，長石次之，含動物化石。
1.2 地應力
工作面地應力總體上以水平應力為主。最大水平應力方向主要集中在n22.30°w與n46.
30°w之間。單軸抗壓強度變化較大，煤體強度大約在7.46～17.
54mpa之間。煤層下部煤體較軟。
2 92302工作面進風巷及切眼端頭支護
92302工作面進風巷上寬3m、下寬3.9m，淨高2.2m，採用梯形金屬棚支護，棚距1m。
切眼端頭架設14架棚距為0.7m的木棚，淨寬3.4m。
工作面切眼採用金、木混合支護，上寬6.4m、下寬6.8m，淨高2m，棚距0.
7m。切眼口架設4架直徑不小於200mm的紅松園木木棚。
2.1 施工工藝
92302工作面進風巷掘進到切眼附近時，由鋼棚支護改為木棚支護。在切眼口架設14架木棚均用直徑200mm以上的紅松園木，之後在第2～10架木棚下支設點柱。在架設好2架正木棚及2架斜木棚後回掉點柱，然後拐彎掘切眼（見圖1）。
圖1 92302工作面切眼端頭支護斷面仰視示意圖
為確保切眼端頭的安全，採取棚腿用大鏈聯鎖、棚梁與插梁用扒釘釘牢的方式加固。
2.2 架棚支護的缺點
由於所架的棚高400mm，而九二盤區煤厚僅1.47m，造成巷道掘進過程中臥底量大，影響掘進速度及煤質。
掘進機施工切眼時容易將棚腿撞壞，安全管理難度大。放炮開口時，切眼端頭維護的工作量大。
木棚要承受8架插梁傳遞的壓力，插梁及棚下需支設點柱加強支護，機組施工切眼時需要多次替柱，加大了頂板管理的難度。
架棚支護為被動支護方式，被動承壓，隨著時間的推移巷道頂板離層量會增大，木棚受力日愈加重，對安全管理不利。
3 92304工作面進風巷及切眼端頭支護
92304工作面進風巷為矩形巷道，淨寬5.3m、淨高2.1m，採用錨桿支護，錨桿間排距為1000×1200（mm）。
切眼淨寬6m、淨高1.9m，採用錨、網、索聯合支護，錨桿間排距為950×1000（mm）。切眼端頭採用錨、網、梁組合並用錨索補強的聯合支護系統，大大簡化了掘進施工工藝，改善了安全狀況。
3.1 錨、網、梁支護
3.1.1 頂板支護
頂板採用左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，間排距為（1000～1100）×1000（mm），每排6根，用樹脂錨固劑捲作加長錨固。錨桿托盤用拱形高強度托板。靠近巷幫的頂板錨桿的安設角度與垂線成30°，其餘垂直於巷道頂板。
再加掛鋼筋托樑，並在頂板破碎或易風化時採用菱形金屬網護頂。
3.1.2 巷幫支護
幫部採用復合竹錨桿配木托盤支護，排距為1200mm，每排2根。竹錨桿的有效支護長度為1500mm。靠近頂板的巷幫錨桿的安設角度與水平線成10°角，其餘垂直於巷幫。
3.2 錨索補強加固
由於切眼端頭頂面積較大，處於應力集中區。成巷後煤體原來的三向受力狀態已遭到破壞，頂板在礦壓作用下會迅速撓曲沉降，進而離層和斷裂。因此，單一的錨桿支護不能滿足巷道支護要求。
為保證巷道正常掘進，切眼在施工前用小孔徑預應力錨索補強加固。切眼兩端5.4m段頂板用五組槽鋼聯鎖錨索進行補強。
其中靠近順槽一組為三條槽鋼聯鎖錨索，其餘組各為一條槽鋼聯鎖錨索。聯鎖錨索布置在巷道頂板**，間排距2400×1200（mm）。進風巷與切眼交叉段巷道頂板也採用槽鋼聯鎖錨索進行補強（見圖2）。
圖2 92304工作面切眼端頭支護斷面仰視示意圖
錨索採用高強度低鬆弛鋼絞線，公稱直徑15.24mm、長6.3m。
鋼絞線端設有樹脂錨固劑攪拌頭，尾部配有高強度錨具。錨索採用樹脂錨固劑捲作端頭錨固，錨固長度為1485mm，預緊力為100～120kn，托盤則用鋼板托盤。
3.3 礦壓監測
根據現場巷道條件，對切眼端頭進行了礦壓監測。監測採用綜合監測和日常監測相結合的方法。92304工作面進風巷進行錨桿支護時要進行綜合檢測，以驗證初始設計的合理性和可靠性，並為修正初始設計提供依據。
錨桿支護正常施工後，還要進行日常檢測，確保巷道的安全。
3.3.1 監測內容
根據鳳凰山煤礦9#煤層的具體條件，確定錨桿支護的綜合監測內容如下表所列。
巷道綜合監測內容
日常監測包括三部分內容：錨桿錨固力抽檢，頂板離層觀察和錨桿預緊力矩檢測。
3.3.2 監測資料分析
3.3.2.1 巷道表面位移
在掘進期間，頂板下沉量很小，兩幫移近量最大為92mm，其中工作面側位移量為20mm，煤柱側為72mm。巷道兩幫的蠕變速率平均為0.5mm/天。
由於直接頂為比較堅硬的灰岩，加上支護設計合理，有效地控制了巷道的劇烈變形。
3.3.2.2 頂板離層
在92304工作面切眼端頭安設頂板離層儀1臺，所測到的總離層值為12mm，說明頂板相當完整和穩定。在切眼掘進過程中，離層值不斷變化，主要由於巷道斷面大，受採動影響相當明顯。在切眼施工完成後，進行了長時間的監測，離層儀讀數無變化，表明支護設計合理，支護效果明顯。
3.3.3 結論
檢測結果表明，錨、網、索聯合支護有效地控制了巷道圍岩變形，提高了穩定性，保證了巷道的安全。這說明錨桿支護初始設計是比較合理、可靠的。
3.4 聯合支護的優點
當進風巷掘進到距離切眼4.25m時採用錨索補強加固，其優點主要在於：
①錨索支護是一種預應力錨固技術，能將支護結構所受應力傳遞到深部穩定岩層。在錨索預應力作用下，圍岩產生壓縮，形成承載梁，從而提高了圍岩的整體強度，有效地控制了圍岩有害變形的發展。
②切眼口空間開闊，可直接用掘進機施工切眼開口，有利於提高掘進速度。
③採用錨、網、索聯合支護，支護材料的運輸量以及支護材料單件的重量大大降低，因此大大減輕了工人勞動強度。
4 結束語
9#煤層工作面切眼端頭採用錨、網、索聯合支護與採用傳統架棚支護相比，支護工藝簡單，頂板受力均勻，機組直接施工切眼，能有效提高掘進速度，且減輕工人的勞動強度。此外，後期維護量小。鳳凰山煤礦在多個切眼端頭施工的成功經驗說明，這種方式是解決9#煤層工作面切眼端頭施工時頂板管理難度大的乙個有效途徑。
作者簡介王鎖奎男，2023年出生。現任晉城煤業集團鳳凰山煤礦副礦長，助理工程師。郵政編碼：048007
（收稿日期：2005-04-15；責任編輯：胡林）
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