深井高应力复合顶板切眼刷扩施工工艺及支护关键技术论文_马晓锋,

摘要：综采工作面的安装设计环节较多，为其提供一个相对安全稳定的安装作业空间是首要前提。实践表明，工作面切眼施工到位后，常采用刷扩切眼一侧，形成一个较大断面设备安装通道来进行工作面设备安装。但是，综采面的煤机及支架等设备选型决定切眼刷扩的最小尺寸，巷道所在地应力、地质条件等要求刷扩后巷道围岩支护强度必须与之相匹配。因此，选用合理的切眼刷扩工艺及支护技术，对设备安装期间巷道围岩的稳定性至关重要。本文以淮沪煤电公司丁集煤矿1252（3）综采工作面为例，分析深井高应力复合顶板切眼刷扩施工工艺及支护的关键技术。

关键词：综采工作面；刷扩；稳定性

1 概述

针对深部高应力复合顶板工作面切眼刷扩施工工期紧张、巷道跨度大、复合顶板控制困难等问题，以丁集矿1252（3）工作面切眼刷扩工程背景，提出了走向工字钢挑棚刷扩前加固切眼、人工多茬开挖上台阶，挖掘机配合刮板机集中卧底出货的施工工艺和支护技术，确保了切眼刷扩施工安全，满足了工作面安装期间巷道围岩控制要求，保证了工作面的正常接替。

2 施工方案

2.1 工作面位置及相邻关系

1252（3）工作面地面对应位置为后常、叶庄以及地面的农田、沟渠，幸福沟自北向南横穿工作面西段。该工作面位于西一13-1采区。东临淮采区系统巷道，西至西一采区边界，北侧为1242（3）工作面（未采掘），南侧的1262（3）工作面已回采完毕，工作面下伏的11-2煤的1252（1）工作面已回采完毕。

2.2 煤层情况

13-1煤为工作面主采煤层。根据工作面附近钻孔及1262（3）轨运顺实际揭露资料，13-1煤层为黑色，块状，少量粉末状，玻璃光泽，暗淡～半亮型煤，亮煤在煤层中呈透镜体出现，局部含1-2层泥岩或炭质泥岩夹矸；13-1煤厚2.3-5.4m，平均4.0m。煤层倾角 0 ～ 4°，平均 2°， 面长190m，走向长 1769.8～1789.8m，平均1779.8m。

2.3 煤层顶底板情况

13-1煤顶板发育13-2煤，厚0.3-1.1m（平均0.8m），与13-1煤间距0.1～2.85m（平均1.4m），13-2煤层顶板向上3.2m、6.4m分别发育煤线1（厚0～1.1m，平均厚0.4m）、煤线2（厚0～1.2m，平均厚0.5m），煤线1与煤线2间距0.1-6.8m（平均2.8m）。13-1煤底板发育12煤，厚0-0.4 m(平均0.2m)，与13-1煤间距1.3m，如图1所示。

图1 13-1煤顶底板煤岩性柱状图

2.4 切眼刷扩施工风险因素分析

2.4.1 顶板岩性相变较大，复合顶板结构易发生破坏

13-1煤层顶板由泥岩、13-2煤及煤线、砂质泥岩组成的复合顶板，相变较大，极易导致顶板产生离层破坏。加之老顶砂岩层含水，开掘后巷道围岩发生蠕变变形，特别是扩刷后的单一锚网索支护，易发生锚杆失锚，巷道围岩控制困难较大。

2.4.2 刷扩后巷道总跨度较大，单一锚网索支护形式难度大

1252（3）切眼原切眼为矩形断面5.5×3.8m，锚网索支护。在原断面基础上向老塘侧单侧扩刷3.7m，最终形成跨度不小于9.2m，断面不小于34.96m2的工作面安装通道。经过顶板支护载荷计算，原锚网索支护的顶板结构难以承受顶板的有效载荷。理论分析和工程实践也表明，顶底变形与巷道跨度呈正相关关系，且煤帮越高越容易发生变形，因此，刷扩后的1252（3）切眼这一大断面巷道总体变形量更大，巷道更易失稳，若不及时进行补强支护，顶板有下沉风险。

2.5 切眼刷扩施工工艺及支护方案

2.5.1 切眼刷扩施工工艺

原切眼基础上向老塘侧（西帮）刷扩至9.2m宽。刷扩采用人工多茬开挖上台阶并支护，刷扩宽度为3.7m，高度不大于2.5m，挖掘机配合刮板机集中卧底，链板机、皮带机联合出货，刷一排支护一排。人工挂网、钢带（钢梁）配合单体临时支护顶板，操作锚杆机和帮机打-注-安装锚杆和锚索作为永久支护。

刷扩施工工艺流程：交接班→安全检查（检查顶底板、煤帮、瓦斯、工程质量、探头位置）→施工准备→人工刷扩上台阶→敲帮问顶→联网上钢带、临时支护→打顶部眼（上台阶帮部眼）→打顶部锚杆（上台阶帮部锚杆）→挖掘机卧底出货→打下台阶帮部眼→挂网、上钢带。

2.5.2 刷扩前巷道顶板复合加强支护

刷扩前顶板采用工字钢梁配合单体加固顶板。工字钢采用4.5m长11#矿用工字钢。第一道走向工字钢梁布置在切眼刷扩前巷中向西1050mm处，第二道走向工字钢梁布置在切眼刷扩前巷道的西帮位置。使用4.5m单体挑棚，一梁四柱。如图图2 顶板复合加强支护示意图

2.5.3 永久支护参数

上台阶刷扩后顶板采用Ф22×2800mm锚杆配合4.4m长M5型钢带、4000×1100mm10#铁丝金属网联合支护，6-6布置，2节Z2360型中速树脂药卷加强锚固，锚杆间排距840×900mm。顶部锚索采用4-4布置，每排布置1根3.1m长Ω钢梁，4根Φ22mm×7300mm锚索，3节Z2360型中速树脂药卷加强锚固，锚索间排距950×900mm，Ω钢梁一端紧贴老塘侧肩窝布置。

人工多茬开挖上台阶、挖掘机卧底下台阶，老塘侧巷帮采用5根高强锚杆配合2.45m+1m长M5钢带及10#铁丝金属网联合支护，锚杆规格为Ф22×2500mm。锚杆间排距为750×900mm，每眼采用1节Z2360中速树脂药卷加强锚固。

顶板锚杆锚固力不小于120KN，帮部锚杆锚固力不小于90KN，预紧力矩不小于180N.m；锚索锚固力不小于300KN，安装预紧力不小于200KN。扩面侧M5钢带与原切眼顶板支护钢带错茬布置，Ω钢梁布置在相邻两根M5钢带中间。

　2.6 矿压观侧及效果评价

1252（3）切眼采用“走向工字钢挑棚刷扩前加固、人工多茬开挖上台阶，挖掘机卧底下台阶，挖掘机配合刮板机集中卧底出货”的扩刷技术，共计施工190m。在刷扩施工期间设置5组矿压观测站，采用十字布点法对巷道围岩变形量进行观测。

从切眼刷扩施工到切眼设备安装完毕近2个月的矿压观测表明，顶底板位移量和两帮移近量最终分别达到最大值225mm、378mm，围岩变形量能够满足设备打运、安装施工需要。

论文作者:马晓锋,

论文发表刊物:《科学与技术》2019年第18期

论文发表时间:2020/3/16

标签：顶板论文;  工作面论文;  巷道论文;  围岩论文;  煤层论文;  钢梁论文;  锚固论文;  《科学与技术》2019年第18期论文;