大断面切眼一次成巷掘进联合支护技术应用实践

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2015年4期 209

大断面切眼一次成巷掘进联合支护技术应用实践

王文建 樊 敬

临沂矿业集团马坊煤矿有限公司，山东 临沂 271612

摘要：随着我国煤矿开采技术不断发展，综采技术因其先进、安全、高效特性而应用越来越多，综采架型较大，从而采用综采技术的工作面要求切眼断面较大，传统锚杆支护或单一架棚支护已满足不了安全生产需要。马坊煤矿原综采切眼采用锚杆+工字钢架棚的方式对巷道进行支护，工字钢重量较大，运输、架设及回撤工字钢架棚时，作业人员劳动强度高且安全系数较低，后根据我矿7煤实际地质情况，提出并成功实施了在大断面切眼一次成巷掘进施工中采用锚杆+锚索+单体柱梁（单体液压支柱配金属铰接顶梁）的联合支护方式。该支护方式不紧能较好的控制巷道围岩变形，而且有效降低了作业人员劳动强度、大大提高了安全系数，取得了显著的经济效益和安全效益。现以已完成的马坊煤矿7701综采面切眼为例加以说明。 关键词：煤矿开采；切眼 中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：1671-5780(2015)04-0209-01

1 矿井概况

马坊煤矿1976年由聊城地区行署筹建，名称为聊城地区煤矿，设计年生产能力9万吨，1979年11月投产。1990年4月实施矿井技术改造，2004年2月16日其隶属关系划至临沂矿务局，2005年度矿井再次实施技术改造，矿井设计生产能力达到30.0万吨/年（临局生字［2006］7号），2006年核定生产能力为21.0万吨/年（鲁煤规发［2007］31号）,可采煤层为5、6、7、8、9、10-1和10-2层煤，共7层，开采标高范围+20m ～-130m ；截止2014年12月31日，矿井保有资源储量200.2万吨，其中储量为22.9万吨，基础储量为30.6万吨，资源量为169.6万吨。

2 开拓方式和采区布置

矿井开拓方式采用斜井开拓，现有一对主、副斜井，一个回风立井，采煤方法为走向（倾向）长臂区内后退式，采用全部垮落法管理顶板。现有一个＋10m 生产水平，一个生产采区七采区，采煤工作面为倾向布置。

3 含煤地层

马坊煤矿的含煤地层为中石炭统本溪组及上石炭统太原组，总厚度在220m 左右，可采煤层全部位于太原组。

太原组属海陆交互相沉积，相旋回结构清晰、规律性明显，易于划分对比，据岩性组合及含煤性一般以四灰底板为界，分为上、下两段。

上段：含薄层生物灰岩4层（一、二、三、四灰），层位稳定，多数钻孔均可见到，三灰与四灰相距2～8m ，平均5m 左右，其间距小，不含煤层，两层灰岩之间一般为深灰色细粉砂岩或泥岩沉积，四灰较一、二、三灰厚度均大，一般厚3～7m ，平均4.8m ，且岩性纯净，含一定数量的蜓化石，厚度大，质地纯净，含蜓化石是其特征。

下段：厚度不足20m ，集中了井田近70%的可采煤层，即8、9、10-2三个可采煤层，8煤层的直接顶板为四灰，且含一稳定的灰质细砂岩夹石，是8煤层的显著特点。8、9煤层相距5～8m ，9煤层顶板一般为粉砂岩，个别情况下也为泥灰岩。

太原组主要的层理类型有水平层理、砂泥岩互层层理、单向交错层理、双向交错层理、脉状波状复合层理及透镜状层理。可见生物潜穴、生物扰动构造。

4 煤层顶底板特征

（1）煤层：顶板为深灰色粉砂岩，厚度3.0m 左右，节理裂隙比较发育；底板为灰色粉砂岩或砂质泥岩，厚度1.10～4.45m ，平均2.65m ，温水易风化膨胀。

（2）煤层：直接顶板为石灰岩（二灰），厚度0.91～2.17m ，平均1.20m ，局部发育0.20～0.40m 的粉砂岩伪顶，底板多为中、细砂岩或细、粉砂岩互层，裂隙不发育。

（3）煤层：直接顶板为深灰色粉砂岩，厚度 1.00左右，裂隙发育程度中等，属2类中等稳定型顶板；老顶为细砂岩，具水平层理，厚度 3.0m 左右。直接底板多为泥质胶结粉砂岩，粘土岩伪底较发育，厚度0.3m 左右。易吸水膨胀，影响支护质量。

（4）煤层：直接顶板为石灰岩（四灰），厚度1.47～7.07m ，平均4.50m ，裂隙较发育，属2类中等稳定型顶板；底板为粉砂岩，平均厚度6～8m 。

5 工作面基本情况

7701综采面位于马坊煤矿七采区西部，下部为马坊煤矿与查庄矿边界保护煤柱，上部为7煤集中运输巷，左侧为F5-1断层保护煤柱，右侧为F 西-1断层保护煤柱，切眼长度为70m ，切眼施工宽度为5.0m ，高度2.0m ，7煤厚0.57～2.15m ，均厚1.75m 。

6 支护设计

6.1 支护方式选取

大断面巷道采用传统锚杆和架棚支护，虽然承载能力较强，但施工困难，劳动强度大，且成本较高，施工进度较慢。采用锚杆+锚索+单体柱梁的联合支护方式，锚杆+锚索支护既能够发挥主动支护作用，有效提高和改善围岩力学性能，提高围岩自身的承载能力和稳定性，单体柱梁支护又能够对巷道顶板增加高强度的支撑力。锚杆+锚索支护和单体柱梁支护联合与巷道围岩形成一个整体刚性梁结构，将压力传递出去，进而保证巷道稳定不出现变形。

6.2 支护原理

锚杆+锚索支护是改变巷道围岩内部作用力，由巷道围岩被动受力改变为锚杆+锚索支护体与巷道围岩相互作用、共同承载围岩作用力，是提高围岩内部承载能力的一种主动支护，单体柱梁支护是从外部对巷道围岩施加一个较高强度的支撑力，二者联合与巷道围岩形成一个整体共同承载受力，提高支护强度和巷道稳定性。

6.3 支护方案

整个切眼全断面一次成巷，施工过程中通过吊挂3组前探梁作为临时支护，施工出要求断面后安设顶部锚杆及锚索，再支护单体柱梁拖后锚杆一个排距（防止爆破崩坏支柱），形成锚杆+锚索+单体柱梁的联合支护方式。

7 支护效果分析

通过对切眼布置观测点，定期收集观测数据分析，单体支柱受力稳定，巷道顶板变形量较小且逐渐趋于稳定；顶板离层值较小在允许范围内，说明锚杆+锚索+单体柱梁的联合支护设计完全满足安全生产要求。

8 结束语

马坊煤矿7701综采面切眼采用联合支护方案的支护效果良好，降低了作业人员劳动强度，确保了综采设备顺利安装，满足安全生产使用要求，节省了材料及返工维修。通过本次成功实践证明大断面切眼一次成巷掘进采用联合支护方式，较大程度提高了巷道围岩承载能力和稳定性，技术先进、经济合理、安全可靠，值得类似矿井借鉴应用。

参考文献

[1]刘树林. 锚杆组合支护在近距离薄煤层切眼断面巷道的应用研究[J]. 科技信息, 2012, (20):408-409.

[2]孙常民, 高鸿宇. 大断面切眼支护研究[J]. 内蒙古煤炭经济, 2015, (2).